- Được Remote I/O cấp điện khi có tín hiệu điểu khiển tương ứng để điều khiển cấp điện cho tải.
Hình 3.10: Bộ quẹt thẻ
Hình 3.11: Sơ đồ kết nối cơ bản của bộ quẹt thẻ
Chức năng:
- Chân IN được cấp nguồn 220V.
- Chân OUT được kết nối tới các chân của tải rồi sau đó quay trở lại âm nguồn.
- Chân N được kết nối với các tải và nguồn âm của hệ thống.
- Bộ quẹt thẻ như một Relay dùng để đóng cắt điện. Khi quẹt thẻ vào tạo thành một mạch kín cho phép điện được cấp vào phòng.
- Để vận hành công tắc, khách hàng chỉ cần chèn thẻ chìa khóa vào khe cắm khi vào phòng để thông nguồn cho phòng và sau đó tháo ra để rời khỏi.
Mục đích sử dụng của bộ quẹt thẻ trong để tài:
- Đóng vai trò như công tắc để cấp điện cho tải.
Chương 4: LẬP TRÌNH TRUYỀN THÔNG MODBUS RTU CHO PLC MITSUBISHI FX5U
Cuối những năm 1970, Gould Modicon phát triển giao thức MODBUS. MODBUS được đặt ở lớp 7 của mô hình OSI và hỗ trợ truyền thông Chủ/Khách giữa các PLC Modicon và các thiết bị mạng khác. Giao thức MODBUS định nghĩa các phương pháp cho một PLC truy cập một PLC khác, cho một PLC đáp ứng lại các thiết bị gửi yêu cầu kết nối, và biện pháp cho phát hiện và báo lỗi. Giao thức này hỗ trợ các giao thức khác như truyền thông bất đồng chủ/tớ, Modicon MODBUS Plus và Ethernet. Nhằm lợi dụng các công cụ hỗ trợ, phần cứng và các phần mềm được sử dụng cho mạng Internet. MODBUS/TCP cũng được phát triển. MODBUS cũng dựa trên mô hình OSI phần lớp được minh họa như hình sau.
Hình 4.1: Mô hình phân lớp MODBUS
4.2. Các chức năng của MODBUS
Tất cả các chức năng của hỗ trợ bởi giao thức MODBUS được nhận dạng bởi các chỉ số. Chúng được thiết kế như các lệnh điều khiển cho các thiết bị đo lường và điều khiển, chúng bao gồm các nhóm chức năng sau:
- Nhóm lệnh điều khiển cuộn dây dùng cho việc đọc và đặt cho cuộn dây đơn hoặc nhóm các cuộn dây.
- Nhóm lệnh điều khiển nhập cho việc đọc trạng thái nhập của một nhóm các ngõ vào.
- Nhóm lệnh điều khiển đăng ký cho việc đọc và đặt một hoặc nhiều hơn thanh ghi dữ liệu.
- Nhóm chức năng kiểm tra chuẩn đoán báo cáo.
- Chức năng Reset.
Bảng 4.1: Danh sách các chức năng chính MODBUS hô trợ
Mã chức
năng Tên chức năng Chi tiết
Số thiết bị trên mỗi gói tin 01H Đọc cuộn dây Đọc thiết bị nhị phân (R/W) 1 đến 2000 thiết bị 02H Đọc ngõ vào Đọc thiết bị nhị phân (RO) 1 đến 2000 thiết bị 03H Đọc thanh ghi Đọc thanh ghi 16 bit (R/W) 1 đến 125 thiết bị 04H
Đọc thanh ghi
ngõ vào Đọc thanh ghi 16 bit (RO) 1 đến 125 thiết bị
05H
Viết vào cuộn
dây đơn Viết vào một thiết bị nhị phân 1 thiết bị 06H
Viết vào thanh ghi đơn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Viết vào thiết bị thanh ghi đơn
16 bit 1 thiết bị
0FH
Viết vào nhiều cuộn dây
Viết vào nhiều thiết bị nhị phân
(R/W) 1 đến 1968 thiết bị
10F
Viết vào nhiều thanh ghi
Viết vào nhiều thanh ghi 16 bit
(R/W) 1 đến 123 thiết bị
4.3.Đặc điểm chung của truyền thông nối tiếp MODBUS
4.3.1. Cấu trúc mạng MODBUS RTU
Chức năng truyền thông nối tiếp MODBUS trên FX5 có thể điều khiển 32 slave với truyền thông RS-485 và 1 slave với truyền thông RS-232C bằng 1 Master.
- Chức năng Master và Slave được hỗ trợ và có thể được mô phỏng bởi 1 FX5.
- Có thể tăng thêm 4 kênh cho truyền thông nối tiếp MODBUS bằng 1 mô- đun CPU.
- Master sử dụng một PLC để ra lệnh cho MODBUS và điều khiển Slave.
4.3.2. Quản lý đường truyền Master/Slave
Master MODBUS là các thiết bị có khả năng đọc được dữ liệu từ các thiết bị Slave . Các Master chính là PLC , PC , DCS ...Khi cần một một thông tin Master gửi một thông điệp xuống tất cả các slave nhưng chỉ có một slave nhận được thông tin.
Slave MODBUS là các thiết bị đo lường hoặc các thiết bị điều chấp hành như : cảm biến nhiệt độ , cảm biến áp suất , van điều khiển , thiết bị đo công suất điện năng .Khi được Master gọi thì các Slave truyền thông tin tới Master.
4.3.3. Trao đổi dữ liệu trong mạng MODBUS RTU
Trong phương pháp chủ/tớ, một trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ động phân chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ (slave). Các trạm tớ đóng vai trò bị động, chỉ có quyền truy nhập bus và gửi tín hiệu đi khi có yêu cầu. Trạm chủ có thể dùng phương pháp hỏi tuần tự (polling) theo chu kỳ để kiểm soát toàn bộ hoạt động giao tiếp của cả hệ thống. Nhờ vậy, các trạm tớ có thể gửi các dữ liệu thu thập từ quá trình kỹ thuật tới trạm chủ (có thể là một PLC, một PC, v.v...) cũng như nhận các thông tin điều khiển từ trạm chủ.
Trong một số hệ thống, thậm chí các trạm tớ không có quyền giao tiếp trực tiếp với nhau, mà bất cứ dữ liệu cần trao đổi nào cũng phải qua trạm chủ. Nếu hoạt động giao tiếp diễn ra theo chu kỳ, trạm chủ sẽ có trách nhiệm chủ động yêu cầu dữ liệu từ trạm tớ cần gửi và sau đó sẽ chuyển tới trạm tớ cần nhận. Trong trường hợp một trạm tớ cần trao đổi dữ liệu bất thường với một trạm khác phải thông báo yêu cầu của mình khi được trạm chủ hỏi đến và sau đó chờ được phục vụ.
Trình tự được tham gia giao tiếp, hay trình tự được hỏi của các trạm tớ có thể do người sử dụng qui định trước (tiền định) bằng các công cụ tạo lập cấu hình. Trong trường hợp chỉ có một trạm chủ duy nhất, thời gian cần cho trạm chủ hoàn thành việc hỏi tuần tự một vòng cũng chính là thời gian tối thiểu của chu kỳ bus. Do vậy, chu kỳ bus có thể tính toán trước được một cách tương đối chắc chắn. Đây chính là một trong những yếu tố thể hiện tính năng thời gian thực của hệ thống.
Phương pháp chủ/tớ có một ưu điểm là việc kết nối mạng các trạm tớ đơn giản, đỡ tốn kém bởi gần như toàn bộ “trí tuệ” tập trung tại trạm chủ. Một trạm chủ thường lại là một thiết bị điều khiển, vì vậy việc tích hợp thêm chức năng xử lý truyền thông là điều không khó khăn.
thông tin giữa các trạm tớ bị giảm do phải dữ liệu phải đi qua khâu trung gian là trạm chủ, dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng đường truyền. Nếu hai trạm tớ cần trao đổi một biến dữ liệu đơn giản với nhau (một PLC có thể là trạm tớ), thì trong trường hợp xấu nhất thời gian đáp ứng vẫn có thể kéo dài tới hơn một chu kỳ bus. Một biện pháp để cải thiện tình huống này là cho phép các trạm tớ trao đổi dữ liệu trực tiếp trong một chừng mực được kiểm soát
Hình 4.4: Sơ đồ trao đổi dữ liệu giữa 2 trạm tớ
4.4. Giao thức mạng MODBUS RTU
4.4.1. Cấu trúc giao thức MODBUS
Cấu trúc giao thức MODBUS trình bày cấu trúc gói tin(lấy ví dụ hàm dược được sử dụng trong PLC); Trình bày gói tin trả lời của Slave.
Dưới đây thể hiện cấu trúc kỹ thuật của giao thức MODBUS (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Vùng địa chỉ Lệnh chức năng Dữ liệu Kiểm tra lỗi
<--->
Mặt cắt dữ liệu giao thức
Bảng 4.2 Đặc điểm từng vùng của giao thức MODBUS
Tên Mô tả
Vùng địa chỉ [Khi Chủ gửi một tin nhắn yêu cầu tới một Tớ]
0: Gửi một tin nhắn yêu cầu tới tất cả các Tớ. [truyền rộng] 1 tới 247: Gửi một tin nhắn yêu cầu tới một con số Tớ cụ thể. Chú ý: 247 là số địa chỉ MODBUS tối đa. Khi sử dụng FX5 như là chủ, trạm 1 tới 32 có thể được cấp địa chỉ.
[Khi Tớ gửi một tin nhắn hồi đáp tới Chủ]
Số trạm chủ đã lưu trữ khi gửi một tin nhắn hồi đáp.
Lệnh chức năng [Khi Chủ gửi một tin nhắn yêu cầu tới một Tớ] Chủ chỉ rõ lệnh chức năng tới Tớ.
[Khi Tớ gửi một tin nhắn hồi đáp tới Chủ]
Lệnh chức năng hồi tiếp được lưu trữ trong trường hợp của trạng thái hoàn thành bình thường. Các bit quan trọng nhất ON trong trường hợp kết thúc bất thường.
Dữ liệu [Khi Chủ gửi một tin nhắn yêu cầu tới một Tớ]
Thông tin cần để chấp hành hành động cụ thể bởi một lệnh chức năng đã lưu trữ.
[Khi Tớ gửi một tin nhắn hồi đáp tới Chủ]
Kết quả chấp hành hành động cụ thể bởi một lệnh chức năng đã lưu trữ. Một lệnh chấp hành được lưu trữ khi bị lỗi.
Kiểm tra lỗi Các nút (Chủ hoặc Tớ) thêm tự động kiểm tra lỗi vào tất cả các tin đã truyền và tính lại lệnh kiểm tra cho bất kì tin nào đã được chấp nhận. Tin đúng sẽ bị bỏ nếu nó có một lỗi.
4.4.2. Cấu trúc Gói tin (Frame) Gửi - Request; gói tin nhận - Response
• Header (có độ dài 20 bytes)
• Dữ liệu
Header
4.5. Mạng truyền thông MODBUS RTU của PLC FX5U:
Giao thức MODBUS RTU là một giao thức mở, sử dụng đường truyền vật lý RS- 232 hoặc RS-485 và mô hình dạng Master-Slave. Đây là một giao thức được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như BMS (Building Management Systems), tự động hóa, công nghiệp, điện lực,... Lý do mà giao thức MODBUS RTU được sử dụng rộng rãi ở nhiều nơi đó là ổn định, đơn giản, dễ dùng.
MODBUS được coi là giao thức truyền thông ở tầng “Application”, cung cấp khả năng truyền thông Master-Slave giữa các thiết bị được kết nối thông qua các bus hoặc network. Trên mô hình OSI, MODBUS được đặt ở lớp 7. MODBUS được xác định là một giao thức hoạt động theo hỏi/đáp và sử dụng các “function code” tương ứng để hỏi đáp.
4.5.1. Kiểu cấu trúc RTU(Remote Terminal Unit - Đơn vị đầu cuối từ xa)
Các thông số kỹ thuật tuân thủ theo thông số truyền thông MODBUS.
Bảng 4.3: Đặc điểm thông số tuân theo kiểu RTU
Bắt đầu Vùng địa chỉ Lệnh chứcnăng Dữ liệu Kiểm tra lỗi Kết thúc (Bắt đầu) Vùng địachỉ 3.5 đặc tính thời gian hoặc nhiều
hơn 1 byte 1 byte
0 tới 252 byte 2 byte 3.5 đặc tính thời gian hoặc nhiều hơn 1 byte H:—*1 t (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khoảng tính toán kiểm tra
Kiểm tra lỗi trong chế độ RTU được điều khiển bởi CRC (Kiểm tra thừa tuần hoàn). Vùng CRC chiếm 2 byte, chứa một giá trị nhị phân 16 bit. Giá trị CRC được tính toán bằng bộ chuyển đổi, gắn CRC tới tín hiệu truyền. Thiết bị thu nhận tính toán lại một CRC suốt quá trình nhận được tín hiệu truyền, và đối chiếu giá trị tính toán với giá trị thực tế nó nhận trong vùng CRC. Nếu hai giá trị này không bằng nhau, một lỗi được tìm thấy.
4.5.2. Các hàm MODBUS PLC hỗ trợ
Bảng 4.4: Danh sách các chức năng chính MODBUS hỗ trợ
Mã chức
năng Tên chức năng Chi tiết
Số thiết bị trên mỗi gói tin 01H Đọc cuộn dây Đọc thiết bị nhị phân (R/W) 1 đến 2000 thiết bị 02H Đọc ngõ vào Đọc thiết bị nhị phân (RO) 1 đến 2000 thiết bị 03H Đọc thanh ghi Đọc thanh ghi 16 bit (R/W) 1 đến 125 thiết bị 04H
Đọc thanh ghi ngõ
vào Đọc thanh ghi 16 bit (RO) 1 đến 125 thiết bị 05H
Viết vào cuộn dây
đơn Viết vào một thiết bị nhị phân 1 thiết bị 06H Viết vào thanh ghi Viết vào thiết bị thanh ghi đơn 1 thiết bị
4.5.3. Tập lệnh MODBUS :
Trong function master của FX5, truyền thông hoạt động với trạm Slave sử dụng lệnh ADPRW.
Lệnh này cho phép truyền thông(đọc/ghi dữ liệu) với trạm Slave bởi function code được hỗ trợ bởi Master.
Cài đặt dữ liệu
(s5)/(d1) Bit/Bit nhị phân 16-bit ANY_ELEMENTARY (d2) Bit ANYBIT_ARRAY Bảng 4.6: Thiết bị cho phép Operan
d Bít Word Doubleword Indirect specificatio n Constant other s X, Y, M, L, SM. F, B, SB IOGD T, ST, c, T, ST, c, D, w, SD. sw, R UQtG D z LC LZ K, H E $ (s1) — — — o'1 o o — — o 0 — — — (S2) — — — o‘1 o o — — o 0 — — — (S3) — — — o'1 o o — — Õ 0 — — — (S4) — — — o'1 o o — — o 0 — — (S5)t(d1) o — — O‘1 o Q — — 0 0 — — — (d2) o — — o’1 — — — — — — — — — *1 T, ST, c cannot be used.
Bảng 4.7: Function code và Function Parameter
(s2): Mã chức năng (s3): Địa chỉ MODBUS (s4): Số thiết bị
(s5)/(d1): Dữ liệu khởi tạo thiết bị Thiết bị khả dụng 01H Đọc cuộn dây Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH Số thiết bị: 1 đến 2000
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng Thiết bị word Số thiết bị sử dụng Thiết bị word 02H Đọc ngõ ra Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH Số thiết bị: 1 đến 2000
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng Thiết bị word Số thiết bị sử dụng Thiết bị word
03H Đọc thanh ghi Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH Số thiết bị: 1 đến 125
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo
Thiết bị khả dụng Số thiết bị sử dụng (s4) 04H Đọc thanh ghi ngõ vào Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH Số thiết bị: 1 đến 125
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng
Số thiết bị sử dụng (s4)
05H Ghi cuộn dây Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH 0
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng Thiết bị word Số thiết bị sử dụng 1 điểm 06 Ghi vào thanh ghi Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH 0
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng Thiết bị word Số thiết bị sử dụng 1 điểm 0FH Ghi vào nhiều cuộn dây Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH Số thiết bị: 1 đến 1968 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng Thiết bị word Số thiết bị sử dụng Thiết bị word 10H Ghi vào nhiều thanh ghi Địa chỉ MODBUS: 0000H đến FFFFH Số thiết bị: 1 đến 123
Dữ liệu đọc lưu trữ thiết bị khởi tạo Thiết bị khả dụng
Số thiết bị sử dụng (s4)
4.6. Lập trình MODBUS Master trên PLC FX5U:
4.6.1. Chức năng của mạng MODBUS RTU trong hệ thống
- Thiết bị Master: PLC Mitsubishi FX5U.
- Thiết bị Slave: Remote I/O.
- Hai thiết bị Master và Slave giao tiếp với nhau qua bằng mạng MODBUS thông qua cổng RS-485, với tốc độ 9600 bps, 8 bit dữ liệu, giao thức truyền thông là RTU. Gói tin được gửi và nhận bằng mã nhị phân.
Hình 4.5: Lưu đồ Master — Slave
Hình 4.6: Chương trình MODBUS của hệ thống
Chương trình ghi vào nhiều cuộn dây:
- Địa chỉ Slave: 01H
- Lệnh: 0FH (Write multiple coils)
- Địa chỉ MODBUS: 0
- Tổng số thiết bị: 8
- Thiết bị khởi tạo lưu trữ dữ liệu đọc: D101
- Giá trị của thành ghi D101 của Master được ghi vào địa chỉ MODBUS là 0 và 7 thiết bị tiếp sau đó của Slave có địa chỉ là 01.
Chương trình đọc từ ngõ vào:
- Địa chỉ Slave: 01H
- Lệnh: 01H (Read Coils/ đọc cuộn dây)
- Địa chỉ MODBUS: 0
- Tổng số thiết bị: 8
- Thiết bị khởi tạo lưu trữ dữ liệu đọc: D0
- Giá trị của 8 thiết bị cuộn dây bắt đầu từ địa chỉ MODBUS là 0 của Slave có địa chỉ 01 đọc vào 8 bit đầu của thanh ghi D111 của Master.
4.6.4. Lưu ý khi tạo chương trình:
• Chắc chắn kết nối điều khiển của lệnh ADPRW không tắt cho đến khi lệnh hoàn thành.
• Khi điều khiển nhiều lệnh ADPRW trong cùng một thời điểm, lệnh ADPRW tiếp theo trong chương trình phải thi hành sau khi lệnh hiện tại hoàn thành xong (Chỉ có một lệnh được thực thi tại một thời điểm).
bị “word”( D hoặc R) giống như thiết bị đích, chỉ số của bit được ấn định trong thiết bị đếm của lệnh ADPRW sẽ được viết đè lên. Vẫn còn lại bit của thiết bị từ không bị tác động.
5.1. Hệ thống điều khiển giám sát SCADA
5.1.1. SCADA là gì? (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
5.1.1.1. Định nghĩa
SCADA là công nghệ mà nó cho phép người sử dụng thu thập dữ liệu từ một hoặc nhiều hơn hai hệ thống từ xa và/hoặc gửi giới hạn lệnh điều khiển đến các hệ thống này.