Đang tải... (xem toàn văn)
+ Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực …) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng) dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch,..) thường phức tạp hơn nhiều so với mạng công nghiệp. + Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó cong người đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dư liệu. Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm duy nhất là dữ liệu.
MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU .4 CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TRUYỀN THÔNG Tổng quan truyền thông 1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì? 1.2.Vai trò mạng truyền thông công nghiệp .6 1.3 Chế độ truyền tải mạng truyền thông công nghiệp 1.3.1 Chế độ truyền tải song song 1.3.2 Truyền bit nối tiếp 1.3 Truyền thông PLC 1.4 Truyền thông PLC PC 10 1.4.1 Kết nối truyền thông phần cứng 11 1.4.2 Cấu hình thiết bị 11 1.4.3 Gán địa IP (Internet Protocol) 12 1.5 Giao tiếp PLC PLC 14 1.5.1Cấu hình kết nối mạng logic hai CPU 15 1.5.2 Cấu hình thơng số truyền (phát) nhận 16 1.5.3 Cấu hình thơng số truyền (gửi) lệnh TSEND_C .16 1.6 Giao thức điều khiển truyền liệu (TCP) 18 1.7 Nêu toán lựa chọn giải pháp 20 1.8 Kết luận chương 20 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21 2.1 Giới thiệu Arduino .21 2.2 Giới thiệu PLC S7-1200 24 2.3 Giới thiệu Arduino ethernet shield 28 2.4 Kết luận chương .29 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 30 3.1 Sơ đồ khối 30 3.2 Phân tích thiết kế hệ thống 31 3.3 Lưu đồ thuật toán 31 3.4 Các bước cấu hình địa ip cho Arduino 34 3.5 Các bước cấu hình địa ip cho PLC 40 3.6 Kết luận chương .43 KẾT LUẬN .44 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Nối dây truyền thơng(a) nối mạng công ngiệp(b) .6 Hình 1.2 Truyền bit song song .7 Hình 1.3 Truyền bít nối tiếp Hình 1.4 Bộ chuyển đổi bus song song nối tiếp Hình 1.5 Cổng Ethernet .11 Hình 2.1: Arduino Uno R3 21 Hình 2.2: PLC S7-1200 .24 Hình 2.3: Arduino Thernet Shield 28 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống 30 Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống .31 LỜI MỞ ĐẦU Ngày tự động hóa phát triển mạnh mẽ giúp người làm việc nhẹ nhàng hơn, tự động hóa việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển cho thiết bị hoạt động máy móc, xử lý nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt, chuyển mạch mạng điện thoại, đạo ổn định tàu, máy bay ứng dụng khác với người can thiệp tối thiểu giảm Một số quy trình hồn tồn tự động Sự xuất loại vi điều khiển đem lại lợi ích lớn cho tự động hóa tiết kiệm lao động, sử dụng để tiết kiệm lượng nguyên vật liệu nâng cao chất lượng với độ xác cao Đặc biệt số phải nói đến PLC, sử dụng rộng rãi nhà máy Tuy nhiên số đầu tín hiệu analog PLC nên việc điều khiển tốn tín hiệu analog gặp nhiều khó khăn, thực tế để điều khiển tốn người ta sử dụng module kết nối truyền thông cho PLC giá thành đắt việc thực đề tài: “Xây dựng module truyền thông kết nối PLC Arduino” Giúp cho sinh viên có thêm nhiều hiểu biết thực đề CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TRUYỀN THÔNG Tổng quan truyền thông 1.1 Mạng truyền thông công nghiệp gì? Mạng truyền thơng cơng nghiệp hay mạng công nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống thơng số, truyền bít nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty Để thấy rõ đề cập lĩnh vực truyền thông công nghiệp, ta cần phân biệt với hệ thống mạng viễn thơng mạng máy tính Về sở kỹ thuật, mạng công nghiệp hệ thống mạng viễn thơng có nhiều điểm tương đồng, nhiên có điểm khác biệt sau: + Mạng viễn thơng có phạm vi địa lý số lượng thành viên tham gia lớn nhiều, nên yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thơng, tính thời gian thực …) khác, phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng) dải sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch, ) thường phức tạp nhiều so với mạng công nghiệp + Đối tượng mạng viễn thông bao gồm người thiết bị kỹ thuật, cong người đóng vai trò chủ yếu Vì dạng thơng tin cần trao đổi bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn dư liệu Đối tượng mạng công nghiệp túy thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm liệu Mạng truyền thông công nghiệp thực chất dạng đặc biệt mạng máy tính, so sánh với mạng máy tính thơng thường điểm giống khác sau: + Kỹ thuật truyền thông số hay truyền liệu đặc trưng chung lĩnh vực + Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng cơng nghiệp coi phần( cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất quản lý công ty) mơ hình phân cáp mạng cơng nghiệp + Yêu cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả tương thích mơi trường công nghiệp mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng máy tính thơng thường, mạng máy tính thường u cầu cao độ bảo mật + Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhỏ mạng Lan cho nóm vài máy tính lớn mạng Internet Trong nhiều trường hợp mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền liệu mạng viễn thơng Trong đó, hệ thống mạng cơng nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt cấp dưới u cầu tính thời gian thực, khả thực đơn giản, giá thành hạ lại đặt hàng đầu 1.2.Vai trò mạng truyền thông công nghiệp Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin vấn đề giải pháp tự động hóa Một điều khiển cần kết nối với cảm biến cấu chấp hành Giữa hộ điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình sản xuất Ở cấp cao hơn, trạm vận hành trung tâm điều khiển cần ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát tồn q trình sản xuất hệ thống điều khiển Hình 1.1 Nối dây truyền thơng(a) nối mạng công ngiệp(b) Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt bus trường để thay cách nối điểm-điểm cổ điển thiết bị công nghiệp mang lại lợi ích sau: + Đơn giản hóa cấu trúc liên kết thiết bị công nghiệp + Tiết kiệm dây nối công thiết kế, lắp đặt hệ thống trở nên dế dàng + Nâng cao độ tin cậy độ xác thơng tin + Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống + Đơn giản hóa, tiện lợi hóa việc tham số hóa chuẩn đốn, định vị lỗi, cố thiết bị + Mở nhiều chức khả ứng dụng mới hệ thống: Điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với thiết bị trường, điều khiển giám sát chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thơng tin hệ thống điều khiển giám sát với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty 1.3 Chế độ truyền tải mạng truyền thông công nghiệp 1.3.1 Chế độ truyền tải song song Phương pháp truyền bít song song ( hình 1.2) dùng phổ biến bus nội máy tính bus địa chỉ, bus liệu bus điều khiển Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số kênh dẫn, độ rộng bus song song, ví dụ bit, bit, 32 bit hay 64 bit Chính nhiều bus truyền đồng thời, vấn đề đồng hóa nơi nhận tín hiệu phải giải Điều gây trở ngại lớn khoảng cách đối tượng truyền thơng tăng lên Ngồi giá thành cho bus song song yếu tố dẫn đến phạm vi ứng dụng phương pháp hạn chế khoảng cách nhỏ, có yêu cầu cao tốc độ truyền Hình 1.2 Truyền bit song song 1.3.2 Truyền bit nối tiếp Với phương pháp truyền bit nối tiếp, bước chuyển cách qua đường truyền nhất( hình 1.3) Hình 1.3 Truyền bít nối tiếp Tuy tốc độ bít bị hạn chế, cách thực lại đơn giản, độ tin cậy liệu cao Tất mạng truyền thông công nghiệp sử dụng phương pháp tryền Một mạng tryền thơng cơng nghiệp có nhiệm vụ kết nối thiết bị kỹ thuật có khả xử lý thơng tin hay nói cách khác xử lý liệu Những thiết bị dù tồn dưới dạng hay dạng khác máy tính, có vi xử lý hệ thống bus nội song song Vì vậy, để dùng phương pháp truyền nối tiếp, ta cần trọn chuyển đổi bus song song nối tiếp, minh họa hình 1.4 Hình 1.4 Bộ chuyển đổi bus song song nối tiếp 1.3 Truyền thông PLC CPU S7-1200 có cổng PROFINET tích hợp, hỗ trợ tiêu chuẩn truyền thông Ethernet dựa TCP/IP Các giao thức ứng dụng sau hỗ trợ CPU S7-1200: Giao thức điều khiển vận chuyển (Transport Control Protocol – TCP) ISO TCP (RFC 1006) CPU S7-1200 giao tiếp với CPU S7-1200 khác, với thiết bị lập trình STEP Basic, với thiết bị HMI, với thiết bị Siemens cách sử dụng giao thức truyền thông TCP tiêu chuẩn Có hai cách để giao tiếp sử dụng PROFINET: Kết nối trực tiếp: sử dụng kết nối trực tiếp ta sử dụng thiết bị lập trình, HMI hay CPU khác kết nối đến CPU riêng lẻ Kết nối mạng: sử dụng truyền thông mạng ta kết nối với hai thiết bị (ví dụ CPU, HMI, thiết bị lập trình, thiết bị khơng phải Siemens) Kết nối trực tiếp: thiết bị lập trình kết nối đến CPU S7-1200 Kết nối trực tiếp: HMI kết nối đến CPU S7-1200 Kết nối trực tiếp: CPU S7-1200 kết nối đến CPU S7-1200 khác Kết nối mạng: có nhiều thiết bị kết nối với nhau, cách sử dụng chuyển mạchEthernet CSM1277 Một chuyển mạch Ethernet không cần thiết đối với kết nối trực tiếp thiết bị lập trình hay HMI với CPU Bộ chuyển mạch Ethernet yêu cầu cho mạng với nhiều CPU hay thiết bị HMI Bộ chuyển mạch Ethernet cổng CSM1277 Siemens dùng để kết nối CPU thiết bị HMI Cổng PROFINET CPU S7-1200 không chứa thiết bị chuyển mạch Ethernet Số lượng tối đa kết nối cổng PROFINET Cổng PROFINET CPU hỗ trợ kết nối truyền thông đồng thời sau đây: kết nối đối với truyền thông HMI đến CPU kết nối đối với truyền thơng thiết bị lập trình (PG) đến CPU kết nối đối với truyền thông chương trình S7-1200 cách sử dụng lệnh khối T (TSEND_C, TRCV_C, TCON, TDISCON, TSEN, TRCV) kết nối đối với CPU S7-1200 thụ động giao tiếp với CPU S7 tích cực - CPU S7 tích cực sử dụng lệnh GET PUT (S7-300 S7-400) hay lệnh ETHx_XFER (S7-200) - Một kết nối truyền thơng S7-1200 tích cực thực với lệnh khối T Các TSAP bị hạn chế hay số hiệu cổng truyền thông ISO TCP tích cực Nếu ta sử dụng lệnh “TCON” để thiết lập tạo thành kết nối truyền thơng tích cực, địa cổng sau bị hạn chế không nên dùng: TSAP ISO (tích cực): 01.00, 01.01, 02.00, 02.01, 03.00, 03.01 Cổng TCP (tích cực): 5001, 102, 123, 20, 21, 25, 34962, 34963, 34964, 80 1.4 Truyền thông PLC PC Một CPU giao tiếp với thiết bị lập trình STEP Basic mạng Cần ý đến điều sau thiết lập truyền thông CPU thiết bị lập trình 10 Lưu đồ thuật toán của Arduino Bắt đầu S Đọc tín hiệu analog từ chân A0 Đ Gửi liệu đọc lên PLC Kết thúc 32 S Lưu đồ thuật toán PLC Run S Arduino gửi giá trị analog Đ S Value>20 Q0.1=1 Đ S Value>40 Q0.2=1 Đ S Value>60 Q0.3=1 Đ S Value>80 Q0.4=1 Đ Value>100 Q0.5=1 Stop 33 S 3.4 Các bước cấu hình địa ip cho Arduino Bước 1: Cho phép chia sẻ kết nối internet phép sử dụng song song liệu qua cổng ethernet wifi mà không bị ảnh hưởng Control Panel => network and internet => Network and Sharing Center 34 Chọn đánh dấu chia sẻ kết nối Kết nối nguồn dây RJ45 cho Arduino Ethernet 35 Set địa ip Sẽ xuất địa ip hình 36 Tiếp tục kiểm tra địa ip lệnh CMD: ipconfig/all Lấy địa ip cho Arduino Ethernet 37 Nạp code tạo bước vào Arduino kiểm tra ip ta Set ip tĩnh địa mac cho Arduino Ethernet B1: Kết nối Switch máy tính qua dây Ethernet B2: Truy cập địa 192.168.0.1 đăng nhập đổi thành 192.168.137.1 B3: Truy cập kết nối Ethernet vào Switch set địa sau: Advanced settings => DHCP Client List => nhập địa IP Address 192.168.137.177 Địa mac Address: DE:AD:BE:EF:FE:ED => Chọn Add ta 38 Biên dịch nạp code Arduino Kiểm tra địa ip lệnh Run: ping 192.167.137.177 Nếu báo hình thành cơng 39 3.5 Các bước cấu hình địa ip cho PLC Set địa ip cho PLC qua Ethernet addresses 192.168.137.xx Bật System and clock memory bits Điền giá trị ip set cho Arduino vào khối Data tạo để lấy liệu từ địa ip Arduino gửi lên 40 3.6 Chương trình điều khiển Chương trình điều khiển Arduino #include #include #include const int SENSOR_IREG=100; const int sensorPin=A0; ModbusIP mb; long ts; byte mac[] = { 0xDE, 0xAD, 0xBE, 0xEF, 0xFE, 0xED }; IPAddress ip(192, 168, 137, 177); IPAddress gateway(192, 168, 137,177 ); IPAddress subnet(255, 255, 255,0); void setup() { Ethernet.begin(mac, ip); Serial.begin(9600); mb.config(mac,ip); mb.addIreg(SENSOR_IREG); ts=millis(); 41 } void loop() { mb.task(); if(millis()>ts+2000) { ts=millis(); mb.Ireg(SENSOR_IREG,analogRead(sensorPin)); Serial.println(analogRead(sensorPin)); } } Chương trình điều khiển PLC 42 3.6 Kết luận chương Qua bước em kết nối thành công Arduino PLC,cài đặt chương trình Arduino với PLC ta nhận thấy giá trị analog mà Arduino đo sau gửi lên PLC PLC so sánh giá trị mà Arduino gửi với giá trị mà người dùng cài đăt bật ngõ tương ứng đáp ứng yêu cầu toán đặt 43 KẾT LUẬN Với việc thực đề tài: “Xây dựng module truyền thông kết nối PLC Arduino” giúp em hiểu nguyên lý hoạt động cách thức truyền liệu giao tiếp Arduino PLC Có thể áp dụng nhiều tốn khác điều khiển động quạt gió, bơm nước Ngồi đề tài giúp em có thêm tảng kiến thức vững áp dụng cơng việc, tiết kiệm chi phí đối với tốn khác nhau, giúp nâng cao trình độ cách thức hoạt động loại để giúp cho công việc sau 44 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Th.S Trần Tiến Lương, xuất 2016, Nghiên cứu xây dựng hệ thống mạng truyền thông PLC S7-1200 qua mạng Ethernet, trường Đại học Hàng hải Việt Nam [2] Th.S Vũ Văn Phong, xuất 2014, Mạng truyền thông Modbus RTU TCP/IP PLC, trường Đại học sư phạm kỹ thuật TP Hồ Chí Minh 45 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 46 ... Ethernet Số lượng tối đa kết nối cổng PROFINET Cổng PROFINET CPU hỗ trợ kết nối truyền thông đồng thời sau đây: kết nối đối với truyền thông HMI đến CPU kết nối đối với truyền thông thiết bị lập... Kết nối mạng: sử dụng truyền thông mạng ta kết nối với hai thiết bị (ví dụ CPU, HMI, thiết bị lập trình, thiết bị Siemens) Kết nối trực tiếp: thiết bị lập trình kết nối đến CPU S7-1200 Kết nối. .. nối truyền thông cho PLC giá thành đắt việc thực đề tài: Xây dựng module truyền thông kết nối PLC Arduino Giúp cho sinh viên có thêm nhiều hiểu biết thực đề CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TRUYỀN THƠNG