Tài liệu Chương 3: Kết nối các thiết bị đo lường và điều khiển trong hệ thống mạng pptx

Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 34 Chương 3 Kết nối các thiết bị đo lường và điều khiển trong hệ thống mạng 3.1. Tổng quan chung Để đưa ra giải pháp kết nối các thiết bị trong hệ thống mạng hợp lí thực chất là thực hiện bài toán tích hợp. Cần thiết phải xét đến các yếu tố sau: Bài toán công nghệ Đây là một nhiệm vụ quan trọng trong tích hợp hệ thống, cần thiết phải có các hiểu biết sâu sắc để lựa chọn các giải pháp phù hợp, chẳng hạn với một ứng dụng có thời gian đáp ứng nhanh thì giải pháp truyền thông cũng phải tương thích và ngược lại, do đó cần nắm vững công nghệ trước khi thực hiện bài toán tích hợp Các yếu tố kỹ thuật Khi thiết kế hệ thống mạng cũng cần quan tâm đến tính ổn định, khả năng làm việc lâu dài cũng như khả năng thay thế của các thiết bị trong mạng . Vấn đề kinh tế Đây là vấn đề cực kỳ quan trọng trong bất cứ thiết kế mạng nào. Với các yêu cầu kỹ thuật đề ra có thể đáp ứng bằng nhiều phương án nhưng phương án lựa chọn phải là phương án ngoài việc thoả mãn các yêu cầu và công nghệ và kỹ thuật thì phải thoả mãn yêu cầu về kinh tế. Chẳng hạn trong một nhà máy Xi măng nọ hệ thống mạng dùng của Siemens với các bộ điều khiển PLC S7-400 nhưng tất cả các Module I/O kết nối với các bộ điều khiển này lại là loại của S7-300, thoạt nhiên chúng ta sẽ rất ngạc nhiên, tại sao không đồng bộ hoá ??. Câu trả lời đó là vấn đề kinh tế 3.2. Giao diện mạng Giao diện mạng là một thành phần ghép nối chính của một thiết bị với môi trường truyền thông, trong đó cả phần cứng và phần mềm đều có nhiệm vụ quan trọng. Một thành phần giao diện mạng có thể được thực hiện độc lập hoặc tích hợp với thiết bị. Card giao diện mạng cho máy tính cá nhân, module xử lí truyền thông trên PLC hay các module giao diện mạng trên các I/O phân tán. 3.2.1. Ghép nối PLC (Programable Logic Controller) Để ghép nối các PLC trong mạng có thể sử dụng các Module truyền thông riêng hoặc trực tiếp trên các CPU có tích hợp sẵn các Module giao Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 35 diện mạng. Hình sau trình bày về ghép nối của PLC trong mạng: PS CPU IM IM IM DI DO AI AO 3.2.2. Ghép nối PC Giao diện trên PC cũng được thực hiện tương tự như PLC, chúng được thực hiện theo các cách sau: - Card ghép nối qua khe cắm ISA, PCI . - Bộ thích ứng mạng (Adapter) qua cổng song song và nối tiếp - Card PCMCIA Card giao diện mạng Trên Card thường có bộ vi xử lí đảm nhiệm chức năng xử lí giao thức, tuy nhiên phần xử lí này có thể là toàn bộ hoặc có san sẻ cùng với phần mềm. Tuy nhiên để đạt độ tin cậy cao trong các cuộc trao đổi tin các Card giao diện thường được thiết kế có dự phòng. Bộ thích ứng mạng (Adaptor) qua cổng song song và nối tiếp Bộ thích ứng thường được sử dụng để chuyển đổi tín hiệu. Chẳng hạn khi giao tiếp với PLC S7-200 thông qua cổng truyền thông RS485 thì cần có bộ chuyển đổi RS485/RS232 để ghép nối với PC Card PCMCIA Đối với máy tính xách tay không có khả năng mở rộng qua các khe cắm, bên cạnh phương pháp sử dụng bộ thích ứng mạng, có thể ghép nối qua khe cắm PCICIA với kích cỡ tương đối nhỏ. Phương pháp này thích hợp với các máy lập trình (PG) dùng để đặt cấu hình, tham số hoá và chuẩn đoán hệ thống 3.3. Ghép nối các thiết bị trong Simatic 1. Các dịch vụ truyền thông trong Profibus CP. Bus hệ thống Ethernet Bus trường Hình 3.0. Giao diện mạng của PLC PLC Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 36 Trong quá trình trao đổi thông tin dịch vụ truyền thông đóng vai trò rất quan trọng, Profibus đưa ra một số dịch vụ truyền thông nhằm hỗ trợ các thiết bị trao đổi thông tin trên mạng. Hình sau trình bày về các dịch vụ trong Profibus CP Hình 3.1. Các dịch vụ truyền thông của Profibus CP 2. Khả năng truyền thông của S7 Các thiết bị tham gia mạng trong Simatic rất phong phú và đa dạng về chủng loại, việc kết nối các thiết bị này đòi hỏi cần có các giao diện chung, điều đó cũng ảnh hưởng đến khả năng truyền thông của Simatic. Hình 3.2. Khả năng truyền thông của Simatic S7 Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 37 3. Truyền thông S7 với Profibus Như đã trình bày trên phần trước, Profibus là hệ thống Bus được ứng dụng rất phổ biến trong các ứng dụng của Simatic, trong đó các thiết bị tham gia trong mạng có thể là PLC-S7-300, S7-400 cũng như các PC và PG. Cấu hình truyền thông của S7 trong ứng dụng Profibus được trình bày trên hình 5.3 Hình 3.3. Truyền thông S7 với Profibus 4. Cấu hình cho hoạt động của PG Thực chất PG là một máy tính công nghiệp, nhưng vị trí quan trọng của nó lại chính là phần mềm được cài đặt trong đó. Đây là các phần mềm có bản quyền như: Step 7- V5.2, WinCC . Nói chung giá của các phần mềm này vượt nhiều lần giá của phầm cứng. Thực tế PG được dùng làm công cụ để cài đặt phần mềm, đặt lại cấu hình cho hệ thống cũng như tham gia vào tham số hoá chuẩn đoán . Cấu hình hoạt động của PG được trình bày trên hình 5.4 Hình 3.4. Cấu hình cho hoạt động của PG Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 38 5. Các đối tác truyền thông trên kết nối FDL Việc thực hiện các giao thức truyền thông trong Bus trường chỉ được thực hiện trên lớp lên kết dữ liệu (FDL) và trên lớp vật lí. Việc kết nối các đối tác truyền thông trên kết nối FDL được chỉ ra trên hình 5.5 Hình 3.5. Các đối tác truyền thông trên kết nối FDL 6. Các trạm Slave của Siemens và các nhà cung cấp khác trên Profibus-DP Profibus cung cấp các dịch vụ cho các thiết bị chủ cũng như cho các thiết bị tớ để trao đổi thông tin trong mạng, về nguyên tắc các trạm tớ của các hãng khác nhau hoàn toàn có thể trao đổi thông tin nếu tuân thủ các quy tắc và thủ tục của Profibus. Hình sau mô tả mạng truyền số liệu của các thiết bị tớ với các thiết bị chủ Hình 3.6. Các Slave của Siemens và các nhà cung cấp khác trên Profibus-DP Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 39 7. Cấu hình mạng cho các DP Slave cho Simatic S7 Hình 3.7. Cấu hình mạng cho các DP Slave cho Simatic S7 8. Mạng trong PCS7 PCS7 là hệ thống điều khiển quá trình nổi tiếng của Siemens hiện nay, chúng có những tính năng ưu việt về chất lượng đo lường và điều khiển, khả năng linh hoạt trong các ứng dụng, tính năng mở . Điểm mấu chốt của hệ PCS7 hiện nay là ứng dụng của mạng truyền thông sử dụng các giao thức công nghiệp, trong đó các thiết bị thực hiện giao thức, xử lí giao thức có thể được nối trong cùng một cấu trúc mạng hoặc trong cấu trúc mạng kết hợp và thực hiện các giao thức cùng loại hoặc kết hợp. Và tất nhiên sẽ có các thiết bị để thực hiện việc chuyển đổi giao thức đó. Hình sau ví dụ về cấu hình Simatic của PCS7 Hình 3.8. Cấu hình Simatic trong PCS7 Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 40 a) Trạm thiết kế kỹ thuật trong PCS7 (ENG) Trạm này dùng với nhiều mục đích như: Định nghĩa các kết nối trong hệ thống, thay đổi cấu hình cũng như phân vùng quản lí hệ thống . Khả năng can thiệp trong hệ PCS7 của ENG được trình bày trên hình sau: Hình 3.9. Trạm thiết kế kỹ thuật trong PCS7 (ENG) Hình sau mô tả kết nối Bus hệ thống trong PCS7 giữa các thiết bị Simatic Hình 3.10. Kết nối Bus hệ thống trong PCS7 Một cấu hình mạng điển hình sử dụng môi trường truyền dẫn cáp quang là sử dụng cấu trúc mạng vòng lặp khép kín. Trong hệ thống mạng của Simatic thường sử dụng cấu hình có dự phòng (Redandancy) nhằm nâng cao độ tin cậy của hệ thống. Module thực hiện quá trình chuyển đổi điện /quang và quang/điện trong Simatic là OLM (Optical Link Module). Hình 5.11 mô tả kết nối này Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 41 Hình 3.11. Kết nối vòng lặp khép kín có dự phòng Trong một số ứng dụng đòi hỏi độ tin cậy cao việc sử dụng các PLC có sự phòng sẽ làm tăng độ tin cậy. Hình 5.12 trình bày về cấu hình dự phòng của PLC Hình 3.12. Cấu hình PLC có dự phòng Ngoài việc kết nối có dự phòng sử dụng OLM, Simatic còn đưa ra giải pháp sử dụng module OSM nhằm nâng cao khả năng liên kết các đối tác truyền thông trong mạng. Cấu hình này được trình bày trên hình 5.13 Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 42 Hình 3.13. Cấu hình mạch vòng sử dụng OSM Tổng hợp cấu trúc phân tầng, dự phòng được trình bày trên hình 5.14 Hình 3.14. Cấu trúc phân tầng mạng Chổồng 3. Kóỳt nọỳi caùc thióỳt bở õo lổồỡng vaỡ õióửu khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 43 Kết nối các thiết bị trường lên các thiết bị điều khiển được trình bày trên hình 5.15. Trong đó các thiết bị trường có thể được kết nối theo các giao thức khác nhau Hình 3.15. Kết nối các thiết bị trường lên cấp điều khiển Truyền thông trong Profibus giữa DP và PA được trình bày trên hình sau: Hình 3.16. Truyền thông giữa Profibus-DP và PA . BKN 43 Kết nối các thiết bị trường lên các thiết bị điều khiển được trình bày trên hình 5.15. Trong đó các thiết bị trường có thể được kết nối theo các giao. khióứn trong hóỷ thọỳng maỷng Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKN 34 Chương 3 Kết nối các thiết bị đo lường và điều khiển trong hệ