b) Những khốiOB đặc biệt
4.3.PLC và hệ thống mạng
4.3.1. Khái quát
Khi một PLC làm việc độc lập tức là nĩ chỉ thực hiện một cơng đoạn hay một nhiệm vụ duy nhất mà khơng cĩ sự liên kết dàng buộc hay chia sẻ trách nhiệm điều khiển đối với cơng đoạn khác. Thực tế cho thấy khi cơng việc quá lớn thì số lượng các dây dẫn về tới bộ PLC quá nhiều khơng những gây tổn thất về dây dẫn mà quan trong hơn cả là nĩ thật sự gây khĩ khăn cho việc sửa chữa bảo trì hệ thống, vấn đề nữa là nếu đường truyền quá dài thì các giá trị thu nhận từ cảm biến hay tín hiệu điều khiển cĩ sự sai lệch quá lớn gây ảnh hưởng nghiêm
Máy gửi
(gửi thơng báo) (nhận thơng báo) Máy nhận
Máy gửi (gửi thơng báo)
Máy nhận (nhận thơng báo) ACK
“TơI vừa ký gửi 80 ký tự. Bạn sẵn sàng nhận tiếp 80 ký tự nứa khơng” “TơI đang chờ nhận dữ liệu ... chờ nhận ký tự kết thúc 80 ký tự ASCCII ENQ Chờ đến khi máy nhận đủ 80 ký tự
“TơI đang nghe bạn nĩi với tơI rằng bạn đã sẵn sàng”
“TơI đã lưu 80 ký tự và tơI sẵn sàng nhận thêm
trọng tới sản xuất. Giải pháp sử dụng đường truyền duy nhất và chia sẻ nhiệm vụ điều khiển sử dụng cơng nghệ mạng đang được áp dụng rộng rãi đáp ứng yêu cầu sản xuất hiện đại. Hiệu quả hệ thống mạng PLC mang lại.
4.3.2. Mạng AS-I
Mạng AS-I (Giao tiếp cảm biến chấp hành Actuator Sensor interface) là cấp mạng thấp nhất trong hệ thống tự động hố. Mạng này giúp thay thế bĩ dây điện nối từ cảm biến và chấp hành ở dây chuyền sản xuất đến trung tâm điều khiển bằng cáp điện. Cáp làm hai nhiệm vụ: cung cấp nguồn cho cảm biến và trao đổi thơng tin giữa ASI master với Cảm biến- Chấp hành nhị phân. Mạng được bảo trợ bởi hội quốc tế AS cĩ địa chỉ www.as-interface.com.
Mạng ASI là mạng một chủ nhiều tớ, mỗi tớ cĩ một địa chỉ, chủ sẽ lần lượt truy cập thơng tin từ tớ và chờ đợi trả lời. Thơng tin truyền trên đường dây cấp điện theo nguyên lý điều chế dịng. Cáp mạng nối theo cấu trúc cây với chiều dài lên đến 100m. Nếu chiều dài lớn hơn nên dùng bộ lặp lại repeater. Một mạng ASI cĩ tối đa 31 thiết bị tớ, mỗi thiết bị cĩ địa chỉ từ 1 đến 31, ấn định bởi ASI chủ. Mỗi thiết bị tớ nhận 4 bit và truyền 4 bit dữ liệu, do đĩ mạng ASI nhận và truyền đến 248 cảm biếõn/ chấp hành nhị phân (Chuẩn V2.1 nối đến 62 trạm tớ). Vận tốc truyền trên tuyến là 167kb/s với thời gian truy cập khoảng 5ms.
* Các thơng số kỹ thuật của AS-I:
Chuẩn AS-I theo chuẩn IEC TG 178
Số lượng trạm cho phép 1 Master và max 31 Slave Phương pháp thâm nhập đường dẫn Master – Slave
Tốc độ truyền 167 Kbit/s
Mơi trường truyền thơng Dây dẫn thẳng khơng bọc Khoảng cách các thiết bị trong mạng 300 m với Repeater
Kiểu nối Đường thẳng, cây, sao
Dịch vụ truyền thơng AS-I Function
Bảng 4-3: Các thơng số kỹ thuật của mạng AS-I Các thành phần của mạng ASI gồm cĩ:
- AS-i Chủ: điều khiển mạng
- Mơ đun AS-I: ghép Cảm biến/ Chấp hành với mạng
- Cáp AS-I: hai dây tiết diện 1.5mm2 vỏ cao su nối vật lý các phần tử trong mạng
- Cảm biến/ Chấp hành nhị phân với chip AS-i - Bộ xác định địa chỉ: tạo địa chỉ cho các thiết bị tớ
- SCOPE AS-Interface: chương trình giám sát cho máy tính
Kết nối các thành phần thực hiện theo sơ đồ sau
AS-i Chủ: làm nhiệm vụ kết nối PLC hay máy tính với mạng. Thời gian truy cập tất cả trạm tớ tối đa là 5ms. Hãng Siemens sản xuất các loại sau:
+ CP 2433 với S5-90U, S5-95U, S5-100U. + CP 2430 với S5-115U, S5-135U, S5-155U. - SIMATIC S7 PLC:
+ CP 242-2, CP 242-8 với S7-200. + CP 342-2 với S7-300.
- SIMATIC C7: C7-621 AS-i - Distributed I/Os: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ DP/AS-Interface Link 20 (type of protection IP 20), ghép nối mạng Profibus và ASI.
+ CP 242-8 với S7-200. + CP 2433 với ET 200U. + CP 342-2 với ET 200M. + CP 142-2 với ET 200X.
+ DP/AS-Interface Link (loại bảo vệ IP 65). + CP 2413 cho máy tính PC-AT.
4.3.3. Mạng MPI
Mỗi CPU của SIMATIC S7 được trang bị một "giao tiếp đa điểm" (MPI, multipoint interface). Giao tiếp này thiết lập một mạng con trong đĩ CPU, màn hình điều khiển và các thiết bị lập trình cĩ thể trao đổi dữ liệu với nhau. Sự trao đổi dữ liệu được thực hiện qua giao thức riêng của Siemens.
MPI sử dụng cáp hai dây hoặc một cáp sợi quang bằng thuỷ tinh hay nhựa làm đường truyền . Chiều dài tối đa của cáp cho một phân đoạn là 50 mét . Sử dụng bộ lặp RS 485 làm tăng chiều dài tối đa lên đến 1100 mét . Mơ-đun nối cáp quang Optical Link làm tăng chiều dài cho phép thậm chí hơn 100 km . Tốc độ truyền thường là 187,5 kbit/ giây .
Số trạm tối đa là 32. Mỗi trạm mất một số lượng thời gian nhất định để truy cập bus và gửi dữ liệu. Khi thời gian này kết thúc, trạm sẽ chuyển tín hiệu ( các quyền truy cập ) sang trạm kế tiếp . Phương pháp này được gọi là "chuyển giao quyền truy cập" (Token passing). Cĩ thể dùng truyền thơng dữ liệu tồn cục ( global), truyền thơng trạm ngồi SFC hay truyền thơng SFB để chuyển dữ liệu giữa các CPU trong một mạng con MPI mà khơng cần thêm mơ-đun phụ nào . * Những đặc điểm cơ bản của mạng MPI:
- Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết lập mạng đơn giản.
- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ cĩ khả năng trao đổi một dung lượng thơng tin nhỏ.
- Truyền thơng thơng qua bảng dữ liệu tồn cục gọi tắt là GD (Global Data). Bằng phương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thơng giữa các trạm trong mạng trước khi thực hiện truyền thơng.
Cĩ khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau. + Các thơng số kỹ thuật của mạng MPI:
Chuẩn SIEMENS
Số trạm cho phép Max 32
Phương pháp thâm nhập đường dẫn
Token Passing Tốc độ truyền thơng Max 187,5 Kbit/s
Mơi trường truyền dẫn Đơi dây kép cĩ bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo)
Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m,
với cáp quang qua OLM> 100 km
Cấu trúc mạng (Topology) Đường thẳng, cây, hình sao và vịng trịn Dịch vụ truyền thơng Nhĩm lệnh chức năng của S7
Bảng dữ liệu truyền thơng tồn cục (GD) Bảng 4-4. Thơng số kỹ thuật của mạng MPI
Mơ hình mạng MPI
S7-300 :CPU 312 IFM, CPU 313, CPU 314, CPU 314 IFM, CPU 315, CPU 315-2 DP
S7-400 :CPU 412-1, CPU 413-1, CPU 414-1, CPU 416-1, CPU 413-2 DP, CPU 414-2 DP, CPU 416-2 DP
OP :OP 3, OP 5, OP 7, OP 15, OP 17; OP 25, OP 35, OP 37 PC :CP 5412-A2 (ISA), CP 5411 (ISA), CP 5511 (PCMCIA),
MPI card (ISA),CP 5611 (PCI) 4.3.4. Mạng PROFIBUS
Hình 4.7 Mạng PROFIBUS
PROFIBUS- Process Field Bus. Đây là một chuẩn truyền thơng được SIEMENS phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245. PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thơng mở, khơng phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường. Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác.
4.3.4.1. Các loại PROFIBUS
Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau: - PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thơng tin nhỏ nhưng địi hỏi tốc độ truyền nhanh.
- PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
PLC hoặc các máy tính cơng nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hồn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, cĩ thể lên tới 12 Mbit/s.
Hình 4-8: Mạng PROFILBUS - DP PROFIBUS DP S7-200 S7-300 ET-200 Slave S7-300 Master Class1 PC with CP Master Class1 Hình 4-9: Mạng PROFIBUS - DP nhiều chủ
- PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification).
Trao đổi lượng thơng tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát.
Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mơ hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tính chất khơng định kỳ.
Hình 4-10: Cấu trúc của mạng PROFIBUS FMS -PROFIBUS – PA (Process Automation) :
Được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an tồn trong mơi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2.
PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành cơng nghiệp hố chất và hố dầu.
Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP.
Điều này đảm bảo cho tồn bộ thơng tin cĩ thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA.
4.3.4.2. Các phương pháp truy cập bus
Phương pháp thâm nhập vào mạng được quy định ở EN 50170, Volume 2 bao gồm các phương pháp:
Token Passing cho các trạm chủ. Master/Slave cho các trạm tớ.
Tuy nhiên trong trường hợp cĩ nhiều Master trên một mạng, quyền điều hành sẽ được luân chuyển lần lượt từ trạm Master này sang Master khác nhờ kỹ thuật Token Passing.
Truyền thơng giữa các trạm chủ (hay cịn gọi là trạm tích cực) được điều khiển bằng một vịng logic (Logical Ring - LR). Vịng này được thiết lập trước khi đưa mạng vào hoạt động. Vịng này quyết định tại thời điểm nào, trạm chủ nào tích cực và tích cực được trong bao lâu. Trạm chủ tích cực cịn gọi là trạm chiếm giữ token. Trong thời gian chiếm giữ token trạm cĩ quyền thâm nhập vào đường dẫn để gửi dữ liệu.
Vịng logic hồn tồn khơng phụ thuộc vào cấu trúc các trạm chủ với nhau trong mạng. Khoảng thời gian khơng cho phép các trạm chủ khác thâm nhập vào
Token bus
Master-Slave
Master Master Master
Slave Slave Slave Slave Slave Slave
Profibus
đường dẫn, hay là khoảng thời gian trạm chủ chiếm giữ token, được gọi là thời gian chiếm giữ token.
Nếu hết thời gian token mà trạm vẫn chưa gửi xong dữ liệu, thì chỉ dữ liệu của trạm nào cĩ mức ưu tiên cao nhất được tiếp tục truyền đi, nếu khơng thì trạm chủ đĩ phải ngưng quá trình truyền thơng và đợi cho đến lượt sau. Nếu trạm nào chiếm giữ token nhưng khơng cĩ nhu cầu truyền thơng thì token được tự động chuyển sang trạm tiếp sau theo quy định của vịng logic.
Nếu một trạm tớ được nối với một trạm chủ đang chiếm giữ token thì trong thời gian token, trạm tớ sẽ bị hỏi và phải nhận các thơng tin do trạm chủ cung cấp. Một trạm tớ khơng bao giờ được chiếm giữ token. Các trạm chỉ thực hiện được việc trao đổi trong thời gian mạng cịn hoạt động. Trong SIMATIC, các thiết bị nối lên mạng PROFIBUS thơng qua mơ đun CP.
PROFIBUS-DP cung cấp dịch vụ truyền thơng giữa các trạm SIMATIC S7 và các thiết bị trường (DP-Slave) để thực hiện trao đổi dữ liệu vào/ra của một quá trình. Quá trình trao đổi dữ liệu giữa DP-Master và DP-Slave được thực hiện theo chu trình lặp lại và với một dung lượng thơng tinkhơng lớn.
4.3.4.3. Những tính chất đặc trưng của mạng PROFIBUS
- Thơng qua PROFIBUS cĩ thể được thực hiện đồng thời những hàm chức năng của các dịch vụ truyền thơng sau:
- FDL (Fieldbus Data Link), FMS (Fieldbus Message Specification) và Nhĩm lệnh chức năng của C7
- FDL (Fieldbus Data Link), FMS (Fieldbus Data Link) và Nhĩm lệnh chức năng của S7.
- PROFIBUS – DP tạo ra khả năng trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ và trạm tớ của các nhà sản xuất khác nhau theo DP mà khơng cần cĩ giao diện đặc biệt nào. - Đối với SIMATIC S7/M7 tồn tại giao diện tích hợp PROFIBUS – DP (hai giao diện đối với S7 hoặc một mơ đun giao diện cho các CPU M7). (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thời gian đáp ứng nhanh (1 5 ms) khi địi hỏi một trạm tớ DP (DP-Slave) phục vụ trạm chủ (DP-Master).
4.3.4.4. Mơi trường truyền dẫn a) Đường truyền RS 485
Tuân theo chuẩn EIA RS-485/4 máy tính truyền dẫn, cáp xoắn đơi (STP), mỗi đoạn cáp được chặn đầu bởi một trở kháng gọi là một đoạn segment. Các trạm được nối với bus qua đầu nối tối đa 127 trạm trên một network dùng bộ lặp. Độ dài tối đa một segment phụ thuộc vào: tốc độ truyền, loại cáp sử dụng, tốc độ < 12 Mbit/s.
Hình 4-12: Mạng PROFIBUS sử dụng RS 485
b) Đường truyền quang
Mạng PROFIBUS của SIMATIC sử dụng các mơ đun tích hợp cổng quang như OBT (Optical Bus Terminal), OLM (Optical Link Mơ đun) để tạo thành mạng quang theo nhiều cấu trúc bus khác nhau, tăng độ dài truyền dẫn, giảm ảnh hưởng điện từ, tăng tốc độ truyền thơng, số trạm tối đa trong một mạng là 127 (126 khi sử dụng OLM với cấu trúc vịng).
c) Kỹ thuật hồng ngoại
Mạng PROFIBUS khơng dây sử dụng ánh sáng hồng ngoại để truyền tín hiệu, khoảng cách tối đa giữa hai trạm là 15 m, mạng khơng dây sử dụng mơ đun ILM (Infrared Mơ đun). Mạng khơng dây cĩ độ linh hoạt cao, địi hỏi khơng vật chắn trên đường truyền giữa hai trạm cấu trúc Point - Point, Point – MultiPoint, số trạm tối đa trên một mạng là 127.
Hình 4-14: Mạng PROFIBUS khơng dây kết nối điểm - điểm
4.3.4.5. Các cấu trúc mạng a) Cấu trúc mạng RS-485
Khi dùng kỹ thuật truyền RS-485 cĩ thể cĩ các tốc độ truyền như: 9,6 Kbit/s; 192 Kbit/s; 45,45 Kbit/s; 93,75 Kbit/s; 185,5 Kbit/s; 500 Kbit/s; 1,5 Mbit/s; 3,6 Mbit/s; 12 Mbit/s. Cĩ thể chia thành hai nhĩm chính:
Các thiết bị cho phép tốc độ truyền từ 9,6 Kbit/s 1,5 Mbit/s. Các thiết bị cho phép tốc độ truyền từ 9,6 Kbit/s 12 Mbit/s. Cấu trúc mạng quang
Một mơ đun liên kết quang OLM (Optical Link Mơ đun). Trạm PROFIBUS Sử dụng mạng quang để tăng khoảng cách truyền dẫn, giảm sự tác động của nhiễu. Trạm PROFIBUS sử dụng giao diện PROFIBUS-DP (RS-485) nối vào mạng quang sử dụng đầu nối quang OBT (Optical Bus Terminal) hoặc với cổng FO (Fiber Optic) tích hợp như ET 200M (IM 153-2FO), S7-400 (IM 467FO) cĩ thể nối trực tiếp vào mạng quang với cấu trúc bus.
Hình 4-15: Cấu trúc bus của mạng PROFIBUS quang b) Cấu trúc mạng khơng dây
Trong SIMATIC NET, sử dụng mơ đun liên kết hồng ngoại (ILM để tạo mạng khơng dây với cấu trúc Point – Point, Point - MultiPoint).
c) Cấu trúc mạng DP-PA
Theo cấu trúc bus hoặc hình sao. Khi sử dụng DP/PA là nguồn cung cấp qua đường dữ liệu cho các thiết bị trường, chú ý tổng dịng của các thiết bị trường khơng lớn hơn dịng ra cực đại của DP/PA, điều này làm hạn chế số thiết bị trường gắn vào.
Hình 4-17: Mạng PROFIBUS sử dụng liên kết DP/PA
Đặc tính PROFIBUS
Số lượng trạm 127
Phương pháp thâm nhập mạng Token Bus (cho các trạm chủ) Master-Slave (cho các trạm tớ)
Tốc độ truyền 9,6 Kbit/s - 12 Mbit/s
Mơi trường truyền thơng Đơi dây xoắn và cáp quang Bảng 4.4 Thơng số kỹ thuật của mạng PROFIBUS.
Câu hỏi chương 4:
Câu 1: Trình bày các tham số truyền thơng trong mạng PLC