Các Model của Remote I/O - THIẾT KẾ VÀ LẬP TRÌNH H- 123docz.net

Model

Đơn vị cơ bản Đơn vị mở rộng Đặc điểm kỹ thuật ARM- DI08N- 4S ARX- DI08N- 4S

10-28VDC NPN kiểu đầu vào- 8 điểm (10mA/ điểm)

ARM- DI08P- 4S

ARX- DI08P- 4S

10-28VDC PNP kiểu đầu vào- 8 điểm (10mA/ điểm) ARM- DO08N- 4S ARX- DO08N- 4S

10-28VDC NPN kiểu đầu ra- 8 điểm (0.3mA/ điểm)

ARM- DO08P- 4S

ARX- DO08P- 4S

10-28VDC PNP kiểu đầu ra- 8 điểm (0.3mA/ điểm)

3.3.4. Kết nối Remote I/O điều khien Relay

Hình 3.7: Kết nối ngõ vào và ngõ ra của Remote I/O với các Relay.

- Trên hình là sơ đồ đấu dây điều khiển các Relay DC của 1 tầng bằng Remote I/O.

- Đối với mô-đun ngõ ra (ARM-DO08P-4S), ta nối chân số 4 với chân dương của cuộn dây, chân số 3 với chân âm của cuộn dây, khi ta điều khiển ngõ ra có điện thì cuộn dây của Relay DC tương ứng có điện.

- Tiếp điểm thưởng hở (N-O) của relay DC sẽ đóng, điều khiển các đèn hành lang, bộ thẻ từ, cuộn dây Relay AC, đèn Enable, đèn Status trong hệ thống.

- Khi công tắc hoặc bộ thẻ từ tương ứng có điện (cảm ứng do thẻ) thì cuộn dây Relay AC đóng lại, thường hở của Relay AC đóng, tín hiệu sẽ được đưa vào cổng tương

ứng trên mô-đun ngõ vào của Remote I/O (ARX-DI08P-4S), đồng thời điện sẽ được cấp cho phịng.

3.3.5. Mục đích ứng dụng của Remote I/O trong đề tài- Đóng vai trị là Slave trong hệ thống điều khiển. - Đóng vai trị là Slave trong hệ thống điều khiển.

- Nhận lệnh điều khiển từ PLC để điều khiển Relays.

- Gửi tín hiệu thông báo trạng thái của thiết bị về lại PLC (Master).

3.3.6. Kiểm tra thông số truyền của Remote I/O

Bảng 3.4: Các bước thực hiện kiếm tra thông số truyền thông của Remote I/O

Bước Thao tác

Kết nối Remote I/O với máy tính qua bộ chuyển RS-232/RS- 485

Vào Manage Device để kiểm tra cổng COM được sử dụng bởi bộ chuyển

3 Mở phần mềm Serial Comn Test 4

Chọn các thông số cần test như kiểu truyền thông, cổng sử dụng, tốc độ truyền, địa chỉ Slave,...

Ghi nhận lại thông số truyền thông của Remote I/O sau khi test

Bảng 3.5: Y nghĩa thông số được hiển thị trên phần mềm kiểm tra

Tên Ý nghĩa

COM3 Serial

Số COM khi kết nối Remote I/O với máy tính bằng bộ chuyển RS-232/RS-485 để kiểm tra thông số

MODBUS RTU Loại Truyền thông: MODBUS RTU CPU ID: 1 Địa chỉ Remote I/O: 01

9600 Tốc độ truyền: 9600 bps None Paratibit: None

1 Stop bit: 1

3.4. Relays:

Hình 3.9: Hình ảnh và sơ đồ chân của Relay

Hình 3.8: Thơng số truyền thơng của Remote I/O được thể hiện qua phần mềm GE IP Serial Communication Test

hút làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm. Từ thường hở thành thường đóng. Từ đó cho dịng điện đi qua tiếp điểm thường hở và ngắt dịng bên tiếp điểm thường đóng.

3.4.2. Relay AC

Chức năng: Điều khiển cung cấp điện cho phụ tải. Thơng số kỹ thuật:

- Dịng định mức: 5A

- Điện áp định mức: 220 VAC

- Số chân: 8 chân. Chân 13-14 cấp điện cho cuộn dây, 9-5 và 12-8 là cặp tiếp điểm thường hở, 9-1 và 12-4 là cặp tiếp điểm thường đóng.

3.4.3. Relay DC

Chức năng: trong mơ hình dùng để điều khiển các đèn hành lang, bộ quẹt thẻ, đèn enable, đèn status.

Thơng số kỹ thuật:

- Dịng định mức: 5A

- Điện áp định mức: 24 VDC

- Số chân: 8 chân. Chân 13-14 cấp điện cho cuộn dây, 9-5 và 12-8 là cặp tiếp điểm thường hở, 9-1 và 12-4 là cặp tiếp điểm thường đóng.

3.4.4. Mục đích sử dụng của Relay trong đề tài

- 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 phịng.

- Để vận hành cơng tắc, khách hàng chỉ cần chèn thẻ chìa khóa vào khe cắm khi vào phịng để thơng nguồn cho phịng và sau đó tháo ra để rời khỏi.

Mục đích sử dụng của bộ quẹt thẻ trong để tài:

- Đóng vai trị như cơng tắc để cấp điện cho tải.

Chương 4: LẬP TRÌNH TRUYỀN THƠNG MODBUS RTU CHO PLC MITSUBISHI FX5U

Cuối những năm 1970, Gould Modicon phát triển giao thức MODBUS. MODBUS được đặt ở lớp 7 của mơ hình OSI và hỗ trợ truyền thơng 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 mơ hình OSI phần lớp được minh họa như hình sau.

Hình 4.1: Mơ 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 đốn báo cáo.

- Chức năng Reset.

Bảng 4.1: Danh sách các chức năng chính MODBUS hơ 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

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 MODBUS4.3.1. Cấu trúc mạng MODBUS RTU 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 thơng 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 mơ 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 thơng 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 thơng 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 trị 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 sốt tồn bộ hoạt động giao tiếp của cả hệ thống. Nhờ vậy, các trạm tớ có thể gửi các dữ liệu thu thập từ q 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 khơng 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 thơng báo u 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 cơng 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 vịng cũng chính là thời gian tối thiểu của chu kỳ bus. Do vậy, chu kỳ bus có thể tính tốn 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 tồn 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 thơng là điều khơng khó khăn.

thơng 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 sốt

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

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 hồn 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 thơng 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 mơ 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, cơng 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 mơ 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

Khoảng tính tốn 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 tốn bằng bộ chuyển đổi, gắn CRC tới tín hiệu truyền. Thiết bị thu nhận tính tốn lại một CRC suốt q trình nhận được tín hiệu truyền, và đối chiếu giá trị tính tốn 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

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