Giáo trình Mạng truyền thông trong công nghiệp - Chương 4: Giới thiệu hệ thống Simatic PCS 7
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
CHƯƠNG 4
GIỚI THIỆU HỆ THỐNG SIMATIC PCS 7
4.1 Các thuật ngữ cơ bản:
4.1.1 Truyền thông (communications):
Truyền thông để chỉ sự truyền dữ liệu giữa hai hoặc nhiều thành phần
truyền thông với nhau, trong truyền thông người ta có thể gọi đây là cộng sự
(communications partner). Trao đổi ở đây có thể là lấy hoặc gởi thông tin, trạng
thái, tín hiệu…
Qúa trình truyền thông có thể xảy ra ở nhiều đường truyền khác nahu như:
cổng truyền thông được tích hợp cùng với CPU; bộ xử lý truyền thông riêng còn
gọi là CP (communications processor); ngoài ra người ta còn hay sử dụng từ
Node để thay thế cho các thành phần này. Xem ví dụ ở hình bên dưới:
Hình 4.1 Các thành phần trong truyền thông
4.1.2 Hệ thống truyền thông có dự phòng (Redundant Communication
System):
Là hệ thống có độ dự trữ có thể tăng lên gấp đôi đôi khi có thể gấp ba lần
ở tại một số CPU, nguồn cung cấp cho hệ thống điều khiển hoặc môi trường
truyền thông (các bus truyền).
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
44
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Các cơ chế giám sát và đồng bộ hóa sẽ được đảm bảo nếu có một thành
phần bị lỗi thì sẽ có một thành phần khác thay thế ngay (tùy theo mức độ dự
phòng) mà không nhất thiết phải dừng
b. Dự phòng Server, CPU AC800 và các bus
truyền thông trong kết nối của ABB
a. Dự phòng CPU và bus truyền
thông trong kết nối của S7 400H
hệ thống để xử lý, chỉ cần tách ra và
khắc phục thành phần bị lỗi sau đấy đưa hệ thống trở lại hoạt động như quá trình
cài đặt ban đầu (ví dụ các S7 400H của Siemens hay AC800M của ABB có cơ
chế này).
Việc dự phòng này ở các cấp độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ quan
trọng của hệ thống, thực tế người ta có thể chia ra các cấp độ như sau:
- Độ dự phòng nóng (Host Standby): thời gian chuyển mạch < 10 ms.
- Độ dự phòng ấm: 10 ms < thời gian chuyển mạch < 100 ms.
- Độ dự phòng lạnh (nguội): dự phòng dạng này phải ngừng hệ thống trong
khoảng thời gian ngắn để thay thế thiết bị.
Truyền thông có tính khả dụng (sẵn sàng) cao (High - Availability
communication)
S7 400H là ví dụ minh họa trong kết nối truyền thông kiểu này. Truyền thông
này mang lại độ tin cậy, tăng năng suất trong sản xuất, giảm thời gian dừng máy
khi bảo dưỡng hai khắc phục sự cố… Ngược lại giá thành đầu tư rất cao.
4.1.3 Các nút (node) dự trữ:
Ngoài các vấn đề dự phòng về nguồn (PS), CPU, bus, CP còn có dự phòng
về nút. Kiểu dự phòng này được thực hiên trong những hệ thống có độ dự phòng
rất cao để phục vụ cho việc thay thế hoặc nâng cấp. Khi sự cố ở nút mạng nào đó
thì không làm ảnh hưởng đến các nút khác trong mạng.
4.1.4 Trạm (Station):
Trạm là một thiết bị kết nối vào trong một subnet nào đó hay là sự liên kết
giữa các subnet với nhau (Gateway sử dụng PLC hoặc PC), nó phải có riêng một
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
45
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
địa chỉ khi kết nối vào trong mạng. Ví dụ trạm ở đây có thể là: PC, PLC, PG, OP,
TD, CP…
4.1.5 Mạng con (subnet):
Subnet là toàn bộ các thành phần vật lý, chuẩn, giao thức, dịch vụ đồng
nhất để thực hiện một kết nối thống nhất để phục vụ cho việc trao đổi và quản lý
dữ liệu.
Các kết nối giữa các trạm nối vào subnet không đi qua gateway. Một
subnet được coi là một môi trường truyền thông. Ví dụ như subnet đó là: MPI,
Profibus, Ethernet, Modbus . . .
Mỗi subnet có một subnetID duy nhất.
Hình 4.2 Ví dụ minh về các subnet và các liên kết giữa chúng
Hình x.x có ba subnet (1 subnet MPI, 2 subnet Profibus DP), các S7 400
làm nhiệm vụ điều khiển và quản lý hai subnet Profibus DP vừa làm nhiệm vụ
của gateway để liên kết ba subnet lại với nhau.
4.1.6 Mạng (Network):
Mạng bao gồm một hoặc nhiều subnet (cùng loại hoặc khác loại) liên kết
lại với nhau. Ví dụ trên các hình 4.1, 4.2 gọi là mạng.
4.1.7 Gateway:
Gateway là thiết bị sử dụng để kết nối các subnet lại với nhau. Nó có thể
liên kết các subnet giống hoặc khác nhau. Như vậy mạng có nhiều hơn một
subnet thì cần phải có gateway. Ví dụ những gateway sau đây thường được sử
dụng:
- Modul E/P được sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Ethernet và
Profibus DP.
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
46
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
- Modul IM 157 sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Profibus DP và
Profibus PA.
- DP/AS-i Link sử dụng để liên kết IM 157 sử dụng để liên kết hai subnet khác
nhau là Profibus DP và AS-i.
- Gateway 3WN6 thiết bị sử dụng để chuyển mạch trong Profibus DP.
- ET 200U DP/FMS sử dụng để liên kết hai subnet khác nhau là Profibus DP và
Profibus FMS.
Ngoài ra các modul CP, PLC và PC đôi khi cũng đóng vai trò của một
gateway. Xem hình ví dụ bên dưới:
Hình 4.3 Lên kết giữa Profibus DP và Profibus PA sử modul IM 157
4.1.8 Bộ định tuyến (Routing ):
Những gateway cần có thông tin để xác định đường đi qua các kết nối từ
subnet này sang các subnet khác. Trong khung truyền đấy là một bảng chỉ đường
(routing table) để xác định địa chỉ đích là các cộng sự truyền thông
(communications partners). Chính cơ chế này của nó mà người ta gọi nó là
routing (định tuyến).
Có hai loại routing đó là routing tĩnh và routing động (routing thích nghi).
Đối với các routing tĩnh thì các thông tin trong bảng (routing table) là không đổi,
nó làm nhiệm vụ chỉ dẫn để đi đến các subnet kế. Đối với routing động thì các
tham số trong đó sẽ thay đổi nếu có sự tham gia vào hoặc cắt bớt cộng sự truyền
thông trong mạng một cách tự động. Tính năng này rất quan trọng đối với một số
nhà máy sản xuất có tính chất liên tục hạn chế tối đa thời gian và số lần dừng hệ
thống, ví dụ như nhà máy thép; nhà máy điện; nhà máy xi măng; nhà máy lọc
dầu…
4.1.9 Khách/chủ (Client/server):
Khái niện về Khách/chủ đưa ra nhằm để xác định chức năng sử dụng hay
quản lý dữ liệu. Việc này giúp cho việc phân định công việc một cách rõ ràng, dễ
tích hợp, bảo dưỡng và nâng cấp hơn. Tăng được hiệu suất công việc, giảm giá
thành tích hợp và tối ưu hóa thời gian thực thi công việc, điều này cũng có nghĩa
là tính năng thời gian thực (real-time) cũng sẽ được cải thiện hơn.
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
47
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Server:
Trách nhiệm của Server là quản lý, lưu trữ dữ liệu, đảm bảo các dịch vụ
truyền thông, cấu trúc và số lượng kết nối. Nâng cao độ tin cậy trong hệ thống
(tính khả dụng).
Client:
Chức năng chủ yếu của client là sử dụng thông tin, ngoài ra còn có xử lý
thông tin để giảm bớt gánh nặng cho Server (tính năng này là hầu hết trong các
mạng TTCN). Giúp cho Server dễ dàng hơn trong việc truy cập hệ thống mà
không cần phải phân bố chi tiết thời gian, dữ liệu…
4.1.10 Chủ/tớ (Master/Slave):
Khái niệm chủ tớ thường rất hay gặp khi tiến hành tích hợp mạng TTCN.
Chúng ta có thể liên tưởng đến quan hệ giữa Cleint/Server ở trên nhưng khái
niệm Master/Slave ở cấp độ nhỏ hơn nhiều. Ví dụ trong kết nối giữa PLC S7300
hoặc S7 400 với các mô đun phân tán ET 200 thông qua subnet Profibus DP thì
CPU của PLC đóng vai trò là Master còn các mô đun phân tán ET 200 là các
Slave.
4.2 Giới thiệu các phần mềm thuộc gói phần mềm STEP 7:
Trước khi bắt đầu với phần mềm này chúng ta đi tổng quan về gói phần
mềm STEP 7. Trong đó có các phần mềm sau:
- Configure SIMATIC Workspace
- Converting S5 file
- LAD, STL, FBD - Programming S7 Blocks
- Memory Card Parameter Assignment
- PID Control Parameter Assignment
- S7 - GRAPH - Programming Sequential Control System
- S7 - DIAG - Configurating Proccess Diagnotics
- Setting the PG-PC Interface
- TI 405 - S7 Converting TI File
- TI 505 - S7 Converting TI File
- NetPro - Configuring Networks
4.2.1 Configure SIMATIC Workspace:
Ở đây, bạn có thể cài đặt “SIMATIC STEP 7 Workstation” để chuẩn bị
cho quá trình làm việc với các dự án của STEP 7 và các STEP 7 Workatation
khác.
- Workstation có hai loại:
+ Single Terminal: với cài đặt này, bạn chỉ làm việc được trên duy nhất
một dự án STEP 7.
+ Multi - Terminal System: với việc cài đặt này, những dự án của bạn có
thể được soạn thảo từ tập hợp nhiều Workstation khác nhau. Dự nán đó
thông thường nằm trên File của Server hoặc trên một nhóm Workstation.
Tất cả các station trong nhóm (workgroup) có thể truy cập vào nó.
- Chuẩn giao thức được sử dụng để thiết lập một hệ thống với Multi - terminal,
các chuẩn giao thức này là “ngôn ngữ” chung chung để truyền thông giữa các
Workstation với nhau. Các cài đặt với chuẩn giao thức nên tuân theo tiêu chuẩn
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
48
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
chung thống nhất của quốc tế. Có các chuẩn sau đây được thiết lập cho hệ thống
mạng của bạn thông qua phần mềm này:
+ NetBIOS
+ IPX/SPX
+ TCP/IP (với cài đặt này sẽ có một cấu hình TCP/IP cho Multi - User
được thiết lập)
- Trong hệ thống Multi - User (hay Multi - terminal) bao gồm các thành phần
chính là DB server và DP client.
+ DB server: chỉ sử dụng địa chỉ “host”
Khi thiết lập địa chỉ cho DB server, phần mềm đã mặc định cho
nên bạn không cần phải tạo ra địa chỉ mới hoặc là đưa thêm địa chỉ nào
nữa. DB server sẽ sử dụng tất cả các địa chỉ IP tiện lợi này.
Nếu nhiều hơn một mạng được thiết lập, bạn có thể đưa địa chỉ
“host” cho những mạng đó và lúc đó các DB server nên làm việc độc lập.
+ Ví dụ cho truyền dữ liệu với khoảng cách dài (long - distance):
Nếu DB server hoạt động trong mạng với khoảng cách dài, đầu tiên
bạn phải dừng DB server trước khi thực hiện việc kết nối và lú đó bạn
đảm bảo rằng các kết nối phải đảm bảo tuân theo chuẩn giao thức TCP/IP.
Tốt nhất là các địa chỉ mà bạn ấn định trong mạng nên quản lý trên
một file nào đó để tiện cho việc quản lý để tránh sự nhầm lẫn và trùng lặp.
Bạn nên lưu ý đến chức năng “default setting” của phần mềm trong quá
trình định địa chỉ cho các DB client.
Hình 4.4 Thiết lập địa chỉ host cho DB server
Cấu trúc IP xem thêm trang 20 trong giáo trình thiết kế và xây dựng
mạng LAN và WAN.
- Cấu hình của Multi - User trong mạng:
Với STEP 7, bạn có thể làm việc trong môi trường Windows 2000/XP và
NT/2000 server. Tương ứng với mỗi Workstation bạn có thể làm việc tương ứng
với các Project ở những dạng sau:
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
49
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
+ Project trên một Workstation nào đó cũng co thể được sử dụng bởi các
Workstation khác. Xem ví dụ ở hình 4.5, Workstation 1 và Workstation
2 truy cập vào Project A trên Workstation 1.
+ Các Workstation khác vó thể truy cập vào Project trên server. Xem ví dụ
ở hình 4.5, Workstation 1 và Workstation 2 có thể truy cập vào Project C
trên server của mạng đó.
+ Các Project là được phân bố tại các Workstation hay server trong mạng
có một hoặc nhiều hơn một server. Xem ví dụ ở hình 4.5, Workstation 1
và Workstation 2 có thể truy cập vào các Project A, B, C.
Hình 4.5 Nhóm server chạy trên hệ điều hành Window NT
4.2.2 Converting S5 file:
Phần mềm này có chức năng chuyển đổi các File được soạn thảo trên
STEP 5 (thế hệ cũ) sang dạng File khác mà File đó hoàn toàn có thể soạn thảo lại
và có thể làm việc được trong môi trường STEP 7.
Với một những thao tác đơn giản là:
- Khởi động phần mềm Converting S5 file
- Vào File/Open
- Chọn File S5 mà bạn muốn chuyển đổi
4.2.3 LAD, STL, FBD - Programming S7 Blocks:
Trên phần mềm này chúng ta có thể tạo lập các Project cho PLC S7 - 300
hoặc S7 - 400 bằng một trong 3 ngôn ngữ LAD, STL, FBD. Ngoài ra chúng có
thể khởi động phần mềm này từ SIMATIC Manager.
4.2.4 Memory Card Parameter Assignment:
Ở đây bạn có thể chỉ định được giao diện mà thiết bị lập của bạn có thể sử
dụng để lưu trữ “chương trình người sử dụng” trên card nhớ cho PLC thuộc S7.
4.2.5 PID Control Parameter Assignment:
Trên phần mềm này giúp chúng ta thiết lập các quá trình điều khiển vòng
kín còn gọi là PID cho các ứng dụng điều khiển ổn định. Việc thiết lập chương
trình này dựa vào hai khối:
+ OB41 có chức năng điều khiển liên tục (continuou)
+ OB42 có chức năng điều khiển mức (step)
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
50
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
4.2.6 S7 - GRAPH - Programming Sequential Control System
Phần mềm này ứng dụng cho các chương trình mà có giải thuật (thuật
toán) dưới dạng tuần tự (Sequential) viết dưới dạng graph mà chúng ta thường
hay gọi là ngôn ngữ grafcet (tham khảo chương 1 thuộc giáo trình điều khiển
Logic). Nó là một dạng ngôn ngữ lập trình tiện lợi bên cạnh 3 ngôn ngữ lập trình
cơ bản cho PLC S7 mà chúng ta thường hay gặp. Tiện lợi ở chỗ là chương trình
ngắn gọn, hoàn toàn bằng đồ họa, có thể chuyển một cách dễ dàng tương ứng từ
dạng lưu đồ thuật toán…
Ví dụ về việc quan sát trạng thái tín hiệu của các địa chỉ thuộc vùng nhớ
vào, ra và các bit nhớ ở các vùng khác:
Hình 4.6 Mô tả bước chuyển trạng thái của chương trình trên GRAPH
Trong bước trên, trạng thái của tín hiệu trong quá trình hoạt động của
chương trình là được hiển thị. Trạng thái của tín hiệu tương ứng với các địa chỉ
(vào, ra và các địa chỉ nhớ khác) là được xác định tại vị trí những dấu chấm hỏi
(???) của các hoạt động một cách riêng lẻ. Điều này có nghĩa là không hoàn toàn
các hoạt động của các bước là được hiển thị. Đặc biệt các địa chỉ dạng Boolean là
được hiển thị trong trạng thái này. Giá trị các địa chỉ khác được hiển thị chi tiết
trong của sổ của bảng địa chỉ. Nếu có khóa liên động được gọi thì khóa đấy
không hiển thị trạng thái. Bên dưới là một ví dụ để mô tả việc lập trình tuần tưh
thông qua ngôn ngữ lập trình Graph này. Phần này sẽ được trình bày kỹ hơn
trong các chuyên đề điều khiển các quá trình công nghệ!
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
51
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
4.2.7 S7 - DIAG - Configurating Proccess Diagnotics
S7 PDIAG được sử dụng để tạo ra những định nghĩa lỗi, tạo cho người sử
dụng tiện lợi trong quá trình giám sát hệ thống. Qúa trình chuẩn đoán này sẽ xác
định kiểu thông tin về lỗi, vị trí lỗi và các cảnh báo của lỗi. Những dữ liệu của
chuẩn đoán là thông tin quan trọng giúp cho việc xử lý sự cố. Những thuận lợi
mà chương trình này mang lại:
- Lỗi quá trình (Process errors) có thể được nhận ra rõ ràng và nhanh
chóng.
- Giảm bớt thời gian dừng hệ thống do lỗi do đó sẽ tăng được năng suất.
- Những thhông tin rõ ràng được tạo ra cho quá trình xử lý sự cố
(troubleshooting) làm cho quá trình xử lý sẽ trở nên dễ dàng hơn.
- Tuổi thọ của hệ thống được tăng lên đáng kể.
4.2.8 Setting the PG-PC Interface
Bất cứ máy tính nào tham gia vào mạng đòi hỏi phải có một giao diện
mạng được thiết lập. Phần mềm này sẽ giúp người sử dụng tạo ra những giao
diện để thực hiện các kết nối tương ứng vào các mạng khác nhau như (PPI, MPI,
PROFIBUS, ETHERNET…).
4.2.9 TI 405 - S7 Converting TI File
Chương trình TISOFT405 được lưu trữ một hoặc nhiều file. Những file
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
52
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
này được định dạng trong một thư viện của DOS. Chúng không phải là những
file văn bản. Việc lưu trữ NAME của chương trình TISOFT405 là được liên kết
với một file NAME.VPU. Những file khác như là NAME.CMT cũng được liên
kết với chương trình NAME.
Qúa trình chuyển đổi đòi hỏi phải đọc thông tin từ các file liên kết và tạo
ra những file text tương đương với những lệnh của STEP 7. Như vậy đầu ra của
các file text là đầu vào của STEP 7 Program Editor. Ban đầu sau khi chuyển,
chương trình này ở dạng statementlist, sau đó chúng ta có thể chuyển sang dạng
LAD hoặc FBD nếu có thể.
Như vậy chương trình này chỉ có ý nghĩa khi các bạn muốn chuyển file
được thiết lập trên những PLC quá cũ tại các nhà máy mà sử dụng thiết bị của
hãng Siemens (có thể xem như là “đời” STEP 4) sang ngôn ngữ lập trình STEP 7
để có thể thao tác trực tiếp như: thay đổi địa chỉ, nâng cấp chương trình hay nâng
cấp CPU…
4.2.10 TI 505 - S7 Converting TI File
Chương trình này cũng có mục đích giống như chương trình được trình
bày ở mục 4.2.1.9 nhưng đối với “đời” STEP 5.
4.2.11 NetPro - Configuring Networks
Chương trình này là chương trình quan trọng nhất trong tất cả các chương
trình được nêu ra trên đây. Nó giúp cho chúng ta có thể thiết lập cấu hình của
mạng truyền thông (SCADA hoặc DCS) sử dụng các thư viện thiết bị và chuẩn
giao thức đã được xây dựng sẵn trên đó. Phần này sẽ trình bày kỹ trong chương
5.
4.3 Mô hình hệ thống PCS 7:
Có thể nói PCS 7 là một triết lý về một hệ thống điều khiển, nó tạo ra
những ứng dụng cho bộ điều khiển logic lập trình được (PLC), ứng dụng cho hệ
thống xử lý quá trình. Nó là hệ cơ bản của SIMATIC S7.
PCS 7 là một hệ thống chuẩn về cấu trúc do đó có thể xây dựng một hệ
thống có giải pháp tự động ở cấp thấp, trung bình hoặc cấp cao. Từ cấp đơn giản
đến cấp phức tạp nhất mà các nhà máy yêu cầu. Nói chung PCS 7 là hệ thống tự
động hóa quá trình mềm dẻo, cung cấp giải pháp một cách tùy chọn cho người sử
dụng.
Điều này sẽ mang lại những ưu điểm nổi bật như:
- Cùng một phần cứng sử dụng trong nhà máy về PLC và điều khiển quá
trình.
- SIMATIC 7 đề cập đến sự kết hợp để tạo nên một hệ thống Tự động hóa
diện rộng.
- Sự phân bố của hệ SIMATIC 7 trên toàn thế giới là một minh chứng cho
việc lắp đặt, dịch vụ và bảo dưỡng của nó.
- Tính an toàn cao và đồng bộ.
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
53
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Hình 4.7 Mô hình mẫu của hệ thống PCS 7
4.3.1 Trạm Engineering System (ES):
Từ trạm ES này, người sử dụng có thể thiết lập, thay đổi các thông số của
các trạm được kết nối vào trong mạng. Thường trong các nhà máy cỡ trung bình
và lớn đều có các trạm ES này. Ngoài những chức năng trên, trạm ES còn có thể
chạy các gói phần mềm cấu thành nên trạm OS.
SIMATIC PCS 7 cung cấp một giải pháp ES toàn diện cho việc thiết lập
cấu hình cho tới giám sát hệ thống PCS, hỗ trợ cho việc xử lý các dự án nhà máy
và mạng diện rộng.
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
54
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Hình 4.8 Giới hạn mà trạm ES có thể quản lý được
4.3.2 Hệ thống giao diện vận hành OS (Operator Interface System):
Trong hệ thống PCS 7, giao diện vận hành hay còn gọi là HMI (Human
Mechain Interface) cơ bản là trên WinCC (Windows Control Center). Hệ thống
có những kiểu sau:
- Stand-alone-system
- Multi-user-system
Hình 4.9 Mô hình kết nối của hệ thống Stand-alone và Multi-user
Ø Stand-alone-system:
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
55
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
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.
Hình 4.10 Kết nối giữa hai OS Stand-alone trên cùng hệ thống bus
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:
Hình 4.11 Cấu hình của hệ thống Multi-user
- OS server ↔ OS client
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
56
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
- OS server ↔ Engineering system
- OS server ↔ Host computer
OS server chịu trách nhiệm trao đổi dữ liệu giữa PLC với các OS client,
đồng thời có nhiệm vụ lưu trữ phân chia nhiệm vụ, mức độ truy cập …
Hệ thống Multi-user là cấu hình cơ bản của client-server. Dựa theo
nguyên tắc cấu hình của client-server, OS của PCS 7 có thể được cầu hình theo
các nguyên tắc sau:
- Client hoặc
- Multiclient
là tùy thuộc vào yêu cầu.
§ Kiến trúc Client-Server: là kiến trúc được cấu thành bởi vài OS client trên
một OS server. Server đó chịu trách nhiệm tryuền thông với các PLC thông qua
bus hệ thống. Một OS server của hệ thống PCS 7 có thể cung cấp tới 16 OS
client. Server này cũng có thể được cấu hình theo hệ dự phòng (redundant).
§ Kiến trúc Server - Multi-Client: Multi-client là những client có thể truy cập
dữ liệu (dữ liệu dự án, giá trị của các biến quá trình hay nhật ký vận hành) đồng
thời của vài OS server khác nhau. Ngoài ra cũng còn có thể cấu hình theo dữ liệu
cục bộ (có nghĩa là chỉ cung cấp được cho vài OS client nhất định). Các Server
này cũng có thể được cấu hình theo hệ dự phòng (redundant).
§ Hệ thống phân tán (Distributed System): Kiến trúc multi-client cũng có thể
tạo ra một hệ thống phân tán trên các server, nghĩa là nhiệm vụ của các server có
thể đảm nhiệm theo từng công đoạn của nhà máy (trong trường hợp đối với
những nhà máy lớn). Hệ thống phân tán này tương xứng với hệ thống cấp bậc
trong cấu hình PLC. Điều thuận lợi của hệ thống phân tán là mỗi công đoạn của
nhà máy được hoạt động độc lập, kết quả là nó tạo nên những hệ thống có tác vụ
điều khiển lớn và phức tạp hơn nhiều so với các hệ thống thông thường (ví dụ
như nhà máy lọc hóa dầu, xi măng…). PCS 7 hỗ trợ multi-client truy cập lên tới
6 server, trong đó một server có thể đảm nhiệm tới 16 client hoặc multi-client.
Những stand-alone và multi-client có thể sử dụng cùng với nhau.
Ø Phần mềm điều khiển quá trình trên các OS:
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
57
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Phần mềm điều khiển quá trình được tạo ra bằng cách sử dụng WinCC.
Phần mềm này cung cấp các chức năng cho những tác vụ điều khiển quá trình
hoàn hảo. Điều này sẽ tiết kiệm rất nhiều thời gian cho các kỹ sư hệ thống.
Hình 4.12 Màn hình giao diện trên OS client thông qua WinCC
4.3.3 Bus hệ thống sử dụng với PCS 7:
Hệ thống điều khiển quá trình PCS 7 SIMATIC sử dụng các mạng truyền
thông công nghiệp SIMATIC NET. Tất cả các sản phẩm SIMATIC NET đã và
đang được phát triển một cách đặc biệt cho các ngành công nghiệp. Chúng đã
được chúng minh những khả năng đặc biệt của mình dưới tác động của điện từ
trường, sự xâm hại của chất lỏng và áp suất, môi trường ô nhiễm, chất hóa học ...
Những bus hệ thống từ họ gia đình SIMATIC NETWORK với hệ thống
điều khiển quá trình PCS 7:.
- Fast Industrial Ethernet
- Industrial Ethernet (SINEC H1)
- PROFIBUS (FMS)
- PROFIBUS-DP
- PROFIBUS-PA
- AS-Interface
Hệ thống các bus này dựa trên cơ sở truyền thông tin bằng tín hiệu điện và
quang, Những môi trường sau đây được sử dụng với PCS 7:
- Cáp đôi dây vặn xoắn ITP (Industrial Twisted Pair)
- Cáp đồng trục (Triaxial/coaxial cable)_Chỉ sử dụng cho Ethernet
10Mbps
- Cáp quang (Fiber-optic cable)
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
58
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Bus hệ thống được xem như đường xương sống của hệ thống điều khiển
quá trình (vì nó kết nối tất tất cả các thành phần như PLC, ES, OS). Các bus hệ
thống nổi bậc:
- Fast Industrial
- Industrial Ethernet
- PROFIBUS
Sự thay đổi kiểu bus, kiến trúc, môi trường được hỗ trợ một cách mềm
dẻo. Các thông số cơ bản trên các hệ thống bus này:
- Số trạm kết nối từ hai đến vài trăm trạm
- Khoảng cách từ 50 m đến 150 km
- Tốc độ từ 1.5 Mbps đến 100 Mbps
- Chịu được nhiễu điện từ và tiếng ồn
- Có thể kết nối theo hệ dự phòng (redundancy)
Ø Industrial Ethernet:
Industrial Ethernet (SINEC H1) là bus hệ thống dự kiến cho SIMATIC
PCS 7. Industrial Ethernet dựa theo chuẩn IEEE 802.3. Với tốc độ truyền dữ liệu
lên tới 10 Mbps với vài trăm trạm có thể được kết nối vào bus này.
Bus Industrial Ethernet có thể được kết nối với các thành phần của hệ
thống PCS 7 như sau:
- Các PLC (thông qua mô đun giao diện truyền thông CP 343-1 đối với S7
300 hoặc CP 443-1 đối với S7 400)
- OS Server, stand-alone OS, ES, client thông qua giao diện là card mạng
CP 1613
Mô đun OLM (Optical Link Module):
OLM rất thuận lợi trong cấu hình mạng Ethernet công nghiệp. Nó cho
phép bạn kết nối kiến trúc mạng một cách mềm dẻo thông qua 3 kết nối đôi dây
vặn xoắn ITP (industrial twisted pair) và hai kết nối cáp quang (fiber-optic
cable). Thông qua bộ OLM này bạn có thể tạo ra các kết nối dự phòng để nâng
cao độ an toàn của hệ thống thông qua các kết nối điện hoặc quang, sau đây là
Hình 4.13 Kết nối sử dụng mô đun OLM trong hệ thống redundant Ethernet
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
59
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
một ví dụ:
Ngoài Ethernet ra còn có Fast Ethernet, trong bus này tốc độ truyền dữ
liệu có thể thay đổi từ 10 Mbps đến 100 Mbps. Phương thức truy cập mạng theo
CSMA/CD và số trạm kết nối vào bus này là không giới hạn. Các môi trường
truyền thông đối với bus này cơ bản giống như Ethernet
Công nghệ chuyển mạch với OSM (Optical Switch Modules):
Cấu hình chính của mạng Fast Ethernet cơ bản dựa trên môi trường quang
học. OSM cho phép bạn cấu hình cho mạng Ethernet công nghiệp với công nghệ
chuyển mạch trong môi trường ITP (tốc độ truyền lên đến 10 Mbps) và trong môi
trường quang học (tốc độ lên tới 100 Mbps). Việc sử dụng OSM làm đơn giản và
thuận tiện trong vấn đề cấu hình mạng mở rộng. Trong cùng một khoảng thời
gian bạn có thể bổ sung một số lượng lớn các mạng với nhiều trạm mà không gặp
phải vấn đề khó khăn nào. Một OSM có 6 terminal cho cáp đôi dây vặn xoắn và
2 terminal cho cáp quang (OSM mô tả ở đây với version 2, còn các version tiếp
theo bạn đọc có thể tra cứu thêm khi sử dụng nó).
Hình 4.14 Mô tả kết nối sử dụng mô đun OSM trong hệ thống redundant Ethernet
Chúng ta có thể phối hợp giữa mô đun OLM với mô đun OSM trong hệ
thống dự phòng dạng vòng với nhiều cấp bậc, dưới đây là ví dụ về sự phối hợp
này:
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
60
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Hình 4.15 Hệ thống cấp bậc có sự phối hợp giữa OLM và OSM
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
61
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Ø Frofibus:
Sử dụng bus Frofibus làm bus hệ thống cho những ứng dụng có cấp độ từ
nhỏ đến trung bình với yêu cầu chất lượng điều khiển khá cao. Việc sử dụng
Frofibus làm bus hệ thống bạn có thể kết nối tới 9 nút/trạm tới PCS 7.
Tốc độ truyền dữ liệu trong bus này từ 9.6 kbps đến 1.5 Mbps, chuẩn giao
thức sử dụng trên bus Profibus là FMS
Tất cả các thành phần của PCS 7 đều có thể được kết nối tới bus hệ thống
Profibus dựa trên các phương thức sau:
- Trung tâm điều khiển logic lập trình được (PLCs) thông qua mô đun
giao diện CP 343-3 (đối với S7 300) và CP 443-5 đối với S7 400
- OS và ES thông qua card giao diện CP 5412 A2
Môi trường truyền thông:
- Đôi dây vặn xoắn
- Cáp quang (có sự kết hợp với mô đun OLM)
Để tăng độ tin cậy cho hệ thống, kết nối redundant cũng có thể được thực
hiện trong bus này.
4.3.4 Kết nối bus trường (Field Bus) trong hệ thống PCS 7:
Nhu cầu về sự trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển logic khả trình
với các thiết bị vào/ra phân tán cũng như các thiết bị trường thông minh là rất
lớn, hệ thống các bus trường đã làm giảm thời gian và độ phức tạp cho các kỹ sư
hệ thống trong quá trình lắp đặt, bảo dưỡng và khắc phục sự cố. Nó rất thuận lợi
trong truyền thông số cũng như mang đến các giải pháp cao cho việc đo lường
các giá trị, năng lực chuẩn đoán hệ thống, ấn định các giá trị từ xa. Có các bus
trường sau:
- Profibus-DP
- Profibus-PA
- AS-Interface
- HART (Highway Addressable Remote Transducer)
Hình 4.16 Kết nối hệ thống các bus trường trong PCS 7
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
62
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7
Bạn có thể lựa chọn bus trường một cách mềm dẻo tùy theo yêu cầu ứng
dụng của bạn. Với Profibus-PA được tạo ra để phục vụ cho những nơi có môi
trường nguy hiểm (nhiệt độ và áp suất cao).
Ø Profibus-DP:
Trong hệ thống PCS 7, Profibus-DP được tiêu chuẩn hóa 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 bạn kết nối tới 32 trạm trên một đường DP (DP-
line), với tốc độ tuyền lên đến 12 Mbps.
Trong một số PLC 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 mô đun
giao diện CP (ví dụ như: CP 343-5, CP443-5).
PCS 7 hỗ trợ tối đa tới 9 DP-line trên bộ điều khiển trung tâm (S7 400).
Môi trường truyền có thể là đôi dây vặn xoắn hoặc là cáp quang.
Bạn có thể cấu hình hệ thống redundant cho Profibus-DP thông qua PLC
S7-417H.
Hình 4.17 Kết nối redundant trong Profibus-DP
Ø Mô đun phân tán ET 200M:
Nói về hệ thống các bus trường không thể không nói tới vai trò rất quan
trọng trong vấn đề điều khiển thệ thống các thiết bị trường thông qua mô đun
phân tán ET 200M.
Trong suốt quá trình vận hành, các thiết bị ở cấp trường hoặc các mô đun
phân tán được cung cấp 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.
Trong quá trình cấu hình thiết bị trường, các khối được 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 trường (Field Device Blocks) của PCS 7.
Các thiết bị trường này được quản lý bởi phần mềm quản lý thiết bị trường
(Process Device Manager software) được tích hợp cho ES.
Kết nối redundant đối với ET 200M:
Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN
63
Tải về để xem bản đầy đủ
24 trang
26360
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Mạng truyền thông trong công nghiệp - Chương 4: Giới thiệu hệ thống Simatic PCS 7", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mang_truyen_thong_trong_cong_nghiep_chuong_4_gioi.pdf
