THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA HỆ THỐNG TRẠM BƠM SỬ DỤNG MẠNG AS i

TỔNG LIÊN ĐOÀN LAO ĐỘNG VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC TÔN ĐỨC THẮNG KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Bài Tập Lớn Nhóm 15 MẠNG TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ, XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỪ XA HỆ THỐNG TRẠM BƠM SỬ DỤNG MẠNG AS-I GVHD: Th.S Nguyễn Quang Dũng Sv thực hiện: Nguyễn Thành Trung MSSV: 41703189 Nguyễn Văn Linh MSSV: 41703104 Ngô Văn Sỉ MSSV: 41703155 Nguyễn Trọng Thiện(NT) MSSV: 41703172 Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2020 Lời cảm ơn Để hồn thành đề tài nghiên cứu này, nổ lực học hỏi thân chúng em mà cịn có hướng dẫn giúp đỡ tận tình thầy, cô khoa Điện-Điện Tử bạn sinh viên lớp Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Quang Dũng, người hướng dẫn trực tiếp cho chúng em suốt thời gian học tập Tuy nhiên kiến thức cịn hạn chế thân thiếu kinh nghiệm thực tiễn nên nội dung báo cáo khong tránh khỏi thiếu xót, em mong nhận góp ý bảo thêm từ thầy bạn để chúng em hoàn thiện Một lần em xin chân thành cảm ơn TP Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2020 BẢNG PHÂN CÔNG NHIỆM VỤ Họ tên MSSV Nguyễn Thành Trung 41703189 Nguyễn Văn Linh 41703104 Ngô Văn Sỉ 41703155 Nguyễn Trọng Thiện 41703172 Nhiệm vụ Lý thuyết, báo cáo, slide Hồn thành Mơ phỏng, thuyết trình 90% Lý thuyết, thuyết trình 90% Thiết kế mạng ASI, thuyết trình 90% 90% Contents I Lý thuyết II Mạng CAN 1.1 Tổng quan 1.2 Kiến trúc giao thức .5 1.3 Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn 1.4 Cấu trúc liệu truy cập bus .7 1.5 Ứng dụng mạng CAN Chuẩn RS-485 2.1 Lịch sử đời 2.2 Truyền dẫn cân 10 2.3 Cặp dây xoắn .10 2.4 Mức tín hiệu 10 2.5 Điện áp kiểu chung 12 2.6 Vấn đề nối đất 12 2.7 Phân cực đường truyền 13 2.8 Đặc tính 14 Thiết kế, mô hệ thống 20 Thiết kế phần cứng 20 Cấu trúc địa I/O cho slaves 22 Giá thành hệ thống 23 Mô hệ thống TIA portal 26 3.6 Khai báo tag 26 3.7 Kết nối mạng .26 3.8 Chương trình .27 3.9 Giao diện HMI 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO .31 I Lý thuyết Mạng CAN 1.1 Tổng quan Controller Area Network (CAN) mô ̣t công nghê ̣ mạng ghép nối tiếp (a serial nextwork technology) hỗ trợ mạnh cho ̣ thống điều khiển phân bố thời gian thực (distributed realtime control system) với đô ̣ ổn định, bảo mật đặc biê ̣t chống nhiễu tốt Điểm trơ ̣i chuẩn CAN tính ổn định an toàn (reliability and safety) Nhờ chế phát hiê ̣n xử lý lỗi cực mạnh, lỗi thông báo CAN phát hiê ̣n Theo thống kê, xác suất để mô ̣t thông báo CAN bị lỗi không phát hiê ̣n nhỏ 4.7*10-11.Khởi nguồn thiết kế dùng cho công nghiê ̣p xe ô tô, sau chuẩn hóa quốc tế ISO 11898 trở thành mô ̣t bus (kênh) phổ biến tự đô ̣ng hóa công nghiê ̣p ứng dụng khác 1.2 Kiến trúc giao thức Đối chiếu với mô hình ISO/OSI, CAN gồm: phần lớp vật lý (physical) lớp Dữ liê ̣u (Data link) gồm lớp LLC MAC Các lớp từ đến hiê ̣n CAN, giao thức dịch vụ lớp ứng dụng (Application) định nghĩa cụ thể  Lớp vật lý định nghĩa phương thức định thời, tạo nhịp bit (bit timing), phương pháp mã hóa bit đồng bô ̣ hóa  Lớp liê ̣u định nghĩa frame truyền nguyên tắc truy cập bus o Lớp MAC (Medium Access Control): Phần cốt lõi kiến trúc giao thức CAN, có trách nhiê ̣m tạo khung thông báo, điều khiển truy nhập môi trường, xác nhận thơng báo, kiểm sốt lỗi o Lớp LLC : đề cập tới dịch vụ gửi liê ̣u yêu cầu liê ̣u từ xa, lọc thông báo , báo cáo tình trạng tải hồi phục trạng thái 1.3 Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn CAN không quy định cụ thể chuẩn truyền dẫn môi trường truyền thông Trong thực tế, cáp đôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 cáp quang sử dụng phổ biến Đới với cáp đơi dây xoắn cấu trúc mạng thích hợp đường thẳng mắc theo kiểu trunkline/dropline Chiều dài đường nhánh hạn chế 0.3m Số trạm tối đa 64 trạm CAN phân biê ̣t trạng thái logic tín hiê ̣u mức trơ ̣i (dominant) mức lặn (recessive) Nếu bít trơ ̣i lặn phát đồng thời thì bit trô ̣i sẽ lấn át tín hiê ̣u bus sẽ có mức trô ̣i Nếu sử dụng mạch AND thì mức trô ̣i tương ứng với bit “0” mức lặn tương ứng với bit “1” CAN sử dụng phương pháp mã hóa NRZ (Non-Return-to-Zero), có nghĩa suốt chu kỳ bit, mức tín hiê ̣u trơ ̣i lặn Phương pháp truy nhập bus CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance), tốc đô ̣ tối đa 1Mbit/s khoảng cách 40m 50kbit/s 1000m Chiều dài tối đa 1km, để sử dụng bus dài km, phải cần mô ̣t ̣ thống kết nối trung gian repeater bridge Viê ̣c bổ sung hay bỏ mô ̣t trạm mạng CAN không đòi hỏi mô ̣t thay đổi phần cứng hay phần mềm trạm khác Mã cước không nói lên địa chỉ đích thơng tin mà chỉ biểu diễn ý nghĩa thông tin Mỗi trạm có thể quyết đinh nhận xử lý thông tin hay không nhận thông tin Mỗi trạm có khả yêu cầu trạm khác gửi thông tin bằng cách giử mô ̣t REMOTE FRAME Trạm có khả cung cấp thông tin đó sẽ gửi trả lại mô ̣t DATA FRAME có mã cước với khung yêu cầu Đặc trưng CAN phương pháp định địa chỉ giao tiếp hướng đối tượng Mỗi thông tin trao đổi mạng coi mô ̣t đối tượng gán môt mã số cước (Identifier) 1.4 Cấu trúc liệu truy cập bus a) Cấu trúc frame truyền liệu CAN sử dụng phương pháp định địa chỉ theo đối tượng Các đối tượng thông báo mang liê ̣u quan tâm giá trị đo, giá trị điều khiển, thông tin trạng thái… Mỗi Frame truyền sẽ có mô ̣t ô chứa cước đối tượng với chiều dài 11 bit (dạng khung chuẩn theo CAN2.0A) 29 bit (dạng khung mở rô ̣ng theo CAN2.0B) CAN định nghĩa kiểu Frame truyền sau: o Khung liê ̣u (DATA FRAME): mang liê ̣u từ mô ̣t trạm truyền tới trạm nhận o Khung yêu cầu liê ̣u (REMOTE FRAME): gửi từ mô ̣t trạm yêu cầu truyền khung liê ̣u với mã cước o Khung lỗi (ERROR FRAME) gửi từ bất kì trạm phát hiê ̣n lỗi bus o Khung tải (OVERLOAD FRAME): sử dụng nhằm tạo mô ̣t khoảng cách thời gian bổ sung giửa DATA FRAME REMOTE FRAME trường hợp mô ̣t trạm tải b) Khung lỗi  Mô ̣t khung lỗi gửi từ bất kì trạm phát hiê ̣n lỗi bus Khung lỗi bao gồm cờ lỗi (Error Flag) phân cách lỗi (Error Delimiter) Có dạng lỗi lỗi chủ đô ̣ng (Active Error) lỗi bị đô ̣ng (Passive Error) tương ứng loại cờ lỗi: o Cờ lỗi chủ đô ̣ng bao gồm bit trô ̣i liền o Cờ lỗi bị đô ̣ng bao gồm bit lặn liền nhau, trừ trường hợp nó bị ghi đè bit trô ̣i từ trạm khác  Phân cách lỗi đánh dấu bằng bit lặn liên tục c) Khung tải  Mô ̣t khung tải có cấu trúc tương tự khung lỗi bao gồm cờ tải (Overload Flag) phân cách tải (Overload Delimiter) Cờ tải bao gồm bit trô ̣i liền Phân cách tải đánh dấu bằng bit lặn liên tục  Tối đa khung tải có thể sử dụng để tạo thời gian trễ khung liê ̣u khung yêu cầu liê ̣u d) Truy cập bus CAN sử dụng phương pháp truy nhập bus CSMA/CA Phương pháp phân mức ưu tiên truy cập bus dựa theo tính cấp thiết nô ̣i dung thông báo Mức ưu tiên cần phải đặt cố định trước ̣ thống vào hoạt đô ̣ng Mã cước mang ý nghĩa liê ̣u mà còn sử dụng mức ưu tiên Bất trạm mạng có thể gửi thông báo đường truyền rỗi Khi có hai nhiều trạm đồng thời bắt đầu gửi thông báo thì viê ̣c phân xử xung đô ̣t sẽ dựa theo từng bit mã cước Nếu bit trô ̣i có giá trị “0” bit lặn giá trị “1” thì mô ̣t thông báo có mã cước nhỏ sẽ có mức ưu tiên cao Trong trường hợp xảy va chạm DATA FRAME REMOTE FRAME với mã cước thì DATA FRAME sẽ ưu tiên Phương pháp truy cập đảm bảo thông tin không bị mát mà còn nâng cao hiê ̣u sử dụng đường truyền 1.5 Ứng dụng mạng CAN Mạng CAN sử dụng phổ biến công nghiê ̣p ơtơ Ngồi mạng CAN còn sử dụng để phát triển ̣ thống mạng truyền thông công nghiê ̣p như: CANopen, SDS, DeviceNet… Chuẩn RS-485 2.1 Lịch sử đời   Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân bằng mới gọi RS-485. Đã được chấp nhận rộng rãi và sử dụng trong công nghiệp, y tế, và dân dụng Có thể coi chuẩn RS485 phát triển 18 Hình 2.7: Sơ đồ chân TXD RXD với jack DB9 Hình 2.8: Sơ đồ chân TXD RXD với jack DB25 19 Hình 2.9: Kết nối chân RS-485 theo kiểu truyền bán song cơng Hình 2.10: Kết nối chân RS-485 theo kiểu truyền song công 20 II 21 II Thiết kế, mô hệ thống Thiết kế phần cứng Thiết bị giám sát Thiết bị điều khiển 30m 60m Thiết bị chấp hành 22 Xây dựng cấu trúc mạng  Tại trung tâm điều khiển:  Tại trạm điều khiển bơm A B: 23 Cấu trúc địa I/O cho slaves 24 Giá thành hệ thống Tên thiết bị Hãng xuất sản Số Đơn giá lượ (đồng) Thành giá Nơi (đồng) cấp cung ng http://siemensvietnam.vn/pro duct/bo-lap- Siemens 2,583,031 2,583,031 trinh-simatics7-1200-cpu1215c-dc-dc- PLC S7-1200-CPU- 1211C-DC-DC-DC6ES7211-1AE40-0XB0 dc-6es72151ag40-0xb0/ 25 https://www.plc city.com/shop/e n/siemenssimatic-s71200- Siemens 10,273,205 10,273,205 - CM 12432 [CM communication modules/3rk724 1243-2] 3-2aa30- -3RK7243-2AA30- 0xb0.html? 0XB0 gmc_currency= Siemens 4,608,837 18,435,348 https://www.eb ay.com/itm/254 582882215 https://codienha Schneider iau.com/product 424.000 848.000 /contactorschneiderlc1d18-ac/ Contactor Schneider Schneider 321.000 642.000 https://codienha iau.com/product /ro-leschneiderlrd22/ Rơ le nhiệt Schneider  26 https://maybom com/may-bom- Super 1.430.000 2.860.000 cao-ap-superwin-sp3701531-pro.html Máy bơm https://codienha iau.com/product Schneider 36.000 180.000 /den-baoschneiderxa2evq4lc/ Đèn báo Schneider https://codienha iau.com/product Schneider 27.000 243.000 /nut-nhan-nhaschneiderxa2ea31/ Nút nhấn nhả Schneider Tổng 36,561,000 27 Mô hệ thống TIA portal 3.1 Khai báo tag 3.2 Kết nối mạng 28 3.3 Chương trình 29 30 31 3.4 Giao diện HMI https://drive.google.com/file/d/1og5IFGrvksSn00RfauCw3SyQs0oXZ7Y7/view? usp=sharing 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO Sunit Kumar Sen - Fieldbus and Networking in Process Automation-CRC Press (2014) Giáo-trình-mạng-truyền-thơng-cơng-nghiệp-pdf-hoang-minh-son https://www.youtube.com/channel/UCOQuJubHUJVAPF7Zw0eq-OA https://cuuduongthancong.com/ggdpvf/4031910/practical-electrical-networkautomation-and-communication-systems.pdf?src=subject ... ̣t trạm t? ?i b) Khung l? ?i  Mô ̣t khung l? ?i g? ?i từ bất kì trạm phát hiê ̣n l? ?i bus Khung l? ?i bao gồm cờ l? ?i (Error Flag) phân cách l? ?i (Error Delimiter) Có dạng l? ?i l? ?i chủ đô ̣ng (Active... Send Tín hiệu yêu cầu mức ? ?i? ??n áp dương phép thực việc yêu cầu g? ?i Nó việc truyền liệu tập liệu liệu đầu cu? ?i diễn mà khơng cần có can 17 thiệp G? ?i tín hiệu sau kết n? ?i liệu đầu cu? ?i v? ?i CTS Clear... 200mV trạng th? ?i logic ngõ kh? ?i thu sẽ  mang giá trị bit cu? ?i nhận ? ?i? ??u không đảm bảo đường truyền rảnh truyền liệu n? ?i ti ếp đ? ?i h? ?i ph? ?i? ? ở  mức cao để  kh? ?i thu khơng hiểu  nhầm có liệu xuất đường