D. Phương pháp nghiên cứu
F. Ứng dụng và nhu cầu thực tế của đề tài
2.6.1 Truyền thông trên mạng MPI
Để thực hiện kết nối truyền thông với mạng MPI, trạm WinCC phải có bộ xử lý truyền thông thích hợp. Bộ xử lý truyền thông này cũng có thể xử để kết nối truyền thông với mạng Prafibus. Theo bảng dưới đây những bộ xử lý truyền thông có sẵn cho việc kết nối giữa trạm WinCC với mạng MPI và những phần mềm điều khiển sử dụng cho nó.
Bảng 2.2 Bộ xử lý truyền thông
Communication Processor Configuration/Type Driver Software
CP 5412 A2 ISA Card/Hardnet PB S7-5412
CP 5613 PCI Card/Hardnet PB S7-5613
CP 5511 PCMCIA Card/Softnet S7-DOS
CP 5611 PCI Card/Softnet S7-DOS
Trình điều khiển truyền thông SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cung cấp việc truyền thông tới các PLC SIMATIC S7-300 và S7-400 xử dụng các kênh truyền thông khác nhau. Trong sốđó có sẵn một kênh MPI để truyền thông qua nó.
2.6.1.2Đối tác truyền thông
Trình điều khiển truyền thông SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE cho phép truyền thông tới PLC SIMATIC S7-300 và S7-400. Theo hình minh họa dưới đây cho biết các đối tác truyền thông có thể của kênh MPI.
Hình 2.1 Mô hình truyền thông qua mạng MPI
2.6.1.3Dữ liệu truyền thông
Kênh MPI hỗ trợ việc truyền thông thông qua modul Hardnet và Softnet. Mỗi PC chỉ có thể được sử dụng một module truyền thông MPI. Theo bảng dưới dây cho biết số lượng PLC có thể được địa chỉ bởi bộ xử lý truyền thông xử dụng trong trạm WinCC. Giá trong hoặc biểu diễn sốlượng khuyến cáo lớn nhất.
Bảng 2.3 Sốlượng PLC được địa chỉ bởi bộ xử lý trong trạm WinCC Bộ xử lý truyền thông Sốlượng điểm kết nối truyền thông
(Communication Connections)
(Communication Processor) 29 (6)
2.6.2Truyền thông trên mạng PROFIBUS 2.6.2.1Bộ xử lý truyền thông 2.6.2.1Bộ xử lý truyền thông
Để thực hiện kết nối truyền thông với mạng PROFIBUS, trạm WinCC phải có bộ xử lý truyền thông thích hợp và một phần mềm điều khiển (driver software) phù hợp được cài cho giao thức truyền thông mong muốn. Có hai loại xử lý truyền thông có sẵn cho WinCC. Đó là của Hardnet và Softnet. Sự khác nhau chủ yếu giữa hai module này là, module Hardnet được tích hợp bộ vi xử lý trong nó nên làm giảm tải CPU của máy tính, còn Sofnet thì không có.
Hardnet
Toàn bộ phần mềm giao thức chạy trên module.
Có thểđồng thời hoạt động hai giao thức trên nó (multi-prtocol openration). Module này mạnh hơn module Sofnet.
Sofnet
Toàn bộ phần mềm giao thức chạy trong CPU của máy tính.
Chỉ có thể hoạt động giao thức tại một thời điểm (single-protocol operation). Giá thành của module này rẻhơn module Hardnet.
Theo bảng dưới đây những bộ xử lý truyền thông có sẵn cho phép kết nối với một trạm WinCC.
Bảng 2.4 Bộ xử lý truyền thông có sẵn cho phép kết nối trạm WinCC Bộ xử lý truyền thông
(Communication Processor)
Configuration Loại
CP 5412 A2 ISA Card Hardnet
CP 5613 PCI Card Hardnet
CP 5511 PCMCIA Card Softnet
2.6.2.2Trình điều khiển truyền thông (Communication Driver)
Trong WinCC, có nhiều trình điều khiển truyền thông có sẵn cho phép truyền thông thông qua mạng PROFIBUS.
Giao thức truyền thông
Các trình điều khiển truyền thông có sẵn cho PROFIBUS để thực hiện truyền thông thông qua một giao thức truyền thông nào đó. Theo bảng chỉ ra ở dưới đây cho biết giao thức truyền thông cho các trình điều khiển truyền thông của nó.
Bảng 2.5 Giao thức truyền thông cho các trình điều khiển Trình điều khiển truyền thông
(Communication Driver)
Protocol
SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE (PROFIBUS) S7-Functions SIMATIC S5 PMC PROFIBUS S5-PMC SIMATIC S5 PMC PROFIBUS FDL FDL PROFIBUS FMS FMS PROFIBUS DP DP Kết nối truyền thông
Theo bảng dưới đây số lượng các kết nối truyền thông có thể được liên kết bởi một trình điều khiển nào đó.
Bảng 2.6 Sốlượng các kết nối truyền thông Trình điều khiển truyền thông
(Communication driver)
Số các kết nối cho một kênh (Connections per channel unit)
Số lượng kênh (Channel units) S7 PROFIBUS 59 2 S5 PMC PROFIBUS 24 1 S5 PROFIBUS FDL 24 1 PROFIBUS FMS 32 1 PROFIBUS DP 62 4
2.6.2.3PROFIBUS DP
Thông qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP, một trạm WinCC có thể truyền thông với tất cả các PLC và các thiết bị trường, các thiết bị này có thểđược hoạt động như các DP slave. Ứng dụng trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP trong WinCC sẽ cho khảnăng làm việc tốt, nếu có một lượng nhỏ dữ liệu truyền thông tới một sốlượng lớn các thiết bị cấp dưới. Có thể cập nhật Tag rất nhanh ngay cả khi dữ liệu bị phân tán.
Đối tác truyền thông
Thông qua các trình điều khiển truyền thông PROFIBUS DP, có thể liên kết truyền thông với tất cả các PLC và các thiết bị trường, các thiết bị này có thể được hoạt động như các DP slave. Theo sự mô tả của hình dưới cho biết những đối tác truyền thông có thể.
Hình 2.2 Mô hình truyền thông qua mạng Profibuss DP
Truyền thông dữ liệu
Trình điều khiển truyền PROFIBUS DP cung cấp riêng cho truyền thông thông qua bộ xử lý truyền thông CP 5412 A2. Trong một trạm WinCC có thể xử dụng từ 1 đến 4 module truyền thông. Mỗi bộ xử lý truyền thông CP 5412 A2 có thể truyền thông với 62 DP slave nếu có Repeater, nếu không có Repeater thì chỉ kết nối tối đa được 32 trạm.
Yêu cầu phần mềm
Bảng sau sẽ cho ta biết danh sách các phần mềm để thực hiện liên kết truyền thông của trạm WinCC thông qua PRIFIBUS DP.
Bảng 2.7 Danh sách phần mềm liên kết truyền thông trạm WinCC thông qua PRIFIBUS DP
Tên Mô tả
WinCC Trình điều khiển truyền thông (Communication Drive) PROFIBUS DP
SIMATIC NET Driver Software PB DP-5412
Configuration Software COM PROFIBUS
2.6.2.4PROFIBUS FMS
Thông qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS FMS, một trạm WinCC có thể truyền thông với các PLC được hỗ trợ giao thức FMS.
Trình điều khiển truyền thông PROFIBUS FMS có thể được xử dụng để truyền thông với các thiết bị được cung cấp bởi các nhà sản xuất khác nhau. Truyền thông loại này có thể quản lý một sốlượng lớn dữ liệu.
Đối tác truyền thông
Thông qua trình điều khiển truyền thông PROFIBUS FMS, WinCC có thể truyền thông với các PLC được hỗ trợ giao thức FMS. Theo hình vẽ mô tả dưới đây cho biết các đối tác truyền thông có thể.
Phần mềm truyền thông
Những phần mềm đòi hỏi cho việc thực hiện kết nối truyền thông của một trạm WinCC thông qua PROFIBUS FMS.
Bảng 2.8 Danh sách phần mềm liên kết truyền thông trạm WinCC thông qua PROFIBUS FMS
Name Description
WinCC Communication Driver PROFIBUS FMS
SIMATIC NET
Driver Software PB FMS-5412 Configuration Software COM PROFIBUS
CHƯƠNG 3: THIẾT BỊ LẬP TRÌNH PLC S7-200 CPU22X (SIEMENS) 3.1 Giới thiệu tổng quát về họ PLC S7
Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC (Programable Logic Controler) là thiết bị điều khiển đặc biệt dự trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh, thực hiện các chức năng và thuật toán để điều khiển máy và các quá trình.
Họ PLC S7 là là một học PLC mạnh, tốc độ xử lý cao, khả năng quản lý bộ nhớ tốt, kết nối mạng công nghiệp.
Hiện nay họ PLC S7 gồm có S7-200, S7-300, S7-400.
Mỗi một thế hệ PLC lại có nhiều chủng loại CPU khác nhau.
Đối với PLC S7, có thể thực hiện các phép toán Logic, đếm, định thời, các thực toán phức tạp và thực hiện truyền thông với các thiết bị khác.
Bảng 3.1 Một số thông số kỹ thuật của S7-200 CPU22X
CPU221 CPU222 CPU224 CPU226 CPU226XM
Bộ nhớchương trình 2048W 2048W 4096W 4096W 8192W Bộ nhớ dữ liệu 1024W 1024W 2560W 2560W 5120W Khảnăng dự phòng bộ nhớ khi mất nguồn 50 giờ 50 giờ 190 giờ 190 giờ 190 giờ
I/O địa chỉ 6In/4Out 8In/6Out 14In/Out 24In/16Out 24In/16Out Đồng hồ thời gian
thực Cartrige Cartrige Tích hợp Tích hợp Tích hợp Kích thước bộđệm 256 (128In, 128 Out)
Tốc độ thực hiện
lệnh logic 0.37us/lệnh
3.2 Đặc trưng kỹ thuật của PLC S7-200 CPU 22X 3.2.1Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 22X 3.2.1Địa chỉ các vùng nhớ của S7-200 CPU 22X
Đầu vào (Input): I0.0 → I0.7; I1.1 → I1.5. Đầu ra (Output): Q0.0 → Q0.7; Q1.0 → Q1.1. Bộđệm ảo đầu vào: I0.0 → I15.7 (128 đầu vào). Bộđệm ảo đầu ra: Q0.0 → Q15.7 (128 đầu ra). Đầu vào tương tự: AIW0 → AIW62.
Đầu ra tương tự: AQW0 → AQW62. Vùng nhớ V: VB0 → VB5119.
Vùng nhớ L(địa phương): LB0 → LB63. Vùng nhớ M: M0.0 → M31.7.
Vùng nhớ SM: SM0.0 → SM549.7.
Vùng nhớ Timer: T0 → T225. Vùng nhớ Counter: C0 → C225.
Vùng nhớ bộđếm tốc độ cao: HC0 → HC5.
Vùng nhớ trạng thái (logic tuần tự): S0.0 → S31.7. Vùng nhớ thanh ghi tổng: AC0 → AC3.
Khảnăng quản lý Label: 0 → 255.
Khảnăng quản lý chương trình con: 0 → 63. Khảnăng mở rộng chương trình ngắt: 0 → 127.
3.2.2Cấu hình vào ra của S7-200 CPU22X AC/DC/RELAY
Bảng 3.2 Các module mở rộng của S7-200 CPU224
Tên module mở rộng Kiểu
Module số
Đầu vào 8DI (VDC) 8DI (VAC)
Đầu ra 8DO (VDC) 8DO (VAC) 8DO (Relay)
Kết hợp 4DI/4DO 8DI/8DO 16DI/16DO
4DI/4DO(Relay) 8DI/8DO(Relay) 16DI/16DO(Relay) Module tương tự
Đầu vào 4AI 4AI(Thermocoupler) 2AI(RTD)
Đầu ra 2AO Kết hợp 4AI/1AO
Module thông minh Vị trí Modem PROFIBUS-DP
Module thu thập dữ
liệu hiện trường AS-Interface
3.2.3Cấu hình phần cứng
Mô tảcác đèn báo trên CPU 224.
SF (đèn đỏ): Đèn đỏ SF báo hiệu hệ thống bị lỗi. Đèn SF sáng lên khi PLC có lỗi.
RUN (đèn xanh): PLC đang làm việc và thực hiện chương trình được nạp vào trong bộ nhớ chương trình.
STOP (đèn vàng): PLC đang ở chếđộ dừng.
I.x.x (đèn xanh): Chỉ định trạng thái mức logic tức thời của cổng vào.
Q.x.x (đèn xanh): Chỉđịnh trạng thái mức logic tức thời của cổng ra. Chọn chếđộ làm việc trên CPU 224.
RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ. PLC S7 – 200 chuyển sang chếđộ STOP khi CPU có sự cố hoặc gặp lệnh STOP.
STOP: Cưỡng bức PLC dừng chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Và ở chế độ STOP cho phép PLC hiệu chỉnh, nạp, xóa một chương trình.
TERM: Cho phép người dùng từ máy tính quyết định chọn một trong hai chếđộ làm việc cho PLC.
3.2.4Khối truyền thông
S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS485để phục vụ việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc các trạm PLC khác.Tốc độ truyền cho máy lập trình kiểu PPI là 9.6 kbps, tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tựdo là 300 baud đến 38400 baud.
Giao tiếp PLC – 200 với PC thông qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS232/RS485 và qua cổng USB dùng cáp USB/PPI.
3.2.5Card nhớ, pin, clock
S7 – 200 cung cấp nhiều biện pháp đảm bảo cho chương trình người dùng, dữ liệu không bị mất đi khi mất nguồn điện. Ví dụ CPU 224 khoảng 100 giờ. Vùng nhớ EEPROM cho phép lưu chương trình, các vùng nhớ được người dùng chọn chứa vào
EEPROM và cấu hình dữ liệu. Cho phép gắn thêm Pin để nuôi Ram, cho phép kéo dài thời gian lưu trữ dữ liệu, có thể lên tới 200 giờ khi mất nguồn điện.
Card nhớ: Được sử dụng để lưu trữ chương trình. Chương trình chứa trong card nhớ bao gồm: program block, data block, system block, công thức, dữ liệu đo, và các giá trịcưỡng bức.
Card pin: Dùng để tăng thời gian lưu trữ các dữ liệu trong bộ nhớ. Nguồn pin được tựđộng chuyển sang khi tụ trong PLC xả hết. Và có thể lên tới 200 ngày. Card block/ Battery module: Đồng hồ thời gian thực cho CPU và nguồn pin để
nuôi đồng hồvà lưu dữ liệu.
3.2.6Kết nối ngoại vi với PC
Đối với các thiết bị lập trình của hãng Siemens có các cổng giao tiếp PPI thì kết nối trực tiếp với máy tính thông qua một sợi cáp. Tuy nhiên đối với máy tính cá nhân cần thiết phải có cáp chuyển đổi PC/PPI. Có hai loại cáp chuyển đổi là cáp RS232/PPI Multi-Master, cáp USB/ PPI Multi Master.
a. Cáp RS232/PPI Multi-Master
Tùy theo tốc độ truyền giữa máy tính và CPU mà các công tắc 1, 2, 3 được đểở vị trí thích hợp. Thông thường đối với CPU 22X thì tốc độ truyền thường đặt là 9.6kbaud (tức công tắc 1,2,3 được đặt theo thứ tự 010).
Tùy theo truyền thông 10bit hay 11bit mà công tắc 7 được đặt ở vị trí thích hợp. Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc 7 chọn ở chếđộ truyền thông 11bit (công tắc 7 đặt ở vị trí 0).
Công tắc 6 ở cáp RS232/PPI Multi-Master được sử dụng để kết nối port truyền thông RS232 của 1 modem với S7-200 CPU. Khi kết nối bình thường với máy tính thì công tắc 6 được đặt ở vị trí Data Communication Equipment (DCE) (công tắc 6 ở vị trí 0). Khi kết nối cáp PC/ PPI với một modem thì port RS232 của cáp PC/PPI được đặt ở vị trí Data Teminal Equipment (DTE) (công tắc 6 ở vị trí 1).
Công tắc 5 được sử dụng để đặt cáp RS232/PPI Multi-Masterthay thế cáp PC/PPI hoặc hoạt động ở chế độ Freeport thì đặt ở chếđộ PPI/Freeport (công tắc 5 ở vị trí 0). Nếu kết nối bình thường là PPI (master) với phần mềm Microwin Step 7 V3.2 SP4 hoặc cao hơn thì đặt ở chếđộ PPI (công tắc 5 ở vị trí 1).
b. Cáp USB/ PPI Multi Master
Hình 3.6 Hình dáng cáp USB/PPI
Cách thức kết nối của cáp USB/PPI Multi-Master cũng tương tự như cáp RS232/PPI Multi-Master. Để sử dụng cáp này, phần mềm cần phải là Step 7 Micro/Win V3.2 SP4( hoặc cao hơn). Cáp này chỉ có thể được sử dụng với loại CPU 22x hoặc sau này. Cáp USB không hỗ trợ truyền thông Freeport và Dowload cấu hình màn hình TP070 từ phần mềm TP Designer.
3.3 Những khái niệm cơ sở của PLC S7-200 3.3.1Khái niệm vòng quét của PLC 3.3.1Khái niệm vòng quét của PLC
a) Đọc dữ liệu đầu vào:
Đọc các trạng thái vật lý (Input) vào bộđệm ảo (IR – Input Register).
b) Thực thi chương trình:
CPU đọc dữ liệu từ IR, thực hiện chương trình phần mềm, kết quảđược lưu lại ở các vùng nhớ thích hợp và bộđệm ảo đầu ra (OR – Output Register).
c) Xử lý các yêu cầu truyền thông (option):
Nếu có yêu cầu truyền thông và xử lý ngắt.
d) Tự chuẩn đoán lỗi:
CPU kiểm tra lỗi của hệ điều hành trong ROM, các vùng nhớ và các trạng thái làm việc của các module mở rộng.
e) Xuất kết quảởđầu ra:
CPU đọc kết quả từ OR, và xuất kết quả ra các cổng vật lý.
Một sốlưu ý:
Đầu vào số
Nếu không dùng tính năng I (Immediately) thì dữ liệu đầu vào được cập nhật tại bộđệm ảo.
Nếu dùng tính năng này, chương trình bỏ qua bộđệm ảo. Đầu vào tương tự
Nếu bỏ qua tính năng lọc tương tự, thì chương trình sẽ lấy trục tiếp dữ liệu tại cỗng vật lý.
Mô tả vòng quét:
Hình 3.8Chu kỳ quét S7 – 200
Đọc tín hiệu ngõ vào: Sao chép trạng thái của các ngõ vào vật lý vào bộ đệm ngõ vào. Ngõ vào có thể là Digital inputs hoặc Analog inputs.
Thực thi chương trình: S7 – 200 thực hiện các lệnh trong chương trình và lưu giá trị vào vùng nhớ. Khi thực hiện chu kỳ quét thì lệnh được thực thi từđầu đến cuối. Nếu có sử dụng ngắt trong chương trình thì nó không được thực thi ở chu kỳ quét bình thường, nó được thực hiện khi có sự kiện ngắt tại bất kỳ thời điểm nào của chu kỳ quét.
Xử lý bất kỳ yêu cầu truyền thông nào: Trong chu kỳ quét, S7 – 200 xử lý bất kỳ thông tin nào nhận được từ cổng truyền thông hoặc các module truyền