Chuẩn IEEE 802.3
Số trạm Hơn 1000
Phương phỏp truy nhập CSMA/CD Tốc độ truyền 100Mbit/s
Mụi trường truyền Cỏp đồng 2 lừi, cỏp đồng trục cú vỏ bọc đụi dõy xoắn cụng nghiệp Cỏp quang
Chiều dài mạng Cỏp đồng trục : 1,5km Cỏp quang : 4,5km Topology Line, tree, ring, star Cỏc dịch vụ truyền
thụng PD/OPTruyền thụng S7
Truyền thụng tương thớch S5 (ISO transport, ISO-on- TCP,UDP)
Truyền thụng chuẩn
Dịch vụ MMS : theo MAP 3.0
2. Mạng PROFIBUS
Profibus là bus trường mở theo chuẩn húa chõu Âu EN 50170 năm 1996 và chuẩn húa quốc tế IEC 61158 năm 2000. Được phỏt triển dựa trờn cơ sở mạng cụng nghiệp SINEC-L2 của hóng SIEMENS và hiện do tổ chức PNO (Profibus User Organization) kiểm soỏt. Đõy là bus trường đó được ứng dụng nhiều và xuất hiện khỏ sớm ở Việt Nam. Profibus là một hệ thống bus dựng để kết nối thiết bị trường với cỏc thiết điều khiển và giỏm sỏt. Profibus là hệ thống bus đa nhiều chủ (Multi- Master), cho phộp cỏc thiết bị điều khiển tự động, cỏc trạm kỹ thuật và hiển thị quỏ trỡnh cũng như cỏc phụ kiện phõn tỏn cựng làm việc trờn cựng một bus.
Profibus sử dụng 3 cụng nghệ truyền dẫn là: RS-485 (sử dụng cặp đụi dõy dẫn) hoặc cỏp quang cho Profibus FMS/DP hoặc cấu trỳc phức hợp cả hai cụng nghệ này tựy theo yờu cầu thực tế của bài toỏn Profibus PA sử dụng cụng nghệ truyền IEC 1158-2. Trong đú RS-485 là cụng nghệ thường dựng do tớnh chất bảo đảm tốc độ truyền cao, tin cậy, lắp đặt dễ dàng và chi phớ thấp.
Với kĩ thuật truềy dẫn RS-485 mạng PROFIBUS cú cỏc thụng số sau đõy:
• Số lượng tối đa cỏc trạm trong một đoạn mạng là 32 trạm .Cú thể dựng tối đa 3 bộ lặp tức 4 đoạn mạng để nõng số trạm lờn tối đa là 127.
• Cấu trỳc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhỏnh với cỏc đường nhỏnh ngắn.
• Tốc độ truyền : 9.6kbit/s đến 12 Mbit/s.
• Chiều dài dõy dẫn tối đa trong một mạng từ 100 đến 1200m phụ thuộc vào tốc độ truyền được chọn .
Tốc độ kBit/s 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000
Chiềudài (m) 1200 1200 1200 1000 400 200 100
Với kĩ thuật truyền dẫn bằng cỏp quang thỡ nú thớch hợp thớch hợp với việc truyền dẫn trong mụi trường cú nhiễu mạnh hoặc đũi hỏi tốc độ truyền dẫn cao và phạm vi mạng lớn. Hai loại cỏp được sử ụng ở đõy: loại sợi thuỷ tinh cú chiều dài tối đa 1km và loại sợi nhõn tạo cú chiều dài tối đa là 50m khụng cần khếch đại. Trong thực tế, cỏp quang thường được dựng hỗn hợp với RS 485
3. Mạng đa điểm (Multi Point Interface)
MPI là một mạng đa điểm, được tớch hợp vào trong mỗi PLC của SIMATIC (Hệ thống SIMATIC S7/M7 và C7 ). Nú cú thể được sử dụng để nối nhiều thiết bị lập trỡnh và những panel điều khiển hoặc PLC SIMATIC
Mạng được ứng dụng với số lượng đối tỏc truyền thụng nhỏ, lượng dữ liệu trao đổi nhỏ qua dịch vụ truyền thụng cơ bản S7 (S7 basic communication)
Mạng MPI cú cỏc thụng số sau đõy:
• Số trạm tham gia cực đại : 32 trạm
• Phương phỏp truy cập BUS : Token passing
• Tốc độ truyền : 19.2 kbit/s, 187.5 kbit/s hoặc 12 Mbit/s
• Độ dài cực đại của mạng : 50m với RS485 , nếu cú bộ lặp là 1100 m , với cỏp quang qua OLM >100 kM
4. Bảng tổng kết cỏc thụng số giữa cỏc mạng MPI ,PROFIBUS, INDUSTRIAL ETHERNET
Cỏc thụng số MPI PROFIBUS Industrial
Ethernet Cỏc thiết bị cú thể
kết nối SIMATIC PG/PCSIMATIC S7/C7 SIMATIC HMI SIMATIC S7/C7 SIMATIC PG/PC SIMATIC HMI SIMATIC S7/C7 SIMATIC PG/PC SIMATIC HMI SIMATIC PCS 7 Số lượng trạm tớ • Thụng thường • Tối đa 2 đến 10 32 2 đến 16126 hơn 1000 trạm2 đến 100 Độ dài dữ liệu trờn 1
message 64 byte 120 byte 250 byte
Chiều dài mạng
• Mạng cục bộ
• Mạng diện rộng WAN
Tối đa 100m
- Tối đa 9.6 km Tối đa 1.5 kmMạng diện rộng với TCP/IP Kiến trỳc mạng Kiểu bus Kiểu bus, cõy,
hỡnh sao, hỡnh trũn
Kiểu bus, cõy, hỡnh sao, hỡnh
trũn
Sử dụng card CP * * *
Qua cỏc bảng thụng số này ta thấy bus PROFIBUS DP cú tốc độ truyền tốt hơn so với bus MPI đồng thời quỏ trỡnh truyền dẫn của nú ổn định hơn so với cỏc bus khỏc.
Như vậy ta tiến hành xõy dựng một mạng cho nhà mỏy ximang Hải Võn như sau: Hỡnh V.2 : Cấu hỡnh mạng thiết kế Ở đõy PLC S7- 300 ta dựng PLC cú CPU 313 2DP cũn PLC S7-200 ta dựng PLC cú CPU 226.
PLC S7-200(1) : đõy lầ PLC điều khiển cấp Clinker, phụ gia, thạch cao. PLC S7-200(2) : đõy là PLC điều khiển mỏy nghiền và cỏc hệ thống phõn ly. PLC S7-200(3) : đõy là PLC điều khiển hệ thống bơm đẩy ximăng lờn cỏc
silo ximăng.
PLC S7-200(4) :đõy là PLC điều khiển cỏc van xuất ximăng và mỏy đúng bao.
V.4 TIẾN HAèNH KẾT NỐI GIỮA WINCC, S7-300 VAè S7-200
Để tiến hành việc điều khiển giỏm sỏt và thu thập giữ liệu ta phải tiến hành liờn kết giữa PC cú cài phần mềm WINCC làm giao diện và S7-300, S7-200.
V.4.1 LIấN KẾT GIỮA WINCC VAè S7-300
Trong phần Tag-management thỡ ta đó định nghĩa cỏc chuẩn truyền thụng, định nghĩa cỏc thiết bị phớa dưới gắn với mỏy tớnh PC. Ở đõy chỳng ta dựng chuẩn truyền thụng PROFIBUS, PLC S7-300 CPU313C-2DP được gắn ở địa chỉ trạm 2, CPU được định nghĩa nằm ở slot 2 trờn thanh rack
Industrial Ethernet Host Host Compute r Standy Computer PLC S7300 CPU313-2DP PROFIBUS- DP S7200(1) S7200(2) S7200(3) S7200(4)
Tại WINCC khi ta đặt biến chương trỡnh (tag) cho một đối tượng (Object) ta đó gắn một biến chương trỡnh (tag) này một địa chỉ tương ứng vào CPU của PLC S7-300.
Hỡnh trờn ta đang gắn biến “nhiệt độ trờn WINCC vào vựng MW0 của PLC phớa dưới.
Khi muốn truyền 1 bit hay1word xuống S7-300 thỡ ta dựng lệnh SetTagBit, hay SetTagWord.
Đồng thời để thu thập dữ liệu từ vựng mà biến tag gắn vào WINCC ta lại dựng lệnh GetTagBit hay GetTagWord.
Tại S7-300 nếu chỳng ta muốn kiểm tra cú xảy ra lỗi về đường truyền hay khụng ta so sỏnh dữ liệu nhận và dữ liệu truyền xem chỳng cú giống nhau khụng vidụ ở đõy ta truyền số “1000” vào MW0 thỡ tại S7-300 ta đem so sỏnh MW0 với số 1000 nếu đỳng thỡ ta mở Q 0.1 để biết được quỏ trỡnh truyền khụng xảy ra cỏc sự cụ.ỳ
a) Về thiết bị: Để cú thể lập một mạng cho S7-300 với S7-200 và truyền thụng giữa chỳng ta cần 1 số thiết bị sau:
S7-200 cú gắn modul EM-277.
S7-300 gồm cú nguồn PS307 2A , 1 CPU 313C-2DP và cú thể cú thờm cỏc modul khỏc như modul analog.
Cần cú một cỏp chương trỡnh PC/PPI cho việc truyền chương trỡnh từ PC với phần mềm Micro/WIN để lập trỡnh S7-200.
Cần 1 cỏp PROFIBUS để nối cỏc PLC lại với nhau.
Cần 1 cỏp chương trỡnh MPI cho việc truyền chương trỡnh từ PC với phần mềm STEP 7 để lập trỡnh S7-300.
Mỏy tớnh cú gắn card MPI và cỏc cỏc phần mềm lập trỡnh cho S7-300(STEP 7) cũng như S7-200(Micro/WIN).
b) Về khai bỏo thiết bị: ta cú cỏc thiết bị phần cứng nhưng để liờn kết cỏc thiết bị này lại ta phải khai bỏo chỳng, khai bỏo thiết bị nào là chủ, thiết bị nào là tớ, chuẩn truyền thụng giữa chỳng là gỡ để cú thể kết nối giữa phần cứng và phần mềm lại với nhau.
S7-300 CPU313-2DP là trạm chủ.
S7-200 cần 1 modul EM277 PRO-DP để nối với mạng PRO-DP. S7-200 và EM 277 được dựng như một thiết bị tớ.
Ta phải định cấu hỡnh cho S7-300 và thiết đặt cấu hỡnh địa chỉ tớ cho EM 277 vào mạng PRO DP.
Sau đõy là quỏ trỡnh khai bỏo PLC S7-300 và việc thiết đặt cỏc modul EM 277 vào mạng PRO.
Hỡnh trờn ta khai bỏo S7-300 làm chủ cũn cỏc modul EM 277 là cỏc trạm tớ. Ta khai bỏo cỏc phần cứng cho S7-300 gồm nguồn, CPU,odul analog đồng thời ta thiết lập mạng PROFIBUS DP nối cỏc modul EM 277 lại với nhau.
Qua việc thiết lập mạng PROFIBUS này thỡ trạm chủ sẽ cấp EM 277 cỏc địa chỉ để sau này ta dựng cỏc địa chỉ này truyền thụng vidụ ở đõy EM 277 ở trạm đầu của mạng sẽ được cấp cho vựng đệm từ 0..7.
c) Về đặt chỉ phần cứng cho EM 277: cỏc modul EM 277 gắn trờn PLC là như nhau, nếu như ta khụng định địa chỉ phần cứng cho nú thỡ khi ta truyền dữ liệu khụng biết đến trạm nào. Do đú để liờn kết phần cứng và phần mềm ta phải định đia chỉ cho EM 277 như sau:
Tắt nguồn S7-200 và EM 277.
Đặt cỏc nỳt xoay ở phớa trước EM 277 vào địa chỉ mong muốn. Nỳt phớa trờn sẽ đặt địa chỉ hàng chục nỳt phớa duới sẽ đặt địa chỉ hàng đơn vị.Nỳt trờn được đỏnh dấu X10 ,nỳt phớa dưới thỡ được đỏnh dấu X1.Nếu ta đặt X0 ở 3 cũn X0 ở 0 thỡ ta định địa chỉ 3 cho EM 277.
Bật nguồn cho S7-200 và EM 277.
Địa chỉ EM 277 chỉ được đọc khi EM 277 bật nguồn. Nếu đang bật mà ta thay đổi địa chỉ EM 277 thỡ địa chỉ của nú vẫn khụng thay đổi và chỉ thay đụỉ khi nguồn bật lại lần sau .
d) Truyền thụng giữa S7-300 và S7-200
Thiết bị S7-300(Master) sẽ ghi dữ liệu đầu ra lờn thiết bị S7-200(Slave). Thiết bị S7-200(Slave) sẽ định hướng yờu cầu của S7-300Master bằng cỏch chuyển dữ liệu đầu vào đến S7-300(Master).
S7-300(Master) chuyển dữ liệu vựng output I/O đến vựng đệm ouput của S7- 200(Slave). S7-300(Master) đọc dữ liệu từ vựng đệm input của S7-200(Slave) và lưu nú vào vựng input I/O. Vựng đệm input/output định vị ở vựng nhớ V của S7_200.
S7-300(Master) sẽ chỉ định địa chỉ ban đầu của vựng đệm vựng cổng ra cho S7-200(Slave) đồng thời S7-300(Master) cũng chỉ định kớch thước của vựng đệm cổng ra. S7-300(Master) sẽ gửi thụng tin này đến S7-200(Slave) như một thành phần cấu hỡnh của S7-200(Slave) và S7-200(Slave) sẽ sử dụng thụng tin này để định kớch thước của vựng đệm đầu ra. Nếu S7-300(Master) chỉ định S7-200(Slave) là cú 8 bytes đầu ra thỡ slave sẽ định kớch thước vựng đệm đầu ra là 8 bytes. Với vớdụ về mạng trờn với EM277 trạm 3 thỡ vựng đệm đầu ra bắt đầu từ VB0 dữ liệu đầu ra từ S7-300(Master) sẽ được ghi vựng nhớ từ VB0--->VB7.
Vựng đệm đầu vào là vựng tiếp ngay sau vựng đệm đầu ra. Cú thể định cấu hỡnh S7-300(Master) để chỉ định số lượng dữ liệu đến master từ S7-200(Slave). Giỏ trị này sẽ được ghi lờn slave như một thành phần cấu hỡnh S7-200(Slave). S7- 200(Slave) sử dụng thụng tin này để định kớch thước của vựng đệm input. Với vớdụ trờn master chỉ định vựng đệm đầu ra tại VB0 và thiết đặt kớch thước là 8 bytes, vựng đệm đầu vào sẽ bắt đầu từ VB8, ngay sau vựng đệm đầu ra, kớch thước của nú cũng là 8 bytes thỡ nú sẽ định vị từ VB8VB16.
Ngay khi S7-300(Master) xỏc định được sự cú mặt của S7-200(Slave) trong mạng, nú sẽ đặt cấu hỡnh của S7-200(Slave) theo số liệu đầu vào và đầu ra được cấu hỡnh trong S7-300(Master). S7-300(Master) cũng sẽ ghi khoảng chứa trống của vựng nhớ V của vựng đệm đầu ra lờn CPU. Nếu việc kết nối thành cụng, S7- 300(Master) gởi dữ liệu đầu ra đến EM277, dữ liệu sau đú sẽ chuyển đến vựng nhớ của CPU. EM277 trả lời S7-300(Master) bằng dữ liệu đầu vào được đọc từ vựng V của CPU.
Chỳng ta phải biết địa chỉ bắt đầu của vựng đệm input/output và độ dài của chỳng để lập trỡnh cho CPU S7-200. Dữ liệu đầu ra S7-300(Master) phải được chuyển bởi chương trỡnh của CPU S7-200 từ vựng đệm output đến vựng biến để sử dụng. Tương tự, dữ liệu vào phải được chuyển từ vựng biến đến vựng đệm đầu vào để chuyển đến S7-300(Master).
V.5 PHẦN MỀM WINCC DÙNG LAèM GIAO DIỆN ĐỂ ĐIỀU KHIỂN.
Tại mỏy tớnh chủ PC ta dựng phần mềm WINCC để xõy dựng giao diện người mỏy HMI cũng như phục vụ cho việc xử lớ vầ truyền dữ liệu .Phần mềm WINCC của hóng SIEMEN là phần mềm chuyờn dựng với mục đớch này
Giao diện người mỏy là một hệ thụng phần mềm hỗ trợ con người theo dừi quỏ trỡnh cỏc diễn biến kỹ thuật, trạng thỏi và cỏc thụng số làm việc của cỏc thiết bị trong hệ thống, qua đú cú thể thực hiện cỏc thao tỏc vận hành và can thiệp từ xa tới hệ thống điều khiển phớa dưới. Ngày nay, cỏc phần mềm giao diện người-mỏy
(HMI) chủ yếu được xõy dựng trờn nền mỏy tớnh cỏ nhõn, dựa trờn cỏc kỹ thuật đồ họa hiện đại. Giao diện người-mỏy là một trong cỏc thành phần chớnh của một hệ thống điều khiển giỏm sỏt.
Yờu cầu chung
Đơn giản dễ sử dụng (easy to use). Bền vững khú gõy lỗi.
Tớnh thụng tin cao. Đẹp, nhó nhặn.
Cỏc phương phỏp giao tiếp người-mỏy (HMI) Đưa lệnh trực tiếp .
Lựa chọn lệnh từ menu. Giao tiếp qua hộp hội thoại.
Thiết kế cấu trỳc màn hỡnh Yờu cầu cấu trỳc màn hỡnh
Gần với cỏc mỏy múc, thiết bị cụng nghệ.
Khoa học, kết hợp hợp lý phương phỏp sử dụng chuyển cấp hoặc lựa chọn nhanh.
Phõn cấp màn hỡnh
Tổng quan hệ thống (system overview), hệ thống con (subsystem overview). Tổng quan nhúm .
Hiển thị nhúm. Hiển thị chi tiết.
Hỡnh ảnh hệ thống, hỡnh ảnh phạm vi/cụng đoạn mỏy múc dưới dạng lưu đồ cụng nghờ hoặ hỡnh ảnh dõy chuyền sản xuất .
Đồ thị : đồ thị thời gian thực, đồ thị quỏ khứ . Cửa sổ bỏo động.
Hỡnh V.3 : HMI của nhà mỏy
Hỡnh V.3a : HMI của hệ thống phối liệu
Hỡnh V.3c : HMI của silochứa cliker
Hỡnh V.3c : HMI của hệ thống nghiền
Hỡnh V.3e : HMI của hệ thống xuất ximăng