He thong phan phoi lieu dung s7 300 va wincc

PHÂN TÍCH, THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHÂN PHỐI LIỆU Mục Lục  Lời Nói Đầu    Ngày nay, người với ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến giới, ngày thay đổi, văn minh đại Sự phát triển kỹ thuật điện tử tạo hàng loạt thiết bị với đặc điểm bật xác cao, tốc độ nhanh, gọn nhẹ…là yếu tố cần thiết góp phần cho hoạt động người đạt hiệu ngày cao Tự động hóa trở thành ngành khoa học đa nhiệm vụ Tự động hóa đáp ứng đòi hỏi khơng ngừng ngành, lĩnh vực khác nhu cầu thiết yếu người sống hàng ngày Một sản phẩm tiên tiến PLC Ứng dụng quan trọng ngành công nghệ tự động hóa việc điều khiển, giá sát hệ thống với thiết bị điều khiển từ xa tinh vi đạt suất, kinh tế thật cao Xuất phát từ ứng dụng đó, chúng em xin phép thiết kế mạch ứng dụng PLC, điều khiển hệ thống phân phối liệu Đầu tiên em xin chân thành gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy cô giáo khoa điện, bạn lớp Điện 2-K10 đặc biệt giảng viên Nguyễn Thu Hà - giảng viên khoa điện trường Đại Học Công Nghiệp Hà Nội người trực tiếp giảng dạy cho em kiến thức để hồn thành đồ án mơn học Mong góp ý để em hoàn thành tập lớn tốt sau Em xin chân thành cảm ơn ! Chương I : Cơ sở lý thuyết 1.1.Phân tích công nghệ    Với đề tài số đưa “ điều khiển hệ thống phân phối liệu “ cho thấy hệ thống toàn điều khiển tự động với phần mềm giúp cho hệ thống tự động làm việc Với mơ hình hệ thống phân phối liệu đưa đề tài ta thấy nhấn nút START hệ thống bắt đầu khởi động Giả sử: Ban đầu Silo chưa có nguyên liệu  Khi nhấn Start V1va V3 mở xả nguyên liệu vào silo2 silo3 - Sau nguyên liệu đổ đầy Silo, cảm biến báo đầy nguyên liệu S4,S5 tác động làm đóng van V1,V3 ngừng cung cấp nguyên liệu cho Silo2 Silo Đồng thời mở van V2,V4 cung cấp nguyên liệu cho Silo - Sau xả hết nguyên liệu Silo Silo cảm biến báo cạn S2 S3 tác động, đóng V2 V4 Đồng thời động khuấy bắt đầu hoạt động khoảng thời gian cài đặt trước - Sau động khuấy,khuấy xong mở V5 xả nguyên liệu cho xe - Sau xả hết nguyên liệu Silo cảm biến báo cạn S1 tác động ,đóng V5 Quá trình thực lại từ đầu  Ấn nút STOP để dừng hệ thống 1.2.Tìm hiểu PLC S7-300 1.2.1.Khái quát PLC S7-300 PLC S7 – 300: Loại trung bình, thích hợp cho ứng dụng vừa phải Định nghĩa: Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic controller) loại thiết bị cho phép thực linh hoạt thuật tốn điều khiển số thơng qua ngơn ngữ lập trình, thay cho việc phải thực thuật tốn mạch số Ưu điểm: - Nhỏ gọn - Dễ thay đổi thuật toán - Dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh (với PLC khác với máy tính) Các phận PLC: - Bộ xử lí trung tâm (CPU) - Hệ điều hành - Bộ nhớ chương trình - Các cổng vào … Hình 1.1: Ngun lí chung cấu trúc điều khiển logic khả trình (PLC)  Cấu trúc nhớ CPU Bộ nhớ S7 – 300 chia làm vùng  chính: Vùng chứa chương trình ứng dụng: chia làm miền: - OB (Organization block): Miền chứa chương trình tổ chức - FC (Function): Miền chứa chương trình tổ chức thành hàm có biến hình thức để trao đổi liệu với chương trình gọi - FB (Function block): Miền chứa chương trình con, tổ chức thành hàm, có khả trao đổi liệu với khối chương trình khác  Vùng chứa tham số hệ điều hành chương trình ứng dụng - I (Process image input): Miền đệm liệu cổng vào số - Q (Process image output): Miền đệm liệu cổng số - M: Miền biến cờ Chương trình ứng dụng sử dụng vùng nhớ để lưu giữ tham số cần thiết truy nhập theo bit (M), byte (MB), bit (M), byte (MB), từ (MW) hay (MW) hay từ kép (MD) - T: Miền nhớ phục vụ thời gian (Timer) (Timer) bao gồm việc lưu giữ giá trị thời gian đặt trước (PV: Preset value), (PV: Preset value), giá trị đếm thời gian tức thời (CV: Current value) (CV: Current value) - C: Miền nhớ phục vụ đếm (Counter), (Counter), bao gồm việc lưu giữ giá trị đặt trước, giá trị đếm tức thời, giá trị logic đầu đếm - PI: Miền địa cổng vào module tương tự - PQ: Miền địa cổng cho module tương tự  Vùng chứa khối liệu Được chia thành loại: - DB (Data block): Miền chứa liệu tổ chức thành khối Kính thước số lượng khối người sử dụng quy định, phù hợp với toán điều khiển - L (Local data block): Miền liệu địa phương, khối chương trình OB, FC, FB OB, FC, FB tổ chức, sử dụng cho biến nháp tức thời trao đổi liệu biến hình thức với khối chương trình gọi Nội dung số liệu miền nhớ bị xóa kết thúc chương trình tương ứng OB, FC, FB 1.2.2.Các modul mở rộng Được chia thành loại sau: - Nguồn ni (PS: Power Supply): Cung cấp nguồn cho CPU module khác - SM (Signal Module): Module tín hiệu vào ra, bao gồm: + DI: Digital Input + DO: Digital Output + DI/DO: Digital In/Output + AI: Analog Input + AO: Analog Output + AI/AO: Analog In/Output - IM (Interface Module): Module ghép nối - FM (Function Module): Module điều khiển riêng: điều khiển Servo, … - CP (Communication Module): Module truyền thơng Hình 2.1: Hình ảnh thực tế module mở rộng PLC S7-300 Tuỳ theo trình tự động hố đòi hỏi số lượng đầu vào đầu ta phải lắp thêm module mở rộng loại module cho phù hợp Tối đa gá thêm 32 module vào panen (rãnh), panen module nguồn, CPU module ghép nối gá module bên phải Thường Step 7-300 sử dụng module sau: - Module nguồn PS (3 loại: 2A, 3A, 5A) - Module ghép nối IM (Intefare Module): Hệ thu thập liệu truyền số liệu - Module tín hiệu SM (Signal Module): + Vào số: kênh, 16 kênh, 32 kênh + Ra số: kênh, 16 kênh, 32 kênh + Vào, số: kênh vào kênh ra, 16 kênh vào 16 kênh + Vào tương tự: kênh, kênh, kênh + Ra tương tự: kênh, kênh, kênh + Vào, tương tự: kênh vào kênh ra, kênh vào kênh - Module hàm FM (Function Module) + Đếm tốc độ cao + Truyền thông CP 340, CP340-1, CP341 - Module điều khiển CP (Control Module): + Module điều khiển PID + Module điều khiển Fuzzy + Module điều khiển rô bot + Module điều khiển động bước Trong PLC có phận gán địa đơn thời gian (T), đếm (C) cần chữ kèm theo số đủ, ví dụ: T1, C32 Các địa đầu vào đầu với module chức có cách gán địa giống Địa phụ thuộc vào vị trí gá module Panen Chỗ gá module panen gọi khe (Slot), khe có đánh số, khe số khe tiếp tục Khi gá module số vào, lên khe mạng địa byte khe đó, khe có byte địa Trên module đầu vào, kênh, kênh có địa bit đến Địa đầu vào, số ghép địa byte địa kênh, địa byte đứng trước, địa kênh đứng sau, hai số có dấu chấm Khi module gá khe địa tính từ byte đầu khe, đầu vào khe có địa Địa khe kênh module số Ví dụ: Module đầu vào, đầu số gá vào khe số rãnh có địa I4.0, I4.1 Q4.0, Q4.1 Module số gá khe panen PLC Địa vào module tương tự Trong PLC S7-300 người ta dùng 16 bit (một word) cho kênh Một khe có kênh với địa PIW256 PQW256 (byte 256 257) PIW766 PQW766 Module tương tự gá vào khe panen PLC, khe trống có trạng thái tín hiệu “0” Ví dụ: Một module tương tự vào, gá vào khe số rãnh có địa PIW288, PIW290, PQW288 1.3.Tìm hiểu HMI (Wincc simen) 1.3.1 Giới thiệu phần mềm Wincc Phần mềm WinCC Siemens phần mềm chuyên dụng để xây dựng giao diện điều khiển HMI (Human Machine Interface) phục vụ việc xử lý lưu trữ liệu hệ thống SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) thuộc chuyên ngành tự động hóa WinCC chữ viết tắt Windows Control Center (Trung tâm điều khiển chạy Windows), nói cách khác, cung cấp công cụ phần mềm để thiết lập giao diện điều khiển chạy hệ điều hành Microsoft Windows NT hay Windows 2000, XP, Vista 32bit (Not SP1) Trong dòng sản phẩm thiết kế giao diện phục vụ cho vận hành giám sát, WinCC thuộc thứ hạng SCADA (SCADA class) với chức hữu hiệu cho việc điều khiển WinCC hệ thống HMI (Human Machine Interface: tức giao diện người máy) cho phép hoạt động chấp hành quy trình chạy máy Truyền thông WinCC máy diễn thông hệ thống tự động WinCC dùng để thị trình cấu hình giao diện đồ hoạ người dùng Bạn sử dụng giao diện người dùng để hoạt động quan sát trình WinCC cung cấp khả sau: - WinCC cho phép bạn quan sát trình Quá trình hiển thị đồ hoạ hình Màn hình hiển thị cập nhật lần trạng thái trình thay đổi - WinCC cho phép bạn vận hành quy trình Ví dụ, bạn điểm đặt từ giao diện người dùng bạn mở van - WinCC cho phép bạn giám sát trình Một cảnh báo báo hiệu cách tự động kiện trạng thái trình nghiêm trọng Nếu giá trị định nghĩa trước bị vượt quá, thông báo xuất hình - WinCC cho phép bạn lưu trữ trình Khi làm việc với WinCC, giá trị q trình in lưu trữ theo kiểu điện tử Điều tạo điều kiện cho thu thập thơng tin quy trình cho phép truy cập đến liệu sản sinh khứ WinCC sử dụng công nghệ phần mềm Nhờ cộng tác chặt chẽ Siemens Microsoff, người dùng yên tâm với phát triển công nghệ phần mềm mà Microsoft người dẫn đầu  Hệ thống khách/chủ với chức SCADA - Ngay từ hệ thống WinCC sở cung cấp tất chức để người dùng khởi động yêu cầu hiển thị phức tạp Việc gọi hình ảnh (picture), cảnh báo (alarm), đồ thị trạng thái (trend), báo cáo (report) dễ dàng thiết lập  Có thể nâng cấp mở rộng dễ dàng từ đơn giản đến phức tạp - WinCC mơ đun hệ thống tự động hóa, thế, sử dụng để mở rộng hệ thống cách linh hoạt từ đơn giản đến phức tạp từ hệ thống với máy tính giám sát tới hệ thống nhiều máy giám sát, hay hệ thống có cấu trúc phân tán với nhiều máy chủ (server)  Có thể phát triển tùy theo lĩnh vực công nghiệp yêu cầu công nghệ - Một loạt mô đun phần mềm mở rộng định hướng cho loại ứng dụng phát triển sẵn để người dùng lựa chọn cần  Máy tính (Computer): Quản lý tất trạm (WorkStation) trạm chủ (Server) nằm Project  Quản lý tag (Tag Managerment): Là khu vực quản lý tất kênh, quan hệ Logic, tag (biến) trình (Tag process), tag (biến) trung gian PLC (Tag Internal) nhóm nhóm tag (Tag Groups)  Loại liệu (Data Types): Chứa loại liệu gán cho Tag kênh khác  Các trình soạn thảo Editor: Các trình soạn thảo liệt kê vùng dùng để soạn thảo điều khiển dự án hoàn chỉnh, chức soạn thảo cho bảng sau: Tất Modul thuộc hệ thống WinCC không cần thiết khơng thiết phải cài đặt hết Tag (Biến) Tags WinCC phần tử trung tâm để truy nhập giá trị trình Trong dự án, chúng nhận tên kiểu liệu Kết nối logic gán với WinCC Kết nối xác định kênh chuyển giao giá trị trình cho biến Các biến lưu trữ sở liệu toàn dự án Khi chế độ WinCC khởi động, tất biến dự án nạp cấu trúc Run – time tương ứng thiết lập Mỗi biến lưu trữ quản lí liệu theo kiểu liệu chuẩn WinCC làm việc với loại Tag: - Tag nội (Internal Tag): Là Tag không kết nối với trình dùng để quản lý liệu bên project - Tag trình (Process Tag): Là Tag dùng để trao đổi liệu WinCC q trình tự động Thuộc tính Tag phụ thuộc vào driver sử dụng - Tag hệ thống (System Tag): Bắt đầu với ký tự , dùng để quản lý Project, khơng thể xóa hay chỉnh sửa System Tag WinCC quản lý tag theo kiểu: - Kiểu nhóm (Tag group) - Kiểu cấu trúc (Structure Type) Nhóm biến chứa tất biến có kết nối logic lẫn Các kiểu liệu biến phải gán kiểu liệu sau cho biến định cấu hình Việc gán kiểu liệu cho biến thực tạo biến Kiểu liệu biến độc lập với kiểu biến (biến nội hay biến trình) Trong WinCC, kiểu liệu chuyển đổi thành kiểu khác cách điều chỉnh lại dạng Các kiểu liệu (data Types) có WinCC: - Binary Tag: kiểu nhị phân - Signed – Bit Value: kiểu bit có dấu - Unsigned – Bit Value: kiểu bit không dấu - Signed 16 – Bit Value: kiểu 16 bit có dấu - Unsigned 16 – Bit Value: kiểu 16 bit không dấu - Signed 32 – Bit Value: kiểu 32 bit có dấu - Unsigned 32 – Bit Value: kiểu 32 bit không dấu - Floating Point Number 32 bit IEEE 754: kiểu số thực 32 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 - Floating Point Number 64 bit IEEE 754: kiểu số thực 64 bit theo tiêu chuẩn IEEE 754 - Text Tag bit character set: kiểu ký tự bit - Text Tag 16 bit character set: kiểu ký tự 16 bit 1.3.2 Những ưu điểm Wincc WinCC kết hợp bí Siemens, cơng ty hàng đầu tự động hóa q trình, lực Microsoft, công ty hàng đầu việc phát trỉên phần mềm cho PC Ngồi khả thích ứng cho việc xây dựng hệ thống có quy mơ lớn nhỏ khác nhau, WinCC dễ dàng tích hợp với ứng dụng có quy mơ tồn cơng ty việc tích hợp với hệ thống cấp cao MES (Manufacturing Excution System - Hệ thống quản lý việc thực sản suất) ERP (Enterprise Resource Planning) WinCC sử dụng sở quy mơ tồn cầu nhờ hệ thống trợ giúp Siemens có mặt khắp nơi giới Ở Việt Nam hệ thống Siemens tài trợ đưa vào hệ đào tạo thức Hình 2.3.1: Mạch lực 2.3.2.Bảng định địa Địa I0.0 I0.1 I0.2 I0.3 I0.4 I0.5 Ký hiệu START STOP S1 S2 S3 S4 Chức Nút bấm khởi động hệ thống Nút bấm dừng hệ thống Cảm biến báo Silo1 cạn Cảm biến báo Silo2 cạn Cảm biến báo Silo3 cạn Cảm biến báo Silo2 đầy I0.6 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 S5 K V1 V2 V3 V4 V5 Cảm biến báo Silo3 đầy Động khuấy Van Van2 Van Van Van Hình 2.3.2.Bảng định địa 2.3.3.Sơ đồ đấu dây L+ START STOP S1 S2 S3 S4 S7 – 300 CPU 314 IFM + L I0.0 Q0.0 K I0.1 Q0.1 V1 I0.2 Q0.2 V2 I0.3 I0.4 I0.5 … 24V - + 24 V … - M M Hình 2.3.3.sơ đồ đấu dây 2.3.4.Thực tốn điều khiển  Chương trình: Hình 2.3.4:Chương trình điều khiển 2.4.Trình bày giao thức truyền thơng hệ thống 2.4.1.Các thiết bị hệ thống thuộc phân cấp mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng công ty Cấp chấp hành Các chức cấp chấp hành đo lường, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Thực tế, đa số thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) có phần điều khiển riêng cho việc thực đo lường, truyền động xác nhanh nhạy Các thiết bị thơng minh (smart device) đảm nhận việc xử lý chuẩn bị thông tin trước đưa lên cấp điều khiển Hệ thu thập liệu truyền số liệu Cấp điều khiển Nhiệm vụ cấp điều khiển nhận thông tin từ cảm biến, xử lý thơng tin theo thuật tốn định truyền đạt lại kết xuống chấp hành Khi điều khiển thủ cơng, nhiệm vụ người đứng máy trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi công cụ đo lường, sử dụng kiến thức kinh nghiệm để thực thao tác cần thiết ấn nút đóng/ mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay… Trong hệ thống điều khiển tự động, việc thực thủ cơng nhiệm vụ thay máy tính Do đặc tính bật cấp điều khiển xử lý thông tin, nên khái niệm cấp xử lý (process level) hay sử dụng Tuy nhiên, khái niệm không xác hệ thống tự động hố đại, việc xử lý thông tin độc quyền cấp Như nêu trên, thiết bị thông minh cấp cảm biến/chấp hành đảm nhận phần việc Ngồi ra, việc thực chức cấp bên mang chất xử lý thông tin Cấp điều khiển cấp chấp hành hay gọi chung cấp trường (field level) điều khiển, cảm biến chấp hành cài đặt trực tiếp trường, gần kề với hệ thống kỹ thuật Cấp điều hành giám sát Điều hành trình tức điều khiển vận hành trình kỹ thuật Khi đa số chức đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo trì hệ thống cấp sở thực hiện, nhiệm vụ cấp điều hành trình hỗ trợ người sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành xử lý tình bất thường Ngồi ra, số trường hợp, cấp thực toán điều khiển cao cấp điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động/ dừng điều khiển theo cơng thức (ví dụ chế biến dược phẩm, hoá chất) Khác với cấp dưới, việc thực chức cấp điều hành q trình thường khơng đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng ngồi máy tính điều hành Hiện nay, nhu cầu tự động hoá tổng thể cấp điều hành sản xuất quản lý cơng ty, việc tích hợp hệ thống loại bỏ cấp trung gian không cần thiết mơ hình chức trở nên cần thiết Cũng thế, ranh giới cấp điều hành trình Hệ thu thập liệu truyền số liệu điều hành sản xuất nhiều không rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp thành cấp nhất, gọi chung cấp điều hành Với hệ thống mạng công ty Mạng công ty nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng mạng công ty gần với mạng viễn thơng mạng máy tính diện rộng nhiều phương diện phạm vi hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông yêu cầu kỹ thuật Chức mạng công ty kết nối máy tính văn phòng xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội với khách hàng thư viện điện tử e-library, thư điện tử email, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet thương mại điện tử ecommerce, Hình thức tổ chức ghép nối mạng, công nghệ áp dụng đa dạng, tuỳ thuộc vào đầu tư công ty Trong nhiều trường hợp, mạng công ty mạng xí nghiệp thực hệ thống mạng mặt vật lý, chia thành nhiều phạm vi nhóm mạng làm việc riêng biệt Mạng cơng ty có vai trò đường cao tốc hệ thống hạ tầng sở truyền thơng cơng ty, đòi hỏi tốc độ truyền thơng độ an tồn, tin cậy đặc biệt cao Ví dụ số cơng nghệ tiên tiến áp dụng cấp mạng tương lai Fast Ethernet, FDDI, ATM Các cảm biến ,các van, động không thuộc cấp chấp hành mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng công ty Cấp điều khiển mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng công ty là: PLC Cấp điều khiển giám sát mơ hình phân cấp chức hệ thống mạng cơng ty là: Máy tính 2.4.2.S7-300 hỗ trợ giao thức truyền thơng Qua tìm hiểu PLC S7 -300 hỗ trọ giao thức truyền thông sau: Modbus  Modbus giao thức hãng Modicon phát triển Theo mơ hình ISO/OSI Modbus thực chất chuẩn giao thức dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, thực chế vận chuyển cấp thấp TCP/IP, MAP (Manufactoring Message Protocol), qua đường truyền nối tiếp RS-232 Modbus định nghĩa tập hợp rộng dịch vụ phục vụ trao đổi liệu trình, liệu điều khiển chẩn đoán Tất điều khiển Modicon sử dụng Modbus ngôn ngữ chung Modbus mơ tả q trình giao tiếp điều khiển với thiết bị khác thông qua chế yêu cầu/đáp ứng Vì lý đơn giản nên Modbus có ảnh hưởng tương đối mạnh hệ PLC nhà sản xuất Cụ thể , PLC người ta tìm thấy tập hợp dịch vụ đưa Modbus Đặc biệt hệ thống thu thập liệu điều khiển giám sát, Modbus hay sử dụng đường truyền RS-232 ghép nối thiết bị liệu đầu cuối (PLC, PC, ) với thiết bị truyền liệu (Modem) Cơ chế giao tiếp Modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thơng cấp thấp Cụ thể, phân chia hai loại mạng Modbus chuẩn Modbus mạng khác (ví dụ TCP/IP, Modbus Plus, MAP) a.Mạng Modbus chuẩn Các cổng Modbus chuẩn điều khiển Modicon số nhà sản xuất khác sử dụng giao diện nối tiếp RS-232 Các điều khiển nối mạng trực tiếp qua modem Các trạm Modbus giao tiếp với qua chế chủ/ tớ (Master/Slave), thiết bị chủ động gửi u cầu, lại thiết bị tớ đáp ứng liệu trả lại thực hành động định theo yêu cầu Các thiết bị chủ thông thường máy tính điều khiển trung tâm thiết bị lập trình, thiết bị tớ PLC điều khiển số chuyên dụng khác Một trạm chủ gửi thông báo yêu cầu tới riêng trạm tớ định gửi thông báo đồng loạt tới tất trạm tớ Chỉ trường hợp nhận yêu cầu riêng, trạm tớ gửi thông báo đáp ứng trả lại trạm chủ Trong thông báo yêu cầu có chứa địa trạm nhận, mã hàm dịch vụ bên nhận cần thực hiện, liệu kèm thông tin kiểm lỗi Modbus mạng khác Với số mạng Modbus Plus MAP sử dụng Modbus giao thức cho lớp ứng dụng, thiết bị giao chế riêng mạng đó, điều khiển đóng vai trò chủ tớ lần giao dịch khác Nhìn nhận mức giao tiếp thơng báo, giao thức Modbus tuân theo nguyên tắc chủ/ tớ phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp tay đơi Khi điều khiển gửi u cầu thơng báo đóng vai trò chủ chờ đợi đáp ứng từ thiết bị tớ Ngược lại, điều khiển đóng vai trò tớ nhận thơng báo yêu cầu từ trạm khác phải gửi trả lại đáp ứng Chu trình yêu cầu đáp ứng Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng thông báo yêu cầu thông báo đáp ứng, minh họa hình vẽ Một thơng báo u cầu gồm phần sau : Địa trạm nhận yêu cầu (0-247), địa gửi đồng loạt Mã hàm gọi thị hành động trạm tớ cần thực theo yêu cầu Ví dụ, mã hàm 03 yêu cầu trạm tớ đọc nội dung ghi lưu giữ trả lại kết Dữ liệu chứa thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hàm gọi Trong trường hợp đọc ghi, liệu rõ ghi số lượng ghi cần đọc Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra nội dung thông báo nhận Thông báo đáp ứng bao gồm thành phần giống thông báo yêu cầu Địa địa trạm tớ thực yêu cầu gửi lại đáp ứng Trong trường hợp bình thường, mã hàm giữ nguyên thông báo yêu cầu liệu chứa kết thực hành động, ví dụ nội dung trạng thái ghi Nếu xảy lỗi, mã hàm quay lại sửa để thị đáp ứng thơng báo lỗi, liệu mô tả chi tiết lỗi xảy Phần kiểm lỗi giúp trạm chủ xác định độ xác nôi dung thông báo nhận Chế độ ASCI Khi thiết bị mạng Modbus chuẩn giao tiếp với chế độ ASCII, byte thông báo gửi thành hai ký tự ASCII bit, ký tự biểu diễn chữ số Hex Ưu điểm chế độ truyền cho phép khoảng thời gian trống tối đa giây hai ký tự mà không gây lỗi Cấu trúc ký tự khung gửi thể sau : Mỗi ký tự khung bao gồm : bit khởi đầu bit biểu diễn chữ số hex byte cần gửi dạng kí tự ASCII (0-9 A-F), bit thấp gửi trước bit parity chẵn/lẻ, sử dụng parity bit kết thúc (Stop bit) sử dụng parity bit kết thúc không sử dụng parity Chế độ RTU Khi thiết bị mạng Modbus chuẩn đặt chế độ RTU (Remote Terminal Unit), byte thông báo gửi thành ký tự bit Ưu điểm chế độ truyền so với chế độ ASCII hiệu suất cao Tuy nhiên , thông báo phải truyền thành dòng liên tục Cấu trúc kí tự khung gửi thể sau Mỗi ký tự khung bao gồm : bit khởi đầu (Start bit) bit byte thông báo cần gửi, bit thấp gửi trước bit parity chẵn lẻ, sử dụng parity bit kết thúc (Stop bit) sử dụng parity bit kết thúc không sử dụng parity Mạng Ethernet công nghiệp IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp mạng phục vụ cho cấp quản lý cấp phân xưởng để thực truyền thơng máy tính hệ thống tự động hố Nó phục vụ cho việc trao đổi lượng thông tin lớn, truyền thông phạm vi rộng Các xử lý truyền thông dùng mạng kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng khơng Nếu khơng trạm mạng gửi điện tín đi, xảy xung đột mạng có hai trạm gửi ngừng lại trình gửi điện tín thực lại sau thời gian định, thời gian xác định theo luật tốn học ngẫu nhiên Mạng Ethernet cơng nghiệp có tính chất đặc trưng sau: Mạng Ethernet cơng nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn chọn (CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thành viên mạng Ethernet cơng nghiệp bình đẳng với Theo tiêu chuẩn truyền thơng ISO ISO on TCP trạm khơng phải SIEMENS có khả tích hợp vào mạng, nói cách khác Ethernet cơng nghiệp mạng truyền thông mở Các thông số mạng Ethernet công nghiệp: v Chuẩn truyền thông : IEEE 802.3 Số lượng trạm: Max 1024 trạm v Phương pháp thâm nhập đường dẫn CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Môi trường truyền thông: Dây dẫn : + Cáp đồng trục + Cáp đôi dây xoắn - Cáp quang : Cáp thuỷ tinh chất dẻo - Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình vòng tròn - Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP Mạng AS - I AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cấu chấp hành, mạng có chủ Phương pháp thâm nhập đường dẫn phương pháp Master – Slave, phương pháp hoàn toàn tối ưu cho mạng có thiết bị chủ AS-i có cấu trúc thật đơn giản cấu chấp hành cảm biến thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), thiết bị kiểu analog phải sử dụng chuyển đổi tín hiệu chuẩn SIEMENS Trong mạng có trạm chủ có quyền điều khiển q trình trao đổi thông tin Trạm chủ (Master) gọi trạm tớ (Slave) tới đòi hỏi trạm gửi liệu lên trạm chủ nhận liệu từ trạm chủ Những tính chất đặc trưng AS-i: - AS-i mạng tối ưu cho thiết bị chấp hành cảm biến số Quá trình trao đổi liệu thực thơng qua đường dẫn từ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn đồng thời đường cung cấp nguồn cho cảm biến AS-i ghép nối với cấu chấp hành có kích thước bit đến bit theo tiêu chuẩn IP 65 liên kết trực tiếp với trình - Hoạt động AS-i khơng cần thiết lập cấu hình trước - Các thông số kỹ thuật AS-i: Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178 Số lượng trạm cho phép: Master max 31 Slave - Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave - Tốc độ truyền: 167 Kbit/s - Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc Khoảng cách thiết bị mạng : 300 m với Repeater - Kiểu nối : Đường thẳng, cây, - Dịch vụ truyền thông : AS-i Function  Giới thiệu mạng PROFIBUS Profibus tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 EN 50254 Trong sản xuất, ứng dụng tự động hóa q trình cơng nghiệp tự động hóa tòa nhà, mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) hoạt động hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin hệ thống tự động hóa thiết bị trường phân tán Chuẩn cho phép thiết bị nhiều nhà cung cấp khác giao tiếp với mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi RS485 chuẩn công nghiệp ứng dụng sản xuất IEC 1158-2 điều khiển trình Profibus sử dụng Ethernet/TCP-IP CAN viết tắt Controller Area Network tạm dịch Mạng Điều Khiển Vùng Mạng CAN đời gần đáp ứng nhiều vấn đề cho hệ thống điện xe, với truyền tải kiện dây dẫn, tốc độ truyền tải cao, độ sai số thấp, độ tin cậy cao Các hệ thống điện nối với mạng CAN dây DeviceNet hệ thống bus hãng Allen-Bradley phát triển dựa sở CAN, dùng để nối mạng cho thiết bị đơn giản cấp chấp hành Sau này, chuẩn DeviceNet chuyển sang dạng mở quản lý hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Asscociation) thảo chuẩn hóa IEC 62026-3 2.4.3.Lựa chọn trình bay giao thức sử dụng hệ thống  Theo nội dung đề tài chúng em chọn giao thức truyền thông FROFIBUS: phương pháp truy nhập FROFIBUS master/slave Các trạm chủ có khả kiểm sốt truyền thơng bus Ngồi FROFIBUS có kĩ thuật truyền dẫn với RS- 485 với tốc độ truyền thơng từ 9,6kbit/s đến 12Mbit/s PROFIBUS có dạng chuẩn là: - PROFIBUS DP - PROFIBUS FMS - PROFIBUS PA Profibus DP thiết kế để trao đổi liệu cấp thiết bị trường Ở đó, thiết bị điều khiển PLC/PC hay thiết bị điều khiển q trình khác thơng tin với thiết bị trường phân tán I/O, driver van thiết bị đo thông qua Bus thông tin nối tiếp tốc độ cao Dữ liệu trao đổi với thiết bị phân tán chủ yếu theo chu kỳ Các chức thơng tin cần thiết định nghĩa hàm DP DP mở rộng với dịch vụ thông tin không theo chu kỳ cho việc thông số hóa, giám sát cảnh báo thiết vị trường "thông minh" Profibus DP sử dụng chuẩn RS-485 cáp quang cho phần truyền dẫn tín hiệu Trong chuẩn RS-485 thơng dụng cú giá thành thấp, dễ đấu nối, tốc độ truyền cao RS-485 có cấu trúc dạng Bus, sử dụng cáp đơi xoắn có vỏ bọc chống nhiễu làm mơi trường truyền dẫn PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): sử dụng để trao đổi thông tin điều khiển (PLC) máy tính cấp điều khiển Một ưu điểm FMS liệu truyền có cấu trúc khơng phụ thuộc vào thiết bị mà phát (dạng trung hồ), sau chuyển đổi thành dạng đặc thù thiết bị tiếp nhận Điều có nghĩa là, “nói chuyện” với tất thiết bị hiểu FMS Trong chương trình người sử dụng, ta dùng ngôn ngữ tương ứng STL hay C cho ứng dụng chạy PC Xét theo mơ hình qui chiếu OSI, PROFIBUS-PA giống hồn tồn PROFIBUS-DP từ lớp liên kết liệu (FDL) trở lên Vì việc ghép nối hai hệ thống thực đơn giản qua chuyển đổi (DP/PALink DP/PA-Coupler), minh họa Mỗi thiết bị trường PA coi DP-Slave Các giá trị đo, giá trị điều khiển trạng thái thiết bị trường PA trao đổi tuần hoàn với DP-Master (DPM1) qua chức DP sở (DP-V0) Mặt khác, liệu khơng tuần hồn tham số thiết bị, chế độ vận hành, thông tin bảo dưỡng chẩn đốn trao đổi với cơng cụ phát triển (DPM2) qua chức DP mở rộng (DP- V1) Bên cạnh chức DP chuẩn, PA bổ sung hàm quản trị hệ thống có đồng hóa thời gian Cả PROFIBUS DP PROFIBUS FMS dùng chung công nghệ truyền dẫn kỹ thuật truy cập mạng, chúng hoạt động đồng thời PROFIBUS PA thiết kế để chuyên dùng cho điều khiển trình cho phép thiết bị đo thiết bị chấp hành nối ghép với mạng điều khiển chung chí điều kiện mơi trường nguy hiểm PROFIBUS PA tuân theo tiêu chuẩn IEC 61158-2 (truyền đồng bộ), nghĩa cấu hình an tồn thiết bị trường nhận nguồn nuôi thông qua đường mạng PROFIBUS-PA có cấu trúc hình tuyến, hình hay hình Số trạm nhánh mạng phụ thuộc vào nguồn ni, dòng tiêu thụ trạm, dạng cáp sử dụng khoảng cách chúng Tốc độ truyền PROFIBUS PA 31.25 kbit/giây Nó hoạt động với cấu hình có dự phòng cách nhân đơi đường mạng Một tuyến PROFIBUS PA nối với tuyến PROFIBUS DP thông qua chuyển đổi DP/PA link Để cấu hình truyền thơng Profibus cần có: Trạm Master ( Master station) Trạm Slave ( Slave station) - Master cho hệ thống S7-300 có tích hợp cơng truyền thơng Profibus( CPU 300 - 2DP) Còn khơng có cổng truyền thơng tích hợp ta mua module truyền thơng Profibus để có cổng Profibus DP làm nhiệm vụ Master - Slave lựa chọn S7-300 có truyền thơng Profibus ( mua thêm module rời), hình HMI có truyền thơng Profibus Trong mạng có thiết bị Master (Mono Master) điều khiển truy nhập đường truyền theo Master/Slave Khi Master hỏi Slave trả lời yêu cầu từ Master Trong mạng có nhiều Master (Multi Master) điều khiển truy nhập kết hợp hai phương pháp: Master sử dụng phương pháp Token Bus Master với Slave sử dụng phương pháp Master/Slave Một Master quản lý hay nhiều Slave Slave bị truy nhập nhiều Master PROFIBUS thực lớp 1, lớp lớp theo mơ hình qui chiếu OSI, minh họa Tuy nhiên, PROFIBUS-DP -PA bỏ qua lớp nhằm tối ưu hóa việc trao đổi liệu trình cấp điều khiển với cấp chấp hành Một số chức thiếu bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm lớp Bên cạnh hàm dịch vụ DP sở mở rộng qui định lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI đưa số qui định chuyên biệt (profiles) đặc tính chức đặc thù thiết bị cho số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Các đặc tả nhằm mục đích tạo khả tương tác thay lẫn thiết bị từ nhiều nhà sản xuất Cả ba giao thức FMS, DP PA có chung lớp liên kết liệu (lớp FDL) PROFIBUS-PA có giao diện sử dụng DP, nhiên tính thiết bị qui định khác nhằm phù hợp với môi trường làm việc dễ cháy nổ Kỹ thuật truyền dẫn MBP (Manchester coded, Bus Powered) theo IEC 1158-2 cũ áp dụng đảm bảo vấn đề an toàn cung cấp nguồn cho thiết bị qua dây dẫn bus Để tích hợp đoạn mạng DP PA dùng chuyển đổi (DP/PA-Link, DP/PA-Coupler) có sẵn thị trường Lớp ứng dụng FMS bao gồm hai lớp FMS (Fieldbus Message Specification) LLI (Lower Layer Interface), FMS tập chuẩn MMS Lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng cung cấp dịch vụ truyền thơng, LLI có vai trò trung gian cho FMS kết nối với lớp mà không phụ thuộc vào thiết bị riêng biệt Lớp LLI có nhiệm vụ thực chức bình thường thuộc lớp 3-6, ví dụ tạo ngắt nối, kiểm sốt lưu thơng PROFIBUS-FMS PROFIBUSDP sử dụng kỹ thuật truyền dẫn phương pháp truy nhập bus, hoạt động đường truyền vật lý Lớp vật lý PROFIBUS qui định kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, môi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng giao diện học Các kỹ thuật truyền dẫn sử dụng RS-485, RS-485-IS cáp quang (đối với DP FMS) MBP (đối với PA) RS-485-IS (IS: Intrinsically Safe) phát triển sở RS-485 để sử dụng mơi trường đòi hỏi an toàn cháy nổ Lớp liên kết liệu PROFIBUS gọi FDL (Fieldbus Data Link), có chức kiểm soát truy nhập bus, cung cấp dịch vụ (cấp thấp) cho việc trao đổi liệu cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn lớp vật lý Chuẩn PROFIBUS theo IEC 61158 qui định đặc tính điện học học giao diện RS-485 môi trường truyền thơng, sở ứng dụng lựa chọn thơng số thích hợp Các đặc tính điện học bao gồm: - Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến 12 MBit/s - Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh (trunkline/drop-line) daisy-chain, tốc độ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lên yêu cầu cấu trúc daisy-chain - Cáp truyền sử dụng đơi dây xoắn có bảo vệ (STP) Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A - Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với điện trở 390Ω-220Ω-390Ω - Chiều dài tối đa đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ thuộc vào tốc độ truyền lựa chọn Quan hệ tốc độ truyền chiều dài tối đa đoạn mạng tóm tắt bảng 4.1 - Số lượng tối đa trạm đoạn mạng 32 Có thể dùng tối đa lặp tức 10 đoạn mạng Tổng số trạm tối đa mạng 126 - Chế độ truyền tải không đồng hai chiều không đồng thời - Phương pháp mã hóa bit NRZ Ưu điểm: Được sủ dụng rộng rãi,sẵn có giao diện cho ứng dụng,trung tâm điều khiển động cơ,các cổng nối cho phép kết hợp profibus PA trực tiếp với mạng profibus DP,giao diện chủ sẵn có cho PLC DCS hệ thống máy tính, hỗ trợ trực tiếp cho mạng bus sensor chi phí thấp - ProfiBus thực chức ứng dụng hoạt động theo chu kỳ, có độ tin cậy cao có khả đáp ứng cao tính thời gian thực - Sử dụng môi trường an toàn (Intrinsically Safe) (đối với thiết bị Profibus PA) - Các cổng nối (gateway) cho phép tích hợp Profibus PA trực tiếp với mạng Profibus DP - Thiết bị gateway hỗ trợ trực tiếp mạng bus sensor chi phí thấp hơn, đặc biệt AS-Interface Hệ thu thập liệu truyền số liệu Chương III: Kết luận 3.1.Các nội dung đạt đề tài Sau hồn thành nhóm học hỏi thêm nhiều kiến thức có ích cho cơng việc sau này, đề tài có tính ứng dụng thực tế cao, sau kết nhóm đạt được: Tìm hiểu làm quen với dây chuyền sản xuất tự động với thiết bị đại PLC sensor, biến tần… Nghiên cứu sử dụng chương trình simatic step7 việc viết chương trình điều khiển đáp ứng yêu cầu đề tài Dựa vào hệ thống thực tế để tạo giao diện mô phần mềm Wincc đáp ứng yêu cầu kỹ thuật Phát triển kỹ tư duy, sáng tạo khả học hỏi giải vấn đề kỹ làm việc nhóm Khai thác sức mạnh cơng nghệ thơng tin việc tìm kiếm tài liệu nghiên cứu 3.2.Hạn chế tồn phương hướng khắc phục Đây chương trình mơ máy tính khơng có thiết bị thực tế nên khó khăn việc lập trình, độ mượt chuyển động phụ thuộc vào cấu hình máy Các khâu chương trình thiếu sót chưa sát với thực tế Do thời gian kiến thức có hạn nên nhiều chức phần mềm chưa khai thác Do đề tài đề tài lớn số lượng thiết bị nhiều, giá thành thiết bị lớn nên nhóm em chưa thể thực đề tài thực tế Do kết thực nghiệm chưa thể khẳng định Nếu thực thực tế phải bổ sung điều chỉnh số thông số cho phù hợp với điều kiện thực tế Dưới hướng dẫn nhiệt tình giảng viên Nguyễn Thị Thu Hà đến chúng em hoàn thành xong tập lớn với đề tài “Ứng dụng Win cc PLC S7-300 để điều khiển cho hệ thống phối liệu “ Đây phần chương trình kết nối phần cứng PLC với máy tính , nhiều hạn chế kiến thức nên tập lớn chưa đầy đủ cụ thể em chưa đề cập sâu Em mong đóng góp ý kiến thầy giáo để đề tài chúng em hồn thiện đầy đủ , Cuối em xin chân thành cảm ơn cô giáo Nguyễn Thị Thu Hà nhiệt tình giúp đỡ chúng em thầy cô giáo khác khoa điện bạn sinh viên lớp Điện K8 trường đại học công nghiệp hà nội giúp chúng em hoàn thành xong đề tài ! em xin chân thành cảm ơn Sinh viên thực Hà Nội, ngày 29 tháng 11 năm 2017 ... 1350vòng/phút Van điện từ Hình 2.1.3: Van điện từ Căn vào nội dung đề tài nhóm chúng em chọn sử dụng loại van van điện từ Cấu tạo nguyên lý hoạt động: Van điện từ - Solenoid Valve - Van điện từ... V1 V2 V3 V4 V5 Cảm biến báo Silo3 đầy Động khuấy Van Van2 Van Van Van Hình 2.3.2.Bảng định địa 2.3.3.Sơ đồ đấu dây L+ START STOP S1 S2 S3 S4 S7 – 300 CPU 314 IFM + L I0.0 Q0.0 K I0.1 Q0.1 V1 I0.2... Q trình thực lại từ đầu  Ấn nút STOP để dừng hệ thống 1.2.Tìm hiểu PLC S7- 300 1.2.1.Khái quát PLC S7- 300 PLC S7 – 300: Loại trung bình, thích hợp cho ứng dụng vừa phải Định nghĩa: Thiết bị