Tài liệu Chương 4: Giới thiệu về hệ thống SIMATIC PSC7 doc

Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS CHƯƠNG GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SIMATIC PCS 4.1 Các thuật ngữ bản: 4.1.1 Truyền thông (communications): Truyền thông để truyền liệu hai nhiều thành phần truyền thông với nhau, truyền thông người ta gọi cộng (communications partner) Trao đổi lấy gởi thơng tin, trạng thái, tín hiệu… Qúa trình truyền thơng xảy nhiều đường truyền khác nahu như: cổng truyền thơng tích hợp với CPU; xử lý truyền thơng riêng cịn gọi CP (communications processor); ngồi người ta cịn hay sử dụng từ Node để thay cho thành phần Xem ví dụ hình bên dưới: Hình 4.1 Các thành phần truyền thông 4.1.2 Hệ thống truyền thông có dự phịng (Redundant Communication System): Là hệ thống có độ dự trữ tăng lên gấp đơi đơi gấp ba lần số CPU, nguồn cung cấp cho hệ thống điều khiển mơi trường truyền thơng (các bus truyền) Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 44 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Các chế giám sát đồng hóa đảm bảo có thành phần bị lỗi có thành phần khác thay (tùy theo mức độ dự phịng) mà khơng thiết phải dừng a Dự phịng CPU bus truyền thơng kết nối S7 400H b Dự phòng Server, CPU AC800 bus truyền thông kết nối ABB hệ thống để xử lý, cần tách khắc phục thành phần bị lỗi sau đưa hệ thống trở lại hoạt động trình cài đặt ban đầu (ví dụ S7 400H Siemens hay AC800M ABB có chế này) Việc dự phòng cấp độ khác tùy thuộc vào mức độ quan trọng hệ thống, thực tế người ta chia cấp độ sau: - Độ dự phịng nóng (Host Standby): thời gian chuyển mạch < 10 ms - Độ dự phòng ấm: 10 ms < thời gian chuyển mạch < 100 ms - Độ dự phòng lạnh (nguội): dự phòng dạng phải ngừng hệ thống khoảng thời gian ngắn để thay thiết bị Truyền thơng có tính khả dụng (sẵn sàng) cao (High - Availability communication) S7 400H ví dụ minh họa kết nối truyền thơng kiểu Truyền thông mang lại độ tin cậy, tăng suất sản xuất, giảm thời gian dừng máy bảo dưỡng hai khắc phục cố… Ngược lại giá thành đầu tư cao 4.1.3 Các nút (node) dự trữ: Ngồi vấn đề dự phịng nguồn (PS), CPU, bus, CP cịn có dự phịng nút Kiểu dự phòng thực hiên hệ thống có độ dự phịng cao để phục vụ cho việc thay nâng cấp Khi cố nút mạng khơng làm ảnh hưởng đến nút khác mạng 4.1.4 Trạm (Station): Trạm thiết bị kết nối vào subnet liên kết subnet với (Gateway sử dụng PLC PC), phải có riêng Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 45 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS địa kết nối vào mạng Ví dụ trạm là: PC, PLC, PG, OP, TD, CP… 4.1.5 Mạng (subnet): Subnet toàn thành phần vật lý, chuẩn, giao thức, dịch vụ đồng để thực kết nối thống để phục vụ cho việc trao đổi quản lý liệu Các kết nối trạm nối vào subnet không qua gateway Một subnet coi môi trường truyền thơng Ví dụ subnet là: MPI, Profibus, Ethernet, Modbus Mỗi subnet có subnetID Hình 4.2 Ví dụ minh subnet liên kết chúng Hình x.x có ba subnet (1 subnet MPI, subnet Profibus DP), S7 400 làm nhiệm vụ điều khiển quản lý hai subnet Profibus DP vừa làm nhiệm vụ gateway để liên kết ba subnet lại với 4.1.6 Mạng (Network): Mạng bao gồm nhiều subnet (cùng loại khác loại) liên kết lại với Ví dụ hình 4.1, 4.2 gọi mạng 4.1.7 Gateway: Gateway thiết bị sử dụng để kết nối subnet lại với Nó liên kết subnet giống khác Như mạng có nhiều subnet cần phải có gateway Ví dụ gateway sau thường sử dụng: - Modul E/P sử dụng để liên kết hai subnet khác Ethernet Profibus DP Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 46 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS - Modul IM 157 sử dụng để liên kết hai subnet khác Profibus DP Profibus PA - DP/AS-i Link sử dụng để liên kết IM 157 sử dụng để liên kết hai subnet khác Profibus DP AS-i - Gateway 3WN6 thiết bị sử dụng để chuyển mạch Profibus DP - ET 200U DP/FMS sử dụng để liên kết hai subnet khác Profibus DP Profibus FMS Ngoài modul CP, PLC PC đơi đóng vai trị gateway Xem hình ví dụ bên dưới: Hình 4.3 Lên kết Profibus DP Profibus PA sử modul IM 157 4.1.8 Bộ định tuyến (Routing ): Những gateway cần có thông tin để xác định đường qua kết nối từ subnet sang subnet khác Trong khung truyền bảng đường (routing table) để xác định địa đích cộng truyền thơng (communications partners) Chính chế mà người ta gọi routing (định tuyến) Có hai loại routing routing tĩnh routing động (routing thích nghi) Đối với routing tĩnh thơng tin bảng (routing table) khơng đổi, làm nhiệm vụ dẫn để đến subnet kế Đối với routing động tham số thay đổi có tham gia vào cắt bớt cộng truyền thông mạng cách tự động Tính quan trọng số nhà máy sản xuất có tính chất liên tục hạn chế tối đa thời gian số lần dừng hệ thống, ví dụ nhà máy thép; nhà máy điện; nhà máy xi măng; nhà máy lọc dầu… 4.1.9 Khách/chủ (Client/server): Khái niện Khách/chủ đưa nhằm để xác định chức sử dụng hay quản lý liệu Việc giúp cho việc phân định công việc cách rõ ràng, dễ tích hợp, bảo dưỡng nâng cấp Tăng hiệu suất công việc, giảm giá thành tích hợp tối ưu hóa thời gian thực thi cơng việc, điều có nghĩa tính thời gian thực (real-time) cải thiện Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 47 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Server: Trách nhiệm Server quản lý, lưu trữ liệu, đảm bảo dịch vụ truyền thông, cấu trúc số lượng kết nối Nâng cao độ tin cậy hệ thống (tính khả dụng) Client: Chức chủ yếu client sử dụng thơng tin, ngồi cịn có xử lý thông tin để giảm bớt gánh nặng cho Server (tính hầu hết mạng TTCN) Giúp cho Server dễ dàng việc truy cập hệ thống mà không cần phải phân bố chi tiết thời gian, liệu… 4.1.10 Chủ/tớ (Master/Slave): Khái niệm chủ tớ thường hay gặp tiến hành tích hợp mạng TTCN Chúng ta liên tưởng đến quan hệ Cleint/Server khái niệm Master/Slave cấp độ nhỏ nhiều Ví dụ kết nối PLC S7300 S7 400 với mô đun phân tán ET 200 thơng qua subnet Profibus DP CPU PLC đóng vai trị Master cịn mô đun phân tán ET 200 Slave 4.2 Giới thiệu phần mềm thuộc gói phần mềm STEP 7: Trước bắt đầu với phần mềm tổng quan gói phần mềm STEP Trong có phần mềm sau: - Configure SIMATIC Workspace - Converting S5 file - LAD, STL, FBD - Programming S7 Blocks - Memory Card Parameter Assignment - PID Control Parameter Assignment - S7 - GRAPH - Programming Sequential Control System - S7 - DIAG - Configurating Proccess Diagnotics - Setting the PG-PC Interface - TI 405 - S7 Converting TI File - TI 505 - S7 Converting TI File - NetPro - Configuring Networks 4.2.1 Configure SIMATIC Workspace: Ở đây, bạn cài đặt “SIMATIC STEP Workstation” để chuẩn bị cho trình làm việc với dự án STEP STEP Workatation khác - Workstation có hai loại: + Single Terminal: với cài đặt này, bạn làm việc dự án STEP + Multi - Terminal System: với việc cài đặt này, dự án bạn soạn thảo từ tập hợp nhiều Workstation khác Dự nán thơng thường nằm File Server nhóm Workstation Tất station nhóm (workgroup) truy cập vào - Chuẩn giao thức sử dụng để thiết lập hệ thống với Multi - terminal, chuẩn giao thức “ngôn ngữ” chung chung để truyền thông Workstation với Các cài đặt với chuẩn giao thức nên tuân theo tiêu chuẩn Nguyãùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 48 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS chung thống quốc tế Có chuẩn sau thiết lập cho hệ thống mạng bạn thông qua phần mềm này: + NetBIOS + IPX/SPX + TCP/IP (với cài đặt có cấu hình TCP/IP cho Multi - User thiết lập) - Trong hệ thống Multi - User (hay Multi - terminal) bao gồm thành phần DB server DP client + DB server: sử dụng địa “host” Khi thiết lập địa cho DB server, phần mềm mặc định bạn không cần phải tạo địa đưa thêm địa DB server sử dụng tất địa IP tiện lợi Nếu nhiều mạng thiết lập, bạn đưa địa “host” cho mạng lúc DB server nên làm việc độc lập + Ví dụ cho truyền liệu với khoảng cách dài (long - distance): Nếu DB server hoạt động mạng với khoảng cách dài, bạn phải dừng DB server trước thực việc kết nối lú bạn đảm bảo kết nối phải đảm bảo tuân theo chuẩn giao thức TCP/IP Tốt địa mà bạn ấn định mạng nên quản lý file để tiện cho việc quản lý để tránh nhầm lẫn trùng lặp Bạn nên lưu ý đến chức “default setting” phần mềm trình định địa cho DB client Hình 4.4 Thiết lập địa host cho DB server Cấu trúc IP xem thêm trang 20 giáo trình thiết kế xây dựng mạng LAN WAN - Cấu hình Multi - User mạng: Với STEP 7, bạn làm việc mơi trường Windows 2000/XP NT/2000 server Tương ứng với Workstation bạn làm việc tương ứng với Project dạng sau: Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 49 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS + Project Workstation co thể sử dụng Workstation khác Xem ví dụ hình 4.5, Workstation Workstation truy cập vào Project A Workstation + Các Workstation khác vó thể truy cập vào Project server Xem ví dụ hình 4.5, Workstation Workstation truy cập vào Project C server mạng + Các Project phân bố Workstation hay server mạng có nhiều server Xem ví dụ hình 4.5, Workstation Workstation truy cập vào Project A, B, C Hình 4.5 Nhóm server chạy hệ điều hành Window NT 4.2.2 Converting S5 file: Phần mềm có chức chuyển đổi File soạn thảo STEP (thế hệ cũ) sang dạng File khác mà File hồn tồn soạn thảo lại làm việc mơi trường STEP Với thao tác đơn giản là: - Khởi động phần mềm Converting S5 file - Vào File/Open - Chọn File S5 mà bạn muốn chuyển đổi 4.2.3 LAD, STL, FBD - Programming S7 Blocks: Trên phần mềm tạo lập Project cho PLC S7 - 300 S7 - 400 ngơn ngữ LAD, STL, FBD Ngồi chúng khởi động phần mềm từ SIMATIC Manager 4.2.4 Memory Card Parameter Assignment: Ở bạn định giao diện mà thiết bị lập bạn sử dụng để lưu trữ “chương trình người sử dụng” card nhớ cho PLC thuộc S7 4.2.5 PID Control Parameter Assignment: Trên phần mềm giúp thiết lập q trình điều khiển vịng kín gọi PID cho ứng dụng điều khiển ổn định Việc thiết lập chương trình dựa vào hai khối: + OB41 có chức điều khiển liên tục (continuou) + OB42 có chức điều khiển mức (step) Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 50 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 4.2.6 S7 - GRAPH - Programming Sequential Control System Phần mềm ứng dụng cho chương trình mà có giải thuật (thuật tốn) dạng (Sequential) viết dạng graph mà thường hay gọi ngôn ngữ grafcet (tham khảo chương thuộc giáo trình điều khiển Logic) Nó dạng ngơn ngữ lập trình tiện lợi bên cạnh ngơn ngữ lập trình cho PLC S7 mà thường hay gặp Tiện lợi chỗ chương trình ngắn gọn, hồn tồn đồ họa, chuyển cách dễ dàng tương ứng từ dạng lưu đồ thuật tốn… Ví dụ việc quan sát trạng thái tín hiệu địa thuộc vùng nhớ vào, bit nhớ vùng khác: Hình 4.6 Mơ tả bước chuyển trạng thái chương trình GRAPH Trong bước trên, trạng thái tín hiệu q trình hoạt động chương trình hiển thị Trạng thái tín hiệu tương ứng với địa (vào, địa nhớ khác) xác định vị trí dấu chấm hỏi (???) hoạt động cách riêng lẻ Điều có nghĩa khơng hồn toàn hoạt động bước hiển thị Đặc biệt địa dạng Boolean hiển thị trạng thái Giá trị địa khác hiển thị chi tiết sổ bảng địa Nếu có khóa liên động gọi khóa khơng hiển thị trạng thái Bên ví dụ để mơ tả việc lập trình tuần tưh thơng qua ngơn ngữ lập trình Graph Phần trình bày kỹ chun đề điều khiển q trình cơng nghệ! Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 51 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 4.2.7 S7 - DIAG - Configurating Proccess Diagnotics S7 PDIAG sử dụng để tạo định nghĩa lỗi, tạo cho người sử dụng tiện lợi trình giám sát hệ thống Qúa trình chuẩn đốn xác định kiểu thơng tin lỗi, vị trí lỗi cảnh báo lỗi Những liệu chuẩn đốn thơng tin quan trọng giúp cho việc xử lý cố Những thuận lợi mà chương trình mang lại: - Lỗi trình (Process errors) nhận rõ ràng nhanh chóng - Giảm bớt thời gian dừng hệ thống lỗi tăng suất - Những thhông tin rõ ràng tạo cho trình xử lý cố (troubleshooting) làm cho trình xử lý trở nên dễ dàng - Tuổi thọ hệ thống tăng lên đáng kể 4.2.8 Setting the PG-PC Interface Bất máy tính tham gia vào mạng địi hỏi phải có giao diện mạng thiết lập Phần mềm giúp người sử dụng tạo giao diện để thực kết nối tương ứng vào mạng khác (PPI, MPI, PROFIBUS, ETHERNET…) 4.2.9 TI 405 - S7 Converting TI File Chương trình TISOFT405 lưu trữ nhiều file Những file Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 52 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS định dạng thư viện DOS Chúng file văn Việc lưu trữ NAME chương trình TISOFT405 liên kết với file NAME.VPU Những file khác NAME.CMT liên kết với chương trình NAME Qúa trình chuyển đổi địi hỏi phải đọc thơng tin từ file liên kết tạo file text tương đương với lệnh STEP Như đầu file text đầu vào STEP Program Editor Ban đầu sau chuyển, chương trình dạng statementlist, sau chuyển sang dạng LAD FBD Như chương trình có ý nghĩa bạn muốn chuyển file thiết lập PLC cũ nhà máy mà sử dụng thiết bị hãng Siemens (có thể xem “đời” STEP 4) sang ngơn ngữ lập trình STEP để thao tác trực tiếp như: thay đổi địa chỉ, nâng cấp chương trình hay nâng cấp CPU… 4.2.10 TI 505 - S7 Converting TI File Chương trình có mục đích giống chương trình trình bày mục 4.2.1.9 “đời” STEP 4.2.11 NetPro - Configuring Networks Chương trình chương trình quan trọng tất chương trình nêu Nó giúp cho thiết lập cấu hình mạng truyền thơng (SCADA DCS) sử dụng thư viện thiết bị chuẩn giao thức xây dựng sẵn Phần trình bày kỹ chương 4.3 Mơ hình hệ thống PCS 7: Có thể nói PCS triết lý hệ thống điều khiển, tạo ứng dụng cho điều khiển logic lập trình (PLC), ứng dụng cho hệ thống xử lý q trình Nó hệ SIMATIC S7 PCS hệ thống chuẩn cấu trúc xây dựng hệ thống có giải pháp tự động cấp thấp, trung bình cấp cao Từ cấp đơn giản đến cấp phức tạp mà nhà máy yêu cầu Nói chung PCS hệ thống tự động hóa trình mềm dẻo, cung cấp giải pháp cách tùy chọn cho người sử dụng Điều mang lại ưu điểm bật như: - Cùng phần cứng sử dụng nhà máy PLC điều khiển trình - SIMATIC đề cập đến kết hợp để tạo nên hệ thống Tự động hóa diện rộng - Sự phân bố hệ SIMATIC toàn giới minh chứng cho việc lắp đặt, dịch vụ bảo dưỡng - Tính an tồn cao đồng Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 53 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Hình 4.7 Mơ hình mẫu hệ thống PCS 4.3.1 Trạm Engineering System (ES): Từ trạm ES này, người sử dụng thiết lập, thay đổi thông số trạm kết nối vào mạng Thường nhà máy cỡ trung bình lớn có trạm ES Ngồi chức trên, trạm ES cịn chạy gói phần mềm cấu thành nên trạm OS SIMATIC PCS cung cấp giải pháp ES toàn diện cho việc thiết lập cấu hình giám sát hệ thống PCS, hỗ trợ cho việc xử lý dự án nhà máy mạng diện rộng Nguyãùn Kim AÏnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 54 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Hình 4.8 Giới hạn mà trạm ES quản lý 4.3.2 Hệ thống giao diện vận hành OS (Operator Interface System): Trong hệ thống PCS 7, giao diện vận hành hay gọi HMI (Human Mechain Interface) WinCC (Windows Control Center) Hệ thống có kiểu sau: - Stand-alone-system - Multi-user-system Hình 4.9 Mơ hình kết nối hệ thống Stand-alone Multi-user Ø Stand-alone-system: Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 55 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Hệ thống Stand-alone hệ thống kênh, hệ thống kết nối tới hệ thống bus thông qua mô đun giao diện CP Nếu trường hợp nhiều kênh yêu cầu, vài hệ thống Stand-alone cung cấp, kết nối mềm dẻo hệ thống bus mà trạm OS làm việc cho nó, điều có nghĩa khơng có loại trừ lẫn OS Stand-alone Hình 4.10 Kết nối hai OS Stand-alone hệ thống bus Multi-user-system: Hệ thống Multi-user bao gồm vài OS client, điều có nghĩa liệu cung cấp từ OS server thông qua terminal bus (bus đầu cuối) Bus bus Ethernet, độc lập với bus hệ thống sử dụng riêng biệt cho kiểu truyền thơng sau: Hình 4.11 Cấu hình hệ thống Multi-user - OS server ↔ OS client Nguyãùn Kim AÏnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 56 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS - OS server ↔ Engineering system - OS server ↔ Host computer OS server chịu trách nhiệm trao đổi liệu PLC với OS client, đồng thời có nhiệm vụ lưu trữ phân chia nhiệm vụ, mức độ truy cập … Hệ thống Multi-user cấu hình client-server Dựa theo nguyên tắc cấu hình client-server, OS PCS cầu hình theo nguyên tắc sau: - Client - Multiclient tùy thuộc vào yêu cầu § Kiến trúc Client-Server: kiến trúc cấu thành vài OS client OS server Server chịu trách nhiệm tryuền thông với PLC thông qua bus hệ thống Một OS server hệ thống PCS cung cấp tới 16 OS client Server cấu hình theo hệ dự phịng (redundant) § Kiến trúc Server - Multi-Client: Multi-client client truy cập liệu (dữ liệu dự án, giá trị biến trình hay nhật ký vận hành) đồng thời vài OS server khác Ngoài cịn cấu hình theo liệu cục (có nghĩa cung cấp cho vài OS client định) Các Server cấu hình theo hệ dự phịng (redundant) § Hệ thống phân tán (Distributed System): Kiến trúc multi-client tạo hệ thống phân tán server, nghĩa nhiệm vụ server đảm nhiệm theo công đoạn nhà máy (trong trường hợp nhà máy lớn) Hệ thống phân tán tương xứng với hệ thống cấp bậc cấu hình PLC Điều thuận lợi hệ thống phân tán công đoạn nhà máy hoạt động độc lập, kết tạo nên hệ thống có tác vụ điều khiển lớn phức tạp nhiều so với hệ thống thông thường (ví dụ nhà máy lọc hóa dầu, xi măng…) PCS hỗ trợ multi-client truy cập lên tới server, server đảm nhiệm tới 16 client multi-client Những stand-alone multi-client sử dụng với Ø Phần mềm điều khiển q trình OS: Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 57 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Phần mềm điều khiển trình tạo cách sử dụng WinCC Phần mềm cung cấp chức cho tác vụ điều khiển q trình hồn hảo Điều tiết kiệm nhiều thời gian cho kỹ sư hệ thống Hình 4.12 Màn hình giao diện OS client thông qua WinCC 4.3.3 Bus hệ thống sử dụng với PCS 7: Hệ thống điều khiển trình PCS SIMATIC sử dụng mạng truyền thông công nghiệp SIMATIC NET Tất sản phẩm SIMATIC NET phát triển cách đặc biệt cho ngành công nghiệp Chúng chúng minh khả đặc biệt tác động điện từ trường, xâm hại chất lỏng áp suất, môi trường ô nhiễm, chất hóa học Những bus hệ thống từ họ gia đình SIMATIC NETWORK với hệ thống điều khiển trình PCS 7: - Fast Industrial Ethernet - Industrial Ethernet (SINEC H1) - PROFIBUS (FMS) - PROFIBUS-DP - PROFIBUS-PA - AS-Interface Hệ thống bus dựa sở truyền thơng tin tín hiệu điện quang, Những môi trường sau sử dụng với PCS 7: - Cáp đôi dây vặn xoắn ITP (Industrial Twisted Pair) - Cáp đồng trục (Triaxial/coaxial cable)_Chỉ sử dụng cho Ethernet 10Mbps - Cáp quang (Fiber-optic cable) Nguyãùn Kim AÏnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 58 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Bus hệ thống xem đường xương sống hệ thống điều khiển q trình (vì kết nối tất tất thành phần PLC, ES, OS) Các bus hệ thống bậc: - Fast Industrial - Industrial Ethernet - PROFIBUS Sự thay đổi kiểu bus, kiến trúc, môi trường hỗ trợ cách mềm dẻo Các thông số hệ thống bus này: - Số trạm kết nối từ hai đến vài trăm trạm - Khoảng cách từ 50 m đến 150 km - Tốc độ từ 1.5 Mbps đến 100 Mbps - Chịu nhiễu điện từ tiếng ồn - Có thể kết nối theo hệ dự phòng (redundancy) Ø Industrial Ethernet: Industrial Ethernet (SINEC H1) bus hệ thống dự kiến cho SIMATIC PCS Industrial Ethernet dựa theo chuẩn IEEE 802.3 Với tốc độ truyền liệu lên tới 10 Mbps với vài trăm trạm kết nối vào bus Bus Industrial Ethernet kết nối với thành phần hệ thống PCS sau: - Các PLC (thông qua mô đun giao diện truyền thông CP 343-1 S7 300 CP 443-1 S7 400) - OS Server, stand-alone OS, ES, client thông qua giao diện card mạng CP 1613 Mô đun OLM (Optical Link Module): OLM thuận lợi cấu hình mạng Ethernet cơng nghiệp Nó cho phép bạn kết nối kiến trúc mạng cách mềm dẻo thông qua kết nối đôi dây vặn xoắn ITP (industrial twisted pair) hai kết nối cáp quang (fiber-optic cable) Thông qua OLM bạn tạo kết nối dự phịng để nâng cao độ an tồn hệ thống thơng qua kết nối điện quang, sau Hình 4.13 Kết nối sử dụng mô đun OLM hệ thống redundant Ethernet Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 59 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS ví dụ: Ngồi Ethernet cịn có Fast Ethernet, bus tốc độ truyền liệu thay đổi từ 10 Mbps đến 100 Mbps Phương thức truy cập mạng theo CSMA/CD số trạm kết nối vào bus không giới hạn Các môi trường truyền thông bus giống Ethernet Công nghệ chuyển mạch với OSM (Optical Switch Modules): Cấu hình mạng Fast Ethernet dựa môi trường quang học OSM cho phép bạn cấu hình cho mạng Ethernet công nghiệp với công nghệ chuyển mạch môi trường ITP (tốc độ truyền lên đến 10 Mbps) môi trường quang học (tốc độ lên tới 100 Mbps) Việc sử dụng OSM làm đơn giản thuận tiện vấn đề cấu hình mạng mở rộng Trong khoảng thời gian bạn bổ sung số lượng lớn mạng với nhiều trạm mà không gặp phải vấn đề khó khăn Một OSM có terminal cho cáp đôi dây vặn xoắn terminal cho cáp quang (OSM mô tả với version 2, cịn version bạn đọc tra cứu thêm sử dụng nó) Hình 4.14 Mô tả kết nối sử dụng mô đun OSM hệ thống redundant Ethernet Chúng ta phối hợp mô đun OLM với mô đun OSM hệ thống dự phòng dạng vòng với nhiều cấp bậc, ví dụ phối hợp này: Nguyãùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 60 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Hình 4.15 Hệ thống cấp bậc có phối hợp OLM OSM Nguyãùn Kim AÏnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 61 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Ø Frofibus: Sử dụng bus Frofibus làm bus hệ thống cho ứng dụng có cấp độ từ nhỏ đến trung bình với yêu cầu chất lượng điều khiển cao Việc sử dụng Frofibus làm bus hệ thống bạn kết nối tới nút/trạm tới PCS Tốc độ truyền liệu bus từ 9.6 kbps đến 1.5 Mbps, chuẩn giao thức sử dụng bus Profibus FMS Tất thành phần PCS kết nối tới bus hệ thống Profibus dựa phương thức sau: - Trung tâm điều khiển logic lập trình (PLCs) thơng qua mô đun giao diện CP 343-3 (đối với S7 300) CP 443-5 S7 400 - OS ES thông qua card giao diện CP 5412 A2 Môi trường truyền thông: - Đôi dây vặn xoắn - Cáp quang (có kết hợp với mơ đun OLM) Để tăng độ tin cậy cho hệ thống, kết nối redundant thực bus 4.3.4 Kết nối bus trường (Field Bus) hệ thống PCS 7: Nhu cầu trao đổi liệu thiết bị điều khiển logic khả trình với thiết bị vào/ra phân tán thiết bị trường thông minh lớn, hệ thống bus trường làm giảm thời gian độ phức tạp cho kỹ sư hệ thống trình lắp đặt, bảo dưỡng khắc phục cố Nó thuận lợi truyền thông số mang đến giải pháp cao cho việc đo lường giá trị, lực chuẩn đoán hệ thống, ấn định giá trị từ xa Có bus trường sau: - Profibus-DP - Profibus-PA - AS-Interface - HART (Highway Addressable Remote Transducer) Hình 4.16 Kết nối hệ thống bus trường PCS Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 62 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Bạn lựa chọn bus trường cách mềm dẻo tùy theo yêu cầu ứng dụng bạn Với Profibus-PA tạo để phục vụ cho nơi có mơi trường nguy hiểm (nhiệt độ áp suất cao) Ø Profibus-DP: Trong hệ thống PCS 7, Profibus-DP tiêu chuẩn hóa để sử dụng cho kết nối tới mô đun phân tán, mơ đun ET 200M thiết bị trường Profibus-DP cho phép bạn kết nối tới 32 trạm đường DP (DPline), với tốc độ tuyền lên đến 12 Mbps Trong số PLC S7 300, S7 400 tích hợp giao diện ProfibusDP, PLC lại muốn kết nối tới Profibus-DP phải thơng qua mơ đun giao diện CP (ví dụ như: CP 343-5, CP443-5) PCS hỗ trợ tối đa tới DP-line điều khiển trung tâm (S7 400) Mơi trường truyền đơi dây vặn xoắn cáp quang Bạn cấu hình hệ thống redundant cho Profibus-DP thơng qua PLC S7-417H Hình 4.17 Kết nối redundant Profibus-DP Ø Mô đun phân tán ET 200M: Nói hệ thống bus trường khơng thể khơng nói tới vai trị quan trọng vấn đề điều khiển thệ thống thiết bị trường thông qua mô đun phân tán ET 200M Trong suốt trình vận hành, thiết bị cấp trường mô đun phân tán cung cấp liệu Chính thiết bị làm giảm đáng kể khối liệu truyền thông thiết bị trường, mô đun phân tán với điều khiển PLC Trong trình cấu hình thiết bị trường, khối thay dễ dàng nhờ vào khối chức dành riêng CFC /FSC chart Những khối cung cấp thư viện khối thiết bị trường (Field Device Blocks) PCS Các thiết bị trường quản lý phần mềm quản lý thiết bị trường (Process Device Manager software) tích hợp cho ES Kết nối redundant ET 200M: Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 63 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Trong nhà máy yêu cầu cấu trúc dự phịng (redundant) hệ thống mơ đun vào/ra phân tán ET 200M sử dụng cho mục đích thông qua bus Profibus-DP Bạn sử dụng mô đun giao diện IM 153 với lực dự phòng ghép nối với ET 200M để thực kết nối tới PLC S7 417H thông qua đường bus Profibus-DP Nếu đường bị lỗi hệ thống tự động chuyển mạch sang đường lại (nếu đường nguyên vẹn) để thay Ø Profibus-PA: Profibus-PA chuẩn giao thức IEC 1158-2 truyền thông mở rộng tương thích với Profibus-DP Bằng cơng nghệ truyền dẫn đặc biệt làm việc vùng có mơi trường nguy hiểm (Siemens quy ước vùng vùng 1) Với Profibus-PA, phát cấu chấp hành vùng nguy hiểm truyền thơng với thiết bị điều khiển PLC khoảng cách xa Thông tin nguồn cung cấp truyền dây cáp, thơng thường cáp ITP Bạn kết nối tới 30 thiết bị trường vùng không nguy hiểm 10 thiết bị trường nguồn nguy hiểm đoạn (segment) bus Profibus-PA Tốc độ truyền liệu 31.25 kbps Có hai cách kết nối Profibus-PA với Profibus-DP: - DP/PA coupler - DP/PA link Phương pháp cấu hình với DP/PA Coupler: DP/PA Coupler khơng có địa (có nghĩa bạn khơng cần phải thiết lập địa cho cấu hình hệ thống) Mỗi trạm PA xem DP slave nhận địa cấu hình bus DP Tốc độ truyền Profibus-DP phải tương thích với Profibus-PA Phương pháp cấu hình với DP/PA link: DP/PA link bao gồm mô đun đầu cuối IM 157 hay nhiều DP/PA coupler DP/PA link DP slave phải có địa bus cho Bạn kết nối tới DP/PA coupler tới DP/PA link Do DP/PA link bổ sung công nghệ truyền dẫn decoupling DP PA no nâng tốc độ truyền dẫn lên tới 12 Mbps Profibus-DP Kết nối redundant với Profibus-PA: Bạn cấu hình redundant cho việc truyền dẫn Profibus-DP tới Hình 4.18 Kết nối DP PA thông qua DP/PA link DP/PA Coupler Nguyãùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 64 Chæång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Profibus-PA., DP/PA link có lực redundant kết nối tới hệ thống Profibus-DP master Ø AS-Interface (Actuator/Sensor): AS-i mạng cho cảm biến cấu chấp hành giới hạn cấp trường thấp Ứng dụng bus AS-i truyền lượng nhỏ thông tin chuyển mạch Mỗi AS-i slave truyền thơng lượng bit Kết nối AS-i với hệ thống PCS theo nguyên tắc master-slave, cảm biến cấu chấp hành đóng vai trị slave điều khiển master Đối với PCS 7, thành phần sau sử dụng để kết nối AS-i: - AS-Interface CP 342 master cho ET 200M - DP/AS interface link cho kết nối AS-i với Profibus-DP Mô đun xử lý truyền thông CP 342-2 mô đun master AS-i Hình 4.19 Mơ hình kết nối AS-i master với cảm biến cấu ChẤP hành Mô đun CP 342-2 đóng vai trị master AS-i: Được sử dụng để kết nối AS-i với mô đun ET 200M Truyền thơng khơng cần phải cấu hình phần mềm cấu hình hệ thống dây nối khơng địi hỏi phải cố định Những đặc tính làm cho dễ dàng thay đổi mô đun Mô đun CP 342-2 chiếm slot rack lắp đặt cho mô đun phân tán ET 200M Chúng ta đưa vào tối đa mơ đun CP 342-2 vào mô đun ET 200M DP/AS-i Link: Được sử dụng để kết nối trực tiếp AS-i với Profibus-DP Trong trường hợp bạ xem AS-i nột subnet Profibus-DP Bạn kết nối tối đa 31 AS-i slave vào DP/AS-Interface link Chính đặc điểm Profibus-DP master có tới 31 mơ đun slave Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 65 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 4.3.5 Bộ điều khiển logic khả trình (PLC): Trong hệ thống SIMATIC PCS 7, S7-400 làm tản tiêu biểu cho hệ thống tự động hóa q trình nhà máy Được thiết kế chuẩn khả cấu khả xử lý sức mạnh S7-400, khả truyền thông với lượng lớn với đối tác, chức tích hợp hệ thống Khả điều khiển cục từ xa thích hợp với hệ thống SIMATIC PCS SIMATIC PCS7 cấu trúc chuẩn từ số thành phần PLC SIMATIC S7-400 Những CPU thích hợp cung cấp cho ứng dụng khác dựa vào yêu cầu giá thành tiện ích như: - CPU-414-3 - CPU-414-3H - CPU-416-2 - CPU-416-3 - CPU-417-4 - CPU-417-4H PLC S7-414 thiết kế tương ứng cho ứng dụng nhỏ tương ứng với khả liệu dự án cấp độ nhỏ PLC S7-416 thiết kế tương ứng cho ứng dụng trung bình tương ứng với khả liệu dự án cấp độ trung bình PLC S7-417, đảm nhận tiện ích cấp độ cao dự án, thiết kế đặc biệt cho án có mức độ u cầu tốc độ, tiện ích kết nối lựng liệu cao dự án Ngồi bạn đưa S7-300 vào hệ thống PCS với cấp độ thấp cho hệ thống điều khiển cấp thấp Ø Cấu hình cho điều khiển trung tâm S7-400: - Bộ điều khiển trung gồm có thành phần sau: - Rack cho S7-400 với 18 slot (tương ứng với 18 mô đun thành phần lắp đặt vào vị trí này) - Một CPU - Nguồn cung cấp có hai loại: 24 VDC 115/230 VAC - Bộ nhớ: 768 Kbyte/1600 Kbyte/3200 Kbyte/4000 Kbyte - SRAM: Mbyte/2 Mbyte/4 Mbyte - License giới hạn thời gian cho PCS (Những khối Driver cho PCS 7) Hình 4.20 Kết nối Profibus-DP tới thành phần trung tâm Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng họa - BKÂN 66 Chỉång Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Một số mô đun CP 443 yêu cầu cho kết nối từ thành phần trung tâm tới hệ thống (có thể kết nối cho Ethernet hay Profibus) Thông thường bạn kết nối trung tâm với mô đun phân tán thông qua Profibus-DP, cần phải đưa mơ đun CP vào rack trung tâm Bạn đưa từ đến 10 mô đun CP 443-5 vào rack trung tâm để tạo từ đến 10 giao diện Profibus-DP tương ứng Xem hình bên dưới: Ngồi mơ đun cho ứng dụng truyền thơng bạn cịn đưa thêm mơ đun tín hiệu, mơ đun chức … vào vị trí cịn lại rack trung tâm rack mở rộng S7-400 Xem hình bên dưới: Hình 4.21 Cấu hình rack trung tâm Nguùn Kim Ạnh & Nguùn Mảnh H - Tỉû âäüng hoïa - BKÂN 67 ... thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS Hệ thống Stand-alone hệ thống kênh, hệ thống kết nối tới hệ thống bus thông qua mô đun giao diện CP Nếu trường hợp nhiều kênh yêu cầu, vài hệ thống Stand-alone cung... 4.3 Mơ hình hệ thống PCS 7: Có thể nói PCS triết lý hệ thống điều khiển, tạo ứng dụng cho điều khiển logic lập trình (PLC), ứng dụng cho hệ thống xử lý q trình Nó hệ SIMATIC S7 PCS hệ thống chuẩn... trường hợp nhà máy lớn) Hệ thống phân tán tương xứng với hệ thống cấp bậc cấu hình PLC Điều thuận lợi hệ thống phân tán công đoạn nhà máy hoạt động độc lập, kết tạo nên hệ thống có tác vụ điều khiển