Giáo trình Mạng truyền thông trong công nghiệp - Chương 3: Kết nối các thiết bị đo lường và điều khiển trong hệ thống mạng

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

Ch-¬ng 3

KÕt nèi c¸c thiÕt bÞ ®o l-êng vµ ®iÒu khiÓn

trong hÖ thèng m¹ng

3.1. Tæng quan chung

§Ó ®-a ra gi¶i ph¸p kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ trong hÖ thèng m¹ng hîp lÝ thùc

chÊt lµ thùc hiÖn bµi to¸n tÝch hîp. CÇn thiÕt ph¶i xÐt ®Õn c¸c yÕu tè sau:

Bµi to¸n c«ng nghÖ

§©y lµ mét nhiÖm vô quan träng trong tÝch hîp hÖ thèng, cÇn thiÕt ph¶i

cã c¸c hiÓu biÕt s©u s¾c ®Ó lùa chän c¸c gi¶i ph¸p phï hîp, ch¼ng h¹n víi

mét øng dông cã thêi gian ®¸p øng nhanh th× gi¶i ph¸p truyÒn th«ng còng

ph¶i t-¬ng thÝch vµ ng-îc l¹i, do ®ã cÇn n¾m v÷ng c«ng nghÖ tr-íc khi thùc

hiÖn bµi to¸n tÝch hîp

C¸c yÕu tè kü thuËt

Khi thiÕt kÕ hÖ thèng m¹ng còng cÇn quan t©m ®Õn tÝnh æn ®Þnh, kh¶

n¨ng lµm viÖc l©u dµi còng nh- kh¶ n¨ng thay thÕ cña c¸c thiÕt bÞ trong

m¹ng...

VÊn ®Ò kinh tÕ

§©y lµ vÊn ®Ò cùc kú quan träng trong bÊt cø thiÕt kÕ m¹ng nµo. Víi

c¸c yªu cÇu kü thuËt ®Ò ra cã thÓ ®¸p øng b»ng nhiÒu ph-¬ng ¸n nh-ng

ph-¬ng ¸n lùa chän ph¶i lµ ph-¬ng ¸n ngoµi viÖc tho¶ m·n c¸c yªu cÇu vµ

c«ng nghÖ vµ kü thuËt th× ph¶i tho¶ m·n yªu cÇu vÒ kinh tÕ. Ch¼ng h¹n

trong mét nhµ m¸y Xi m¨ng nä hÖ thèng m¹ng dïng cña Siemens víi c¸c

bé ®iÒu khiÓn PLC S7-400 nh-ng tÊt c¶ c¸c Module I/O kÕt nèi víi c¸c bé

®iÒu khiÓn nµy l¹i lµ lo¹i cña S7-300, tho¹t nhiªn chóng ta sÏ rÊt ng¹c

nhiªn, t¹i sao kh«ng ®ång bé ho¸ ??. C©u tr¶ lêi ®ã lµ vÊn ®Ò kinh tÕ

3.2. Giao diÖn m¹ng

Giao diÖn m¹ng lµ mét thµnh phÇn ghÐp nèi chÝnh cña mét thiÕt bÞ víi

m«i tr-êng truyÒn th«ng, trong ®ã c¶ phÇn cøng vµ phÇn mÒm ®Òu cã nhiÖm

vô quan träng. Mét thµnh phÇn giao diÖn m¹ng cã thÓ ®-îc thùc hiÖn ®éc

lËp hoÆc tÝch hîp víi thiÕt bÞ. Card giao diÖn m¹ng cho m¸y tÝnh c¸ nh©n,

module xö lÝ truyÒn th«ng trªn PLC hay c¸c module giao diÖn m¹ng trªn

c¸c I/O ph©n t¸n.

3.2.1. GhÐp nèi PLC (Programable Logic Controller)

§Ó ghÐp nèi c¸c PLC trong m¹ng cã thÓ sö dông c¸c Module truyÒn

th«ng riªng hoÆc trùc tiÕp trªn c¸c CPU cã tÝch hîp s½n c¸c Module giao

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

34

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

diÖn m¹ng. H×nh sau tr×nh bµy vÒ ghÐp nèi cña PLC trong m¹ng:

Ethernet

Bus hÖ thèng

PLC

PS

CPU

IM

DI

DO

AI

AO

Bus tr-êng

H×nh 3.0. Giao diÖn m¹ng cña PLC

3.2.2. GhÐp nèi PC

Giao diÖn trªn PC còng ®-îc thùc hiÖn t-¬ng tù nh- PLC, chóng ®-îc

thùc hiÖn theo c¸c c¸ch sau:

- Card ghÐp nèi qua khe c¾m ISA, PCI...

- Bé thÝch øng m¹ng (Adapter) qua cæng song song vµ nèi tiÕp

- Card PCMCIA

Card giao diÖn m¹ng

Trªn Card th-êng cã bé vi xö lÝ ®¶m nhiÖm chøc n¨ng xö lÝ giao thøc,

tuy nhiªn phÇn xö lÝ nµy cã thÓ lµ toµn bé hoÆc cã san sÎ cïng víi phÇn

mÒm. Tuy nhiªn ®Ó ®¹t ®é tin cËy cao trong c¸c cuéc trao ®æi tin c¸c Card

giao diÖn th-êng ®-îc thiÕt kÕ cã dù phßng.

Bé thÝch øng m¹ng (Adaptor) qua cæng song song vµ nèi tiÕp

Bé thÝch øng th-êng ®-îc sö dông ®Ó chuyÓn ®æi tÝn hiÖu. Ch¼ng h¹n

khi giao tiÕp víi PLC S7-200 th«ng qua cæng truyÒn th«ng RS485 th× cÇn cã

bé chuyÓn ®æi RS485/RS232 ®Ó ghÐp nèi víi PC

Card PCMCIA

§èi víi m¸y tÝnh x¸ch tay kh«ng cã kh¶ n¨ng më réng qua c¸c khe

c¾m, bªn c¹nh ph-¬ng ph¸p sö dông bé thÝch øng m¹ng, cã thÓ ghÐp nèi

qua khe c¾m PCICIA víi kÝch cì t-¬ng ®èi nhá. Ph-¬ng ph¸p nµy thÝch hîp

víi c¸c m¸y lËp tr×nh (PG) dïng ®Ó ®Æt cÊu h×nh, tham sè ho¸ vµ chuÈn

®o¸n hÖ thèng

3.3. GhÐp nèi c¸c thiÕt bÞ trong Simatic

1. C¸c dÞch vô truyÒn th«ng trong Profibus CP.

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

35

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

Trong qu¸ tr×nh trao ®æi th«ng tin dÞch vô truyÒn th«ng ®ãng vai trß rÊt

quan träng, Profibus ®-a ra mét sè dÞch vô truyÒn th«ng nh»m hç trî c¸c

thiÕt bÞ trao ®æi th«ng tin trªn m¹ng. H×nh sau tr×nh bµy vÒ c¸c dÞch vô

trong Profibus CP

H×nh 3.1. C¸c dÞch vô truyÒn th«ng cña Profibus CP

2. Kh¶ n¨ng truyÒn th«ng cña S7

C¸c thiÕt bÞ tham gia m¹ng trong Simatic rÊt phong phó vµ ®a d¹ng vÒ

chñng lo¹i, viÖc kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ nµy ®ßi hái cÇn cã c¸c giao diÖn chung,

®iÒu ®ã còng ¶nh h-ëng ®Õn kh¶ n¨ng truyÒn th«ng cña Simatic.

H×nh 3.2. Kh¶ n¨ng truyÒn th«ng cña Simatic S7

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

36

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

3. TruyÒn th«ng S7 víi Profibus

Nh- ®· tr×nh bµy trªn phÇn tr-íc, Profibus lµ hÖ thèng Bus ®-îc øng dông rÊt

phæ biÕn trong c¸c øng dông cña Simatic, trong ®ã c¸c thiÕt bÞ tham gia trong

m¹ng cã thÓ lµ PLC-S7-300, S7-400 còng nh- c¸c PC vµ PG. CÊu h×nh truyÒn

th«ng cña S7 trong øng dông Profibus ®-îc tr×nh bµy trªn h×nh 5.3

H×nh 3.3. TruyÒn th«ng S7 víi Profibus

4. CÊu h×nh cho ho¹t ®éng cña PG

Thùc chÊt PG lµ mét m¸y tÝnh c«ng nghiÖp, nh-ng vÞ trÝ quan träng cña nã

l¹i chÝnh lµ phÇn mÒm ®-îc cµi ®Æt trong ®ã. §©y lµ c¸c phÇn mÒm cã b¶n quyÒn

nh-: Step 7- V5.2, WinCC ... Nãi chung gi¸ cña c¸c phÇn mÒm nµy v-ît nhiÒu

lÇn gi¸ cña phÇm cøng. Thùc tÕ PG ®-îc dïng lµm c«ng cô ®Ó cµi ®Æt phÇn mÒm,

®Æt l¹i cÊu h×nh cho hÖ thèng còng nh- tham gia vµo tham sè ho¸ chuÈn ®o¸n...

CÊu h×nh ho¹t ®éng cña PG ®-îc tr×nh bµy trªn h×nh 5.4

H×nh 3.4. CÊu h×nh cho ho¹t ®éng cña PG

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

37

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

5. C¸c ®èi t¸c truyÒn th«ng trªn kÕt nèi FDL

ViÖc thùc hiÖn c¸c giao thøc truyÒn th«ng trong Bus tr-êng chØ ®-îc

thùc hiÖn trªn líp lªn kÕt d÷ liÖu (FDL) vµ trªn líp vËt lÝ. ViÖc kÕt nèi c¸c

®èi t¸c truyÒn th«ng trªn kÕt nèi FDL ®-îc chØ ra trªn h×nh 5.5

H×nh 3.5. C¸c ®èi t¸c truyÒn th«ng trªn kÕt nèi FDL

6. C¸c tr¹m Slave cña Siemens vµ c¸c nhµ cung cÊp kh¸c trªn Profibus-DP

Profibus cung cÊp c¸c dÞch vô cho c¸c thiÕt bÞ chñ còng nh- cho c¸c

thiÕt bÞ tí ®Ó trao ®æi th«ng tin trong m¹ng, vÒ nguyªn t¾c c¸c tr¹m tí cña

c¸c h·ng kh¸c nhau hoµn toµn cã thÓ trao ®æi th«ng tin nÕu tu©n thñ c¸c

quy t¾c vµ thñ tôc cña Profibus. H×nh sau m« t¶ m¹ng truyÒn sè liÖu cña c¸c

thiÕt bÞ tí víi c¸c thiÕt bÞ chñ

H×nh 3.6. C¸c Slave cña Siemens vµ c¸c nhµ cung cÊp kh¸c trªn Profibus-DP

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

38

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

7. CÊu h×nh m¹ng cho c¸c DP Slave cho Simatic S7

H×nh 3.7. CÊu h×nh m¹ng cho c¸c DP Slave cho Simatic S7

8. M¹ng trong PCS7

PCS7 lµ hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh næi tiÕng cña Siemens hiÖn nay,

chóng cã nh÷ng tÝnh n¨ng -u viÖt vÒ chÊt l-îng ®o l-êng vµ ®iÒu khiÓn, kh¶

n¨ng linh ho¹t trong c¸c øng dông, tÝnh n¨ng më...

§iÓm mÊu chèt cña hÖ PCS7 hiÖn nay lµ øng dông cña m¹ng truyÒn

th«ng sö dông c¸c giao thøc c«ng nghiÖp, trong ®ã c¸c thiÕt bÞ thùc hiÖn

giao thøc, xö lÝ giao thøc cã thÓ ®-îc nèi trong cïng mét cÊu tróc m¹ng

hoÆc trong cÊu tróc m¹ng kÕt hîp vµ thùc hiÖn c¸c giao thøc cïng lo¹i hoÆc

kÕt hîp. Vµ tÊt nhiªn sÏ cã c¸c thiÕt bÞ ®Ó thùc hiÖn viÖc chuyÓn ®æi giao

thøc ®ã. H×nh sau vÝ dô vÒ cÊu h×nh Simatic cña PCS7

H×nh 3.8. CÊu h×nh Simatic trong PCS7

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

39

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

a) Tr¹m thiÕt kÕ kü thuËt trong PCS7 (ENG)

Tr¹m nµy dïng víi nhiÒu môc ®Ých nh-: §Þnh nghÜa c¸c kÕt nèi trong

n¨ng can thiÖp trong hÖ PCS7 cña ENG ®-îc tr×nh bµy trªn h×nh sau:

H×nh 3.9. Tr¹m thiÕt kÕ kü thuËt trong PCS7 (ENG)

H×nh sau m« t¶ kÕt nèi Bus hÖ thèng trong PCS7 gi÷a c¸c thiÕt bÞ Simatic

H×nh 3.10. KÕt nèi Bus hÖ thèng trong PCS7

Mét cÊu h×nh m¹ng ®iÓn h×nh sö dông m«i tr-êng truyÒn dÉn c¸p

quang lµ sö dông cÊu tróc m¹ng vßng lÆp khÐp kÝn. Trong hÖ thèng m¹ng

cña Simatic th-êng sö dông cÊu h×nh cã dù phßng (Redandancy) nh»m

®iÖn /quang vµ quang/®iÖn trong Simatic lµ OLM (Optical Link Module).

H×nh 5.11 m« t¶ kÕt nèi nµy

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

40

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

H×nh 3.11. KÕt nèi vßng lÆp khÐp kÝn cã dù phßng

Trong mét sè øng dông ®ßi hái ®é tin cËy cao viÖc sö dông c¸c PLC cã

sù phßng sÏ lµm t¨ng ®é tin cËy. H×nh 5.12 tr×nh bµy vÒ cÊu h×nh dù phßng

cña PLC

H×nh 3.12. CÊu h×nh PLC cã dù phßng

Ngoµi viÖc kÕt nèi cã dù phßng sö dông OLM, Simatic cßn ®-a ra gi¶i

truyÒn th«ng trong m¹ng. CÊu h×nh nµy ®-îc tr×nh bµy trªn h×nh 5.13

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

41

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

H×nh 3.13. CÊu h×nh m¹ch vßng sö dông OSM

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

42

Chæång 3. Kãút näúi caïc thiãút bë âo læånì g vaì âiãöu khiãnø trong hãû thäúng manû g

KÕt nèi c¸c thiÕt bÞ tr-êng lªn c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ®-îc tr×nh bµy trªn

h×nh 5.15. Trong ®ã c¸c thiÕt bÞ tr-êng cã thÓ ®-îc kÕt nèi theo c¸c giao

thøc kh¸c nhau

H×nh 3.15. KÕt nèi c¸c thiÕt bÞ tr-êng lªn cÊp ®iÒu khiÓn

TruyÒn th«ng trong Profibus gi÷a DP vµ PA ®-îc tr×nh bµy trªn h×nh sau:

H×nh 3.16. TruyÒn th«ng gi÷a Profibus-DP vµ PA

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

43