CHƯƠNG 3: CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN & TRUYỀN THÔNG GIAO TIẾP
3.2 Truyền thông giao tiếp
Được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu về trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị cấp trường với các thiết bị cấp điều khiển.
Việc trao đổi dữ liệu chủ yếu thực hiện theo cơ chế Master/Slave, ngoài ra PROFIBUS-DP còn hổ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn, phục vụ tham số hoá, vận hành và chuẩn đoán các thiết các thiết bị trường thông minh.
Các hàm DP cơ sở (trong User Interface layer) chủ yếu phục trao đổi dữ liệu tuần hoàn, thời gian thực thì các hàm DP mở rộng lại cung cấp các dịch vụ truyền số liệu không tuần hoàn như tham số thiết bị, thông tin chuẩn đoán…
3.2.1.1 Cấu hình hệ thống và các chức năng hoạt động a) Cấu hình hệ thống
Số trạm tối đa là 126, DP cho phép sử dụng cấu hình 1 trạm chủ (mono Master) hoặc nhiều chủ (multi Master). Trong cấu hình nhiều chủ, các trạm chủ duy nhất được đưa yêu cầu đến trạm tớ.
Chuẩn DP quy định các nguyên tắc nhằm đảm bảo tính tương thích và khả năng thay thế lẫn nhau của thiết bị. Chúng được xác định thông qua trạng thái hoạt động của các thiết bị chủ.
CLEAR: Trạm chủ lấy thông tin từ các trạm tớ và giữ đầu ra ở vị trí an toàn.
OPERATE: Trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần hoàn với các trạm tớ. Đồng thời trạm chủ cũng thường xuyên gửi thông tin trạng thái của nó tới trạm tớ sử dụng lệnh gửi đồng loạt với các khoảng thời gian đặt trước.
STOP: không truyền số liệu sử dụng giữa trạm chủ và trạm tớ, chỉ để chuẩn đoán.
b) Các chức năng hoạt động
* Trao đổi dữ liệu
- Việc trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ và trạm tớ được thực hiện một cách tuần tự theo quy trình định sẵn. Khi đặt cấu hình cho hệ thống Profibus, ta có thể định nghĩa địa chỉ các trạm tớ cho trạm chủ…
- Trong mỗi chu kì, trạm chủ đọc các thông tin đầu vào lần lượt từ các trạm tớ vào bộ nhớ đệm và truyền các yêu cầu từ bộ nhớ này ra các trạm tớ theo trình tự định sẵn. Mỗi trạm tớ chỉ cho phép truyền/ nhận tối đa 246 byte dữ liệu.
29 - Với các trạm tớ, trạm chủ gửi một yêu cầu và chờ sự trả lời. Thời gian trạm chủ cần để xử lí một lượt danh sách hỏi tuần tự gọi là thời gian chu kì bus. Thời gian chu kì bus phải nhỏ hơn chu kì quét của chu trình điều khiển.
* Đồng bộ hoá dữ liệu
Một thiết bị chủ có thể đồng bộ hoá việc đọc các đầu vào cũng như đặt các đầu ra bằng việc gửi đồng thời các thông báo đồng bộ. Lệnh điều khiển để đặt chế độ đồng bộ cho một nhóm trạm tớ như sau:
+ SYNC: Đưa ra nhóm trạm tớ về chế độ đồng bộ hoá đầu ra. Trong chế độ này, đầu ra của trạm tớ được giữ nguyên ở trạng thái hiện tại cho đến lệnh SYNC tiếp theo. Trong thời gian đó dữ liệu đầu ra được lưu trong vùng nhớ đệm của trạm tớ và chỉ khi nhận được lệnh SYNC tiếp theo nó mới được đưa ra.
+ FREEZE: Đưa một nhóm các trạm tớ về chế độ đồng bộ hoá đầu vào, ở chế độ này các trạm tớ trong nhóm được chỉ định không được phép cập nhật vùng nhớ đệm dữ liệu đầu vào cho tới khi nhận được lệnh FREEZE tiếp theo, trong thời gian đó trạm chủ vẫn đọc giá trị đầu vào từ các trạm tớ.
* Chuẩn đoán hệ thống
Các hàm chuẩn đoán của DP cho phép định vị lỗi một cách nhanh chóng, các thông tin này sẽ được cập nhật ở trạm chủ thông qua hệ thống bus truyền. Các thông báo được chia làm 3 lớp.
Chuẩn đoán trạm: thông báo liên quan đến trạng thái hoạt động chung của trạm.
Chuẩn đoán Module: Thông báo chỉ thị lỗi nằm ở khu vực nào trên Module.
Chuẩn đoán kênh: Nguyên nhân của lỗi thuộc kênh vào/ ra nào của hệ thống.
3.2.1.2 Cấu hình PROFIBUS-DP trên PCS7
a. Cấu hình cho các module vào/ra phân tán trên subnet PROFIBUS-DP
Module vào/ra phân tán đề cập đến hệ thống master, hệ thống này bao gồm DP master và DP slave. Tất cả các thành phần này được kết nối vào bus theo chuẩn giao thức là Profibus DP.
Đối với hệ thống có DP master là các giao diện của S7-300 thì các DP slave là các module phân tán ET200 hay các thiết bị trường khác có giao diện DP.
Vai trò của ET200M
- Trong quá trình vận hành, các thiết bị ở cấp trường hoặc các mô đun phân tán được cung câp dữ liệu. Chính những thiết bị này đã làm giảm đáng kể các khối dữ liệu truyền thông giữa thiết bị trường, mô đun phân tán với các bộ điều khiển PLC.
30 - Trong quá trình cấu hình thiết bị trường các khối đựơc thay thế dễ dàng nhờ vào các khối chức năng dành riêng CFC/FSC chart. Những khối này được cung cấp bởi thư viện các khối thiết bị trưòng của PCS 7 các thiết bị này được quản lý bởi phần mềm quản lý thiết bị trường được tích hợp cho ES. Kết nối redundant đối với ET 200M.
- Trong nhà máy yêu cầu cấu trúc dự phòng (redundant) thì hệ thống các module vào/
ra phân tán ET 200M được sử dụng cho mục đích này thông qua bus profibus-DP. Sử dụng mô đun giao diện IM 153 với năng lực dự phòng ghép nối với ET 200M để thực hiện kết nối tới PLC S7 417H thông qua 2 đường bus profibus DP. Nếu một đường bị lỗi thì hệ thống sẽ tự động chuyển mạch sang đường còn lại (nếu đường này vẫn còn nguyên vẹn) để thay thế.
b. Trao đổi dữ liệu giữa Slave <> Master
Dữ liệu trao đổi giữa DP master và các Simple DP slave, đó là module vào/ra. DP master thăm dò mỗi hệ DP slave, trong việc thăm dò của chủ (master) này nó liệt kê phạm vi của hệ thống DP master và phát tín hiệu ra hoặc nhận tín hiệu vào từ các slave. Địa chỉ vào/ra được quy định bởi hệ thống cấu hình này.
Trong hệ thống PCS 7, profibus-DP được tiêu chuẩn hoá để sử dụng cho kết nối tới các mô đun phân tán, đó là mô đun ET 200M cũng như các thiết bị trường. Profibus DP cho phép kết nối tới 32 trạm trên một đường DP, với tốc độ truyền lên đến 12 Mbps.
Trong một số PC S7 300, S7 400 đã được tích hợp giao diện profibus DP, các PLC còn lại muốn kết nối tới profibus DP phải thông qua các module giao diện CP.
3.2.2 Hệ thống giao diện vận hành OS
Để kết nối hệ thống giao diện vận hành OS (Operator Interface System) hay còn gọi là HMI (Human Mechain Interface) thì việc truyền dữ liệu từ máy tính đến PLC hoặc ngược lại phải thông qua đường truyền kết nối MPI.
Hệ thống có những kiểu sau:
31 - Stand-alone-system: Hệ thống 1 người dùng.
- Multi-user-system: Hệ thống nhiều người dùng.
+ Hệ thống Stand-alone là hệ thống một kênh, hệ thống đó được kết nối tới hệ thống bus thông qua mô đun giao diện CP. Nếu trường hợp nhiều hơn một kênh được yêu cầu, thì vài hệ thống Stand-alone được cung cấp, đây là sự kết nối mềm dẻo trên cùng một hệ thống bus mà mỗi trạm OS làm việc cho chính nó, điều này có nghĩa là không có sự loại trừ lẫn nhau giữa các OS Stand-alone.
+ Multi-user-system: Hệ thống Multi-user bao gồm vài OS client, điều đó có nghĩa là dữ liệu sẽ được cung cấp từ một OS server thông qua terminal bus (bus đầu cuối). Bus này là bus Ethernet, nó độc lập với bus hệ thống và được sử dụng riêng biệt cho những kiểu truyền thông sau:
- OS server ↔ OS client.
- OS server ↔ Engineering system.
- OS server ↔ Host computer.
3.2.3 Ứng dụng trên tàu
Trên con tàu, các PLC được kết nối với nhau theo cấu trúc Master – Slave. Việc kết nối giữa các PLC lại với nhau được thông qua chuẩn truyền thông Profibus-DP.
Đối với PLC ET200S, các PLC muốn kết nối tới profibus DP phải thông qua module giao diện CP được gắn ở phía bên cạnh PLC Master.
Với cách kết nối này, dữ liệu từ PLC Master sẽ được truyền đến các PLC Slave theo 1 đường truyền. Để phân biệt các PLC Slave với nhau thì mỗi PLC sẽ được gán 1 địa chỉ mà người dùng cài đặt sẵn trực tiếp ngay trên PLC Slave. Từ đó máy chủ Master sẽ định chính xác vị trí và số bit mà PLC muốn truy cập.
Địa chỉ PLC Slave toa số 2 là 12 (tương ứng nút switch 00001100 trên PLC), các PLC tiếp theo lần lượt có địa chỉ 13, 14, 15, 16, 17.
Tất cả mọi hoạt động của PLC sẽ được cài đặt bằng phần mềm step 7 trên máy tính.
Máy chủ PLC Master sẽ nhận thông tin và truyền dữ liệu ra các PLC khác.
Để thuận tiện cho việc điều khiển và hiển thị thì màn hình HMI OP77A được thiết lập nhằm mục đích này.
32