Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho 2 trạm tay máy và gia công trong hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) tại trung tâm FACT Trường đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên ứng dụng WINCC và S7 - 300

Tài liệu Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho 2 trạm tay máy và gia công trong hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) tại trung tâm FACT Trường đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên ứng dụng WINCC và S7 - 300: ... Ebook Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho 2 trạm tay máy và gia công trong hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) tại trung tâm FACT Trường đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên ứng dụng WINCC và S7 - 300

pdf141 trang | Chia sẻ: huyen82 | Ngày: 09/12/2013 | Lượt xem: 1064 | Lượt tải: 0download
Tóm tắt tài liệu Nghiên cứu thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho 2 trạm tay máy và gia công trong hệ thống sản xuất linh hoạt (FMS) tại trung tâm FACT Trường đại học sư phạm kỹ thuật Hưng Yên ứng dụng WINCC và S7 - 300, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP I ------------------ ðỖ TUẤN KHANH Nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho 2 tr¹m Tay m¸y vµ Gia c«ng trong hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t (FMS) t¹i trung t©m FACT tr−êng §H SP KT H−ng Yªn øng dông WinCC vµ S7-300. LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUÂT Chuyên ngành: ðiện nông nghiệp Mã số:60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Văn Hoà HÀ NỘI - 2007 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………i Lêi cam ®oan - T«i xin cam ®oan r»ng, kÕt qu¶ nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ trong luËn v¨n nµy lµ trung thùc vµ ch−a hÒ ®−îc sö dông ®Ó b¶o vÖ mét häc vÞ nµo. - T«i xin cam ®oan r»ng, mäi sù gióp ®ì cho viÖc thùc hiÖn luËn v¨n nµy ®1 ®−îc c¶m ¬n vµ c¸c th«ng tin trÝch dÉn trong luËn v¨n ®Òu ®−îc chØ râ nguån gèc. T¸c gi¶ §ç TuÊn Khanh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………ii Lêi c¶m ¬n Qua mét thêi gian thùc hiÖn, ®Õn nay ®Ò tµi: “Nghiªn cøu, thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho 2 tr¹m Tay m¸y vµ Gia c«ng trong hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t (FMS), t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn” ®1 ®−îc hoµn thµnh. Trong thêi gian thùc hiÖn, t«i ®1 nhËn ®−îc rÊt nhiÒu sù gióp ®ì quý b¸u cña c¸c c¸ nh©n, tËp thÓ trong vµ ngoµi tr−êng. T«i xin bµy tá lßng biÕt ¬n s©u s¾c tíi Ts. NguyÔn V¨n Hoµ vÒ sù quan t©m, gióp ®ì t«i rÊt tËn t×nh trong ph−¬ng ph¸p vµ c¸c néi dung nghiªn cøu. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n tíi c¸c thÇy, c« gi¸o trong khoa C¬ §iÖn, Khoa sau ®¹i häc – Tr−êng §¹i Häc N«ng NghiÖp I Hµ Néi, c¸c thÇy c« gi¸o Khoa §iÖn tr−êng §¹i häc B¸ch Khoa Hµ néi cïng tËp thÓ c¸n bé, gi¸o viªn Khoa §iÖn - §iÖn Tö, Tr−êng §¹i Häc S− Ph¹m Kü ThuËt H−ng Yªn ®1 gióp ®ì vµ t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho t«i trong qu¸ tr×nh häc tËp, c«ng t¸c, nghiªn cøu vµ hoµn thµnh luËn v¨n. Cuèi cïng t«i xin ®−îc bµy tá lßng biÕt ¬n ®Õn gia ®×nh, ®1 ®éng viªn vµ gióp ®ì t«i trong suèt qu¸ tr×nh häc tËp, nghiªn cøu vµ hoµn thµnh néi dung luËn v¨n. T¸c gi¶ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………iii Môc lôc Lêi cam ®oan i Lêi c¶m ¬n ii Môc lôc iii Danh môc biÓu b¶ng iv Danh môc h×nh vÏ v Më ®Çu 1 Ch−¬ng I : Nghiªn cøu hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS 3 1.1 Tæng quan vÒ hÖ thèng FMS (Flexible Manufacturing Systems). 3 1.2 Nghiªn cøu hÖ thèng FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSPKT H−ng Yªn 4 Ch−¬ng II : M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp 26 2.1 Tæng quan vÒ m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp 26 2.2 M¹ng truyÒn th«ng Profibus 28 2.3 M¹ng truyÒn th«ng Ethernet 34 Ch−¬ng III : Tæng quan vÒ WINCC 48 3.1 Giíi thiÖu chung vÒ wincc 48 3.2 M¹ch ®iÖn c«ng cô chÝnh 50 3.3 M¹ch ®iÖn b−íc thùc hiÖn mét ®Ò ¸n 55 3.4 WinCC – PhÇn mÒm ®Ó x©y dùng M¹ch ®iÖn hÖ SCADA 58 3.5 M¹ch ®iÖn chøc n¨ng SCADA c¬ b¶n 61 3.6 QuyÒn truy nhËp hÖ thèng vµ M¹ch ®iÖn c«ng t¸c quan trÞ ng−êi sö dông. 61 3.7 ChuyÓn ®æi ng«n ng÷ sö dông 62 3.8 HÖ thèng ®å ho¹ 62 3.9 HÖ thèng th«ng b¸o 62 3.10 HÖ thèng thu thËp d÷ liÖu 63 Ch−¬ng IV: ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho hÖ thèng FMS øng dông WinCC vµ S7-300 64 4.1 ThiÕt lËp m¹ng Profibus–DP víi PLC cho hai tr¹m tay m¸y vµ gia c«ng 64 4.2 ThiÕt kÕ giao diÖn ®iÒu khiÓn cho 2 tr¹m Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………iv 4.3 Ch¹y thö ch−¬ng tr×nh, kh¶o nghiÖm 92 KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ 95 Tµi liÖu tham kh¶o 96 Phô lôc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………v Danh môc biÓu b¶ng B¶ng sè Tªn b¶ng Trang B¶ng 2.1 ChiÒu dµi tèi ®a cña mét ®o¹n m¹ng PROFIBUS (c¸p STP lo¹i A) 30 B¶ng 2.2 Mét sè lo¹i c¸p truyÒn Ethernet th«ng dông 35 B¶ng 2.3 Mét sè lo¹i c¸p truyÒn Fast Ethernet th«ng dông 40 B¶ng 2.4 §Æc ®iÓm cña m¹ng Industrial Ethernet 43 B¶ng 4.1 B¶ng Symble cña tr¹m Process-Slave 75 B¶ng 4.2 B¶ng Symble cña tr¹m Handling-Master 77 B¶ng 4.3 HÖ thèng c¸c Tags t−¬ng øng víi c¸c ®Þa chØ vµo/ra 83 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………vi Danh môc h×nh vÏ H×nh sè Tªn h×nh Trang H×nh 1.1 M¹ch ®iÖn d¹ng cÊu tróc cña hÖ thèng gia c«ng linh ho¹t 3 H×nh 1.2 HÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS 50 cña hfng FESTO DIDACTIC 4 H×nh 1.3 Tr¹m cÊp ph«i (Distributed Station) 6 H×nh 1.4 M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m cÊp ph«i 7 H×nh 1.5 M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m cÊp ph«i 8 H×nh 1.6 M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn- khÝ nÐn cña tr¹m cÊp ph«i 9 H×nh 1.7 Tr¹m kiÓm tra (Testing Station) 10 H×nh 1.8 M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m kiÓm tra 11 H×nh 1.9 M¹ch so s¸nh tr¹m kiÓm tra 12 H×nh 1.10 M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m kiÓm tra 12 H×nh 1.11 M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn khÝ nÐn tr¹m kiÓm tra 13 H×nh 1.12 Tr¹m Tay m¸y (Handling Station) 1 4 H×nh 1.13 M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m tay m¸y 15 H×nh 1.14 M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m tay m¸y 16 H×nh 1.15 M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn –khÝ nÐn tr¹m tay m¸y 17 H×nh 1.16 Tr¹m gia c«ng (Processing Station) 18 H×nh 1.17 M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m gia c«ng 19 H×nh 1.18 M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m gia c«ng 20 H×nh 1.19 M¹ch ®éng lùc tr¹m gia c«ng 21 H×nh 1.20 Tr¹m ph©n lo¹i (Sorting Station) 22 H×nh 1.21 M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m ph©n lo¹i 23 H×nh 1.22 M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m ph©n lo¹i 24 H×nh 1.23 M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn – khÝ nÐn tr¹m ph©n lo¹i 25 H×nh 2.1 M« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng c«ng ty s¶n xuÊt c«ng nghiÖp 27 H×nh 2.2 KiÕn tróc giao thøc cña Profibus 29 H×nh 2.3 M¹ng Profibus-DP nhiÒu tr¹m chñ 32 H×nh 2.4 Cable nèi m¹ng Profibus-DP 33 H×nh 2.5 Kho¶ng c¸ch gi÷a hai tr¹m khi dïng chuÈn truyÒn RS- 485 33 H×nh 2.6 Ethernet/IEEE 802.3 trong tËp chuÈn IEEE 802 34 H×nh 2.7 Ba kiÓu m¹ng Ethernet víi c¸p ®ång trôc vµ ®«i d©y xo¾n 36 H×nh 2.8 CÊu tróc khung MAC theo IEEE 802.3/Ethernet 38 H×nh 2.9 Sö dông bé lÆp trong m¹ng LAN 802.3 chuyÓn m¹ch 39 H×nh 2.10 KiÕn tróc giao thøc HSE 42 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………vii H×nh 2.11 Thñ tôc truy nhËp ®−êng dÉn 44 H×nh 2.12 NhiÒu phÇn tö cïng göi d÷ liÖu lªn m¹ng Multiple 44 H×nh 2.13 Xung ®ét trªn m¹ng khi nhiÒu phÇn tö göi d÷ liÖu 45 H×nh 2.14 CÊu tróc bøc ®iÖn m¹ng Industial Ethernet 45 H×nh 2.15 C¸c lo¹i cable nèi m¹ng Ethernet 46 H×nh 2.16 CÊu tróc m¹ng khi sö dông Hub vµ Repeater 47 H×nh 2.17 CÊu tróc m¹ng khi sö dông cÇu nèi 47 H×nh 2.18 Liªn kÕt m¹ng b»ng Router/Gate−ay 48 H×nh 3.1 KÕt nèi Tags víi PLC 57 H×nh 4.1 C¸c b−íc t¹o mét Project míi 64 H×nh 4.2 ThiÕt lËp cÊu h×nh cøng cho c¸c tr¹m 64 H×nh 4..3 ThiÕt lËp phÇn cøng cho tr¹m Process-Slave 65 H×nh 4.4 ThiÕt lËp c¸c Slot cho tr¹m Process_Slave 65 H×nh 4.5 Chän CPU cho tr¹m Process-Slave 65 H×nh 4.6 §Æt thuéc tÝnh cho tr¹m Process_Slave 66 H×nh 4.7 ThiÕt lËp vïng d÷ liÖu truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu víi tr¹m chñ 67 H×nh 4.8 ThiÕt lËp c¸c byte d÷ liÖu truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu víi tr¹m chñ 68 H×nh 4.9 ThiÕt lËp Memory Byte cho Clock Memory 69 H×nh 4.10 ThiÕt lËp l¹i c¸c Byte cho Retentive Memory 69 H×nh 4.11 Ghi l¹i cÊu h×nh cøng ®f ®−îc thiÕt lËp 70 H×nh 4.12 Chän CPU cho tr¹m Hand-Master 70 H×nh 4.13 §Æt thuéc tÝnh cho tr¹m 72 H×nh 4.14 Cµi ®Æt kÕt nèi cho tr¹m Master 72 H×nh 4.15 §Æt ®Þa chØ truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m 74 H×nh 4.16 §Æt ®Þa chØ truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m 76 H×nh 4.17 §Æt ®Þa chØ c¸c byte truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m 79 H×nh 4.18 L−u ®å thuËt to¸n tr¹m gia c«ng 85 H×nh 4.19 L−u ®å thuËt to¸n tr¹m Hand-Master 91 H×nh 4.20 Khëi ®éng WinCC 91 H×nh 4.21 Lùa chän vµ ®Æt tªn cho Project míi 92 H×nh 4.22 Lùa chän kÕt nèi víi PLC 93 H×nh 4.23 Lùa chän h×nh thøc truyÒn d÷ liÖu 94 H×nh 4.24 Cµi ®Æt thuéc tÝnh vµ ®Æt tªn cho thuéc tÝnh cÇn kÕt nèi 81 H×nh 4.25 Lùa chän Slot Number cho kÕt nèi 81 H×nh 4.26 ThiÕt lËp c¸c Tags 81 H×nh 4.27 VÝ dô minh ho¹ cho viÖc thiÕt lËp c¸c Tags 82 H×nh 4.28 ThiÕt lËp mét Picture míi trong Graphic Designer 83 H×nh 4.29 §Æt tªn cho Picture 84 H×nh 4.30 C¸c c«ng cô trong Graphic Designer 84 H×nh 4.31 Giao diÖn chÝnh cña hÖ thèng 85 H×nh 4.32 ThiÕt lËp mét Picture míi trong Graphic Designer 85 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………viii H×nh 4.33 §Æt tªn cho Picture 85 H×nh 4.34 Mµn h×nh giao diÖn tr¹m Handling 86 H×nh 4.35 ThiÕt lËp ®Ìn b¸o hiÓn thÞ c¸c ®Çu vµo/ra 86 H×nh 4.36 Lùa chän thuéc tÝnh cho ®Ìn b¸o 87 H×nh 4.37 Lùa chän kiÓu d÷ liÖu 87 H×nh 4.38 G¸n ®Þa chØ c¸c Tags t−¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ vµo/ra 88 H×nh 4.39 Lùa chän tèc ®é hiÖn thÞ cña tÝn hiÖu 88 H×nh 4.40 Lùa chän thuéc tÝnh ®éng cho ®èi t−îng 89 H×nh 4.41 G¸n ®Þa chØ Tag cho ®èi t−îng 89 H×nh 4.42 Lùa chän thuéc tÝnh ®éng cho ®èi t−îng 90 H×nh 4.43 G¸n ®Þa chØ Tag cho ®èi t−îng 90 H×nh 4.44 Giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Handling 91 H×nh 4.45 ThiÕt lËp mét Picture míi 91 H×nh 4.46 §Æt tªn cho Picture 91 H×nh 4.47 Giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Processing 92 H×nh 4.48 Ch¹y Runtime hÖ thèng 92 H×nh 4.49 Giao diÖn chÝnh ®iÒu khiÓn hÖ thèng 93 H×nh 4.50 Mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Handling 93 H×nh 4.51 Mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m gia c«ng 94 H×nh 5.1 M« h×nh c¸nh tay R«bèt 111 H×nh 5.2 Tay g¾p s¶n phÈm 112 H×nh 5.3 M¹ch t¹o nguån 113 H×nh 5.4 C«ng t¾c hµnh tr×nh c¬ ®iÖn 113 H×nh 5.5 C«ng t¾c hµnh tr×nh nam ch©m 114 H×nh 5.6 Nguyªn lý ho¹t ®éng vµ h×nh d¹ng cña c¶m biÕn c¶m øng tõ 114 H×nh 5.7 C¶m biÕn quang 115 H×nh 5.8 S¬ ®å m¹ch c¶m biÕn 115 H×nh 5.9 M¹ch kÕt nèi PLC 116 H×nh 5.10 M¹ch c«ng suÊt ®Çu ra PLC 117 H×nh 5.11 M¹ch ®¶o chiÒu ®éng c¬ 118 H×nh 5.12 G¾p s¶n phÈm 118 H×nh 5.13 KÑp vµ vËn chuyÓn s¶n phÈm 119 H×nh 5.14 Ph©n lo¹i s¶n phÈm 119 H×nh 5.15 Tay g¾p s¶n phÈm 119 H×nh 5.16 L−u ®å thuËt to¸n 120 H×nh 5.17 Giao diÖn ®iÒu khiÓn tay m¸y 129 H×nh 5.18 Giao diÖn ®iÒu khiÓn tay m¸y 129 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………1 Më §Çu 1. C¬ së lùa chän ®Ò tµi Tèc ®é ph¸t triÓn m¹nh mÏ cña c«ng nghÖ vi ®iÖn tö, kü thuËt truyÒn th«ng vµ c«ng nghÖ phÇn mÒm trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ®f t¹o sù chuyÓn biÕn c¬ b¶n trong h−íng ®i cho gi¶i ph¸p tù ®éng ho¸ c«ng nghiÖp. C¸c hÖ thèng tù ®éng ho¸ ngµy nay kh«ng cßn chØ dõng l¹i ë viÖc tù ®éng ho¸ cho mét m¸y, mét module trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, mµ nã ®f ph¸t triÓn ®Õn viÖc tù ®éng ho¸ hoµn toµn cho mét hÖ thèng. GÇn ®©y c¸c chøc n¨ng cña hÖ tù ®éng ho¸ ®−îc ph¸t triÓn rÊt nhanh vµ ®f cã nhiÒu d©y truyÒn tù ®éng, ph©n x−ëng tù ®éng vµ nhµ m¸y tù ®éng ra ®êi. C¸c hÖ thèng tù ®éng ho¸ hoµn toµn cho phÐp ®iÒu khiÓn, gi¸m s¸t ho¹t ®éng cña hÖ thèng trªn mµn h×nh m¸y tÝnh vµ ®iÒu khiÓn nhiÒu chøc n¨ng kh¸c nhau bªn ngoµi hoÆc qu¸ tr×nh. Nh− vËy mét d©y truyÒn s¶n xuÊt kh«ng cßn lµ c¸c module riªng rÏ mµ c¸c module ®ã ph¶i ®−îc liªn kÕt víi nhau qua mét hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp. Trong luËn v¨n nµy, ®Ó lµm râ ®−îc gi¶i ph¸p tù ®éng ho¸ cho mét hÖ thèng s¶n xuÊt tù ®éng, t¸c gi¶ ®f lùa chän ®Ò tµi: Nghiªn cøu thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m cho 2 tr¹m Tay m¸y vµ tr¹m Gia c«ng trong hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn, øng dông WinCC vµ PLC S7-300. 2. Ph−¬ng ph¸p nghiªn cøu - Nghiªn cøu ®èi t−îng ( hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t) - Nguyªn cøu lý thuyÕt ®Ó viÕt ch−¬ng tr×nh vµ thiÕt kÕ giao diÖn ®iÒu khiÓn. - Dïng thùc nghiÖm ®Ó kh¼ng ®Þnh kÕt qu¶ nghiªn cøu 3. ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cña ®Ò tµi VÒ khoa häc: - LuËn ¸n ®f gãp phÇn lµm s¸ng tá gi¶i ph¸p thiÕt kÕ cho mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t. VÒ thùc tiÔn: Víi kÕt qu¶ thu ®−îc cña ®Ò tµi ®f gãp phÇn - §−a ra ®−îc gi¶i ph¸p thiÕt kÕ cho mét hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t. - Khai th¸c ®−îc phÇn mÒm WinCC cña hfng Siemens ®Ó thiÕt kÕ giao diÖn ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng. - Liªn kÕt ®−îc c¸c tr¹m trong hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t th«ng qua m¹ng truyÒn th«ng PROFIBUS. 4. Ph¹m vi vµ néi dung nghiªn cøu Néi dung nghiªn cøu chÝnh cña ®Ò tµi ®Ò cËp ®Õn nh÷ng vÊn ®Ò sau: - Nghiªn cøu hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t (FMS) t¹i tr−êng S− Ph¹m Kü ThuËt H−ng Yªn. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………2 - Nghiªn cøu vÒ m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp ( M¹ng Profibus vµ Ethernet). - Nghiªn cøu phÇn mÒm WinCC vµ PLC S7-300 - ThiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t trªn ®èi t−îng lµ hai tr¹m Tay m¸y (Handling Station) vµ tr¹m Gia c«ng (Processing Station). 5. Tãm t¾t néi dung luËn v¨n Ch−¬ng I: cã tiªu ®Ò “ Nghiªn cøu hÖ thèng s¶n suÊt linh ho¹t FMS” Ch−¬ng nµy tr×nh bµy tæng quan vÒ hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t (FMS) vµ tr×nh bµy cô thÓ vÒ hÖ th«ng s¶n xuÊt linh ho¹t t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn trong ®ã bao gåm: Chøc n¨ng c¸c tr¹m, s¬ ®å ®iÖn vµ s¬ ®å khÝ nÐn cña c¸c tr¹m. Ch−¬ng II: cã tiªu ®Ò “M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp” Trong ch−¬ng nµy tr×nh bµy vÒ tæng quan vÒ m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp vµ tr×nh bµy cô thÓ vÒ m¹ng Profibus vµ m¹ng Ethernet. Giíi thiÖu chung vÒ hÖ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t SCADA, c¸c thµnh phÇn chøc n¨ng c¬ b¶n, c«ng nghÖ phÇn mÒm, giao diÖn ng−êi m¸y, nguyªn t¾c thiÕt kÕ mét hÖ SCADA. Ch−¬ng III: cã tiªu ®Ò “ Tæng quan vÒ WinCC” Trong ch−¬ng nµy t¸c gi¶ tr×nh bµy vÒ nh÷ng vÊn ®Ò chung cña WinCC c¸c c«ng cô chÝnh trong WinCC, c¸c b−íc thùc hiÖn mét ®Ò ¸n. øng dông WinCC ®Ò x©y dùng mét hÖ SCADA. Ch−¬ng IV: cã tiªu ®Ò “ThiÕt kÕ hÖ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho hÖ thèng FMS øng dông WinCC vµ S7-300”. Trong ch−¬ng nµy tr×nh bµy vÒ thiÕt kÕ giao diÖn vËn hµnh cho hÖ thèng bao gåm: S¬ ®å c«ng nghÖ vµ mµn h×nh giao diÖn cho tõng tr¹m. KÕt nèi vµ ch¹y thö trªn ®èi t−îng lµ tr¹m Tay m¸y vµ tr¹m Gia c«ng trong hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ: Tãm t¾t néi dung chÝnh luËn v¨n ®f gi¶i quyÕt vµ ®Ò xuÊt c¸c vÊn ®Ò cÇn nghiªn cøu tiÕp theo. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………3 Ch−¬ng I : Nghiªn cøu hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS 1.1. Tæng quan vÒ hÖ thèng FMS (Flexible Manufacturing Systems). HÖ thèng gia c«ng linh ho¹t, gäi lµ FMS (Flexible Manufacturing Systems), dïng c¸c m¸y hoÆc trung t©m gia c«ng CNC theo gi¶i ph¸p tËp trung nguyªn c«ng (nguyªn c«ng phøc t¹p), tù ®éng ho¸, tÝch hîp ho¸ vµ linh ho¹t ho¸ ë møc ®é cao, cã chÊt l−îng gia c«ng cao (sai sè kÝch th−íc nhá h¬n 0,001 mm, n¨ng suÊt gia c«ng b»ng 3 lÇn m¸y c«ng cô th«ng th−êng, bëi v× gia c«ng tæ hîp víi tèc ®é cao). §©y lµ ph−¬ng ¸n theo xu h−íng ph¸t triÓn hiÖn nay (tËp trung nguyªn c«ng, tù ®éng ho¸ CNC, tÝch hîp ho¸ vµ linh ho¹t ho¸) ®Ó n©ng cao hiÖu qu¶ s¶n xuÊt c¬ khÝ trong quy m« hµng lo¹t võa vµ nhá khi gia c«ng hoµn chØnh c¸c chi tiÕt c¬ khÝ cã kÕt cÊu gièng nhau hoÆc t−¬ng tù nhau trªn mét d©y truyÒn c«ng nghÖ cã tÝnh linh ho¹t cao vµ tù ®éng ho¸ cao. HÖ thèng gia c«ng linh ho¹t FMS (Flexible Manufacturing Systems) lµ hÖ thèng gia c«ng nèi ghÐp mÒm (linh ho¹t = flexible) c¸c m¸y c«ng cô ®¬n lÎ hoÆc nhiÒu trung t©m CNC víi dßng cung øng ph«i. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………4 H×nh 1.2 : HÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS 50 cña hfng FESTO DIDACTIC 1.2. Nghiªn cøu hÖ thèng FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSPKT H−ng Yªn 1.2.1. Tæng quan vÒ hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSPKT H−ng Yªn HÖ thèng FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn víi chøc n¨ng lµ m« h×nh m« pháng hÖ thèng FMS trong thùc tÕ, ®¸p øng cho viÖc gi¶ng d¹y mét sè m«n häc nh−: Thùc tËp PLC, Thùc tËp Tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp trong khoa §iÖn - §iÖn tö nãi riªng vµ nhµ tr−êng nãi chung. HÖ thèng bao gåm 6 tr¹m: Tr¹m cÊp ph«i (Distribution Station), tr¹m kiÓm tra (Testing Station), tr¹m tay m¸y 1 (Handling 1 Station), tr¹m gia c«ng (Prosessing Station), tr¹m tay m¸y 2 (Handling 2 Station), tr¹m ph©n lo¹i (Shorting Station) mçi tr¹m ®−îc ®iÒu khiÓn bëi 1 PLC S7 – 300 (CPU 313 C2-DP), vµ c¸c Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật……… ………………………………5 tr¹m cã thÓ ®−îc truyÒn th«ng víi nhau qua c¸c m¹ng: I/O, Profibus DP, Ethernet ®Ó cÊu thµnh mét hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS. HÖ thèng FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn ®−îc thiÕt kÕ bao gåm c¸c thµnh phÇn c¬ b¶n sau: - M¸y gia c«ng: Tr¹m gia c«ng - HÖ thèng kiÓm tra, ph©n phèi: Tr¹m ph©n phèi, tr¹m kiÓm tra, ph©n lo¹i - Ng−êi m¸y: Tay m¸y. TÊt c¶ c¸c phÇn tö trong hÖ thèng ®Òu ®−îc chÕ t¹o theo nguyªn t¾c module. Cã rÊt nhiÒu c¸ch bè trÝ, l¾p ghÐp c¸c module nµy t¹o ra mét qu¸ tr×nh s¶n xuÊt tù ®éng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………6 1.2.2. Nghiªn cøu tr¹m ph©n phèi (Distribution Station) Tr¹m ph©n phèi trong hÖ thèng FMS 50 víi chøc n¨ng cÊp ph«i (chi tiÕt) cho c¸c tr¹m tiÕp theo, nã gåm cã mét æ tÝch chøa ph«i, mét tay m¸y dïng ®Ó g¾p ph«i tõ vÞ trÝ cña æ trÝch chøa tíi tr¹m sau nh− h×nh vÏ. §iÒu khiÓn ho¹t ®éng cho toµn tr¹m, ®−îc sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn §iÖn- khÝ nÐn, víi mét bé ®iÒu khiÓn PLC S7 300, CPU 313 C2 – DP, viÖc ®Èy ph«i ra khái æ chøa ®−îc thùc hiÖn bëi 1 xilanh t¸c ®éng kÐp, ®Ó g¾p ph«i sang tr¹m sau ®−îc thùc hiÖn bëi mét xi lanh quay kÕt hîp víi r¸c hót ch©n kh«ng. Muèn khëi ®éng cho hÖ thèng lµm viÖc ta Ên lÇn l−ît c¸c nót Ên Stop, sau ®ã Ên nót RESET vµ cuèi cïng Ên Start ®Ó ®¶m b¶o hÖ thèng ®f ®−îc ®−a vÒ vÞ trÝ s½n sµng. NÕu tÊt c¶ c¸c tr¹m ®f ®−îc khëi ®éng vµ trong æ tÝch chøa ph«i ®f cã ph«i th× xilanh sÏ ®i ra ®Ó ®Èy ph«i tíi vÞ trÝ hót ph«i, khi ®i hÕt hµnh tr×nh th× xi lanh tù lïi vÒ, ®ång thêi ®éng c¬ khÝ nÐn truyÒn ®éng cho tay m¸y quay sang thùc hiÖn hót ph«i, khi ph«i ®f ®−îc hót th× xi lanh quay khÝ nÐn l¹i thùc Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………7 hiÖn ®¶o chiÒu quay ®Ó truyÒn ®éng cho tay m¸y chuyÓn ph«i ®Õn tr¹m sau. Khi hÕt hµnh tr×nh th× ®éng c¬ truyÒn ®éng cho tay m¸y chuyÓn vÒ vÞ trÝ gi÷a. C¸c qu¸ tr×nh sau diÔn ra t−¬ng tù. 1.2.2.1. S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m a, S¬ ®å ®iÖn -X A 2 2 4 V B 2 4 V B 2 4 V B 2 4 V B 2 4 V B 2 4 V B 2 4 V B 2 4 V B -X A 2 0 V B 0 V B 0 V B 0 V B 0 V B 0 V B 0 V B 0 V B I0 I2 I1 I5 I6 I7 I4 I3 XMA2: 13 XMA2: 14 XMA2: 15 XMA2: 16 XMA2: 17 XMA2: 18 XMA2: 19 XMA2: 20 0 V (2 4 V ) /5 .1 2 4 V B -X M A 2 : 1 4 -X M A 2 : 1 3 -X M A 2 : 1 5 -X M A 2 : 1 6 -X M A 2 : 1 7 -X M A 2 : 1 8 -X M A 2 : 1 9 -X M A 2 : 2 0 In p u ts D is tr ib u ti on -1 B 1 -1 B 2 -2 B 1 -3 S 1 -3 S 2 -B 4 IP _ F L 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V H×nh 1.4: C¸c ®Çu vµo tr¹m cÊp ph«i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………8 H×nh 1.5: C¸c ®Çu ra tr¹m cÊp ph«i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………9 b, M¹ch khÝ nÐn H×nh 1.6: M¹ch ®iÒu khiÓn khÝ nÐn cña tr¹m cÊp ph«i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………10 1.2.3. Nghiªn cøu tr¹m kiÓm tra ( Testing Station) Tr¹m Handling víi chøc n¨ng lµ kiÓm tra ph«i (chi tiÕt). §Ó ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cho toµn tr¹m, ta sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn §iÖn-khÝ nÐn, víi mét bé ®iÒu khiÓn PLC S7 300, CPU 313 C2 – DP cïng víi c¸c van ®iÖn tõ khÝ nÐn vµ hÖ thèng c¶m biÕn. N©ng h¹ ph«i ®−îc truyÒn ®éng bëi c¸c xi lanh khÝ nÐn nh− h×nh vÏ. Ho¹t ®éng cña tr¹m ®−îc m« t¶ nh− sau: Khi ph«i ®−îc ®−a tíi tõ tr¹m ph©n phèi (Distribution Station), xi lanh (1) sÏ thùc nhiÖn truyÒn ®éng n©ng ph«i tíi vÞ trÝ kiÓm tra. Qua bé so s¸nh nÕu ph«i chuÈn th× xi lanh (2) sÏ ®Èy ph«i qua m¸ng tr−ît (4), kÕt hîp víi bé ph©n thæi khÝ sÏ ®−a ph«i tíi tr¹m tay m¸y (Handling Station). Cßn nÕu ph«i lµ ph«i phÕ phÈm ( cã thÓ ph«i thÊp hoÆc ph«i cao) th× xi lanh(1) l¹i truyÒn ®éng ®−a ph«i xuèng vÞ trÝ d−íi, khi hÕt hµnh tr×nh xuèng cña xi lanh (1) thi xi lanh (2) ®Èy ph«i vµo vÞ trÝ ph«i phÕ phÈm(9). Khi cã mét ph«i míi ®−îc chuyÓn tíi tõ tr¹m tr−íc qu¸ tr×nh diÔn ra t−¬ng tù. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………11 1.2.3.1. S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m a, S¬ ®å ®iÖn XMA2: 13 XMA2: 14 XMA2: 15 XMA2: 16 XMA2: 17 XMA2: 18 XMA2: 19 XMA2: 20 COMP-/5.5 COMP-/5.6 H×nh 1.8: M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m kiÓm tra Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………12 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………13 b, S¬ ®å khÝ nÐn H×nh 1.11: M¹ch ®iÖn – khÝ nÐn tr¹m kiÓm tra Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………14 1.2.4 Nghiªn cøu tr¹m tay m¸y (Handling 1 Station) Tr¹m Handling víi chøc n¨ng lµ vËn chuyÓn ph«i (chi tiÕt) tõ tr¹m nµy tíi tr¹m kh¸c. §Ó ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cho toµn tr¹m, ta sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn §iÖn-khÝ nÐn, víi mét bé ®iÒu khiÓn PLC S7 300, CPU 313 C2 – DP cïng víi c¸c van ®iÖn tõ khÝ nÐn vµ hÖ thèng c¶m biÕn. Tay m¸y ®−îc truyÒn ®éng bëi c¸c xilanh khÝ nÐn nh− h×nh vÏ. Ho¹t ®éng cña tr¹m ®−îc miªu t¶ nh− sau: Muèn khëi ®éng cho hÖ thèng lµm viÖc ta Ên lÇn l−ît c¸c nót Ên Stop, sau ®ã Ên nót Reset vµ cuèi cïng Ên Start, nÕu cã ph«i ë vÞ trÝ (1), th× xi lanh 2 truyÒn ®éng më tay kÑp, ®ång thêi xi lanh 3 truyÒn ®éng ®−a tay m¸y ®i xuèng thùc hiÖn kÑp ph«i. Sau khi ph«i ®f ®−îc kÑp chÆt th× xi lanh 3 ®−a tay m¸y vÒ vÞ trÝ ban ®Çu. Khi tay m¸y ®f n©ng hÕt hµnh tr×nh th× xi lanh 4 truyÒn ®éng ®−a tay m¸y chuyÒn ®éng vÒ vÞ trÝ cña tr¹m sau, sau khi tay may ®f ®−îc ®−a ®Õn vÞ trÝ tr¹m sau th× xi lanh 3 l¹i thùc hiÖn truyÒn ®éng cho tay m¸y ®i xuèng, khi ®i hÕt hµnh tr×nh xuèng , xi lanh 2 thùc hiÖn më tay kÑp ®Ó nh¶ ph«i, ®ång têi xilanh 3 truyÒn ®éng ®−a tay m¸y ®i lªn, khi ®i hÕt hµnh tr×nh lªn th× xi lanh 4 lai thùc hiÖn truyÒn ®éng cho tay m¸y trë vÒ tr¹m tr−íc kÕt thóc mét chu tr×nh lµm viÖc. NÕu t¹i vÞ trÝ 1 cã ph«i th× qu¸ tr×nh ho¹t ®éng diÔn ra t−¬ng tù. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………15 1.2.4.1 S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m a, S¬ ®å ®iÖn H×nh 1.13: M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m tay m¸y Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………16 H×nh 1.14: M¹ch ®iÖn ®Çu ra cña tr¹m tay m¸y Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………17 b, S¬ ®å khÝ nÐn H×nh 1.15: M¹ch ®iÒu khiÓn ®iÖn-khÝ nÐn tr¹m tay m¸y Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………18 1.2.5 Nghiªn cøu tr¹m gia c«ng ( Prosessing Station) Tr¹m Processing víi chøc n¨ng gia c«ng c¸c lo¹i ph«i ®−îc ®−a tõ tr¹m Handling 1 tíi. §Ó ®iÒu khiÓn ho¹t ®éng cho toµn tr¹m, ta sö dông hÖ thèng ®iÒu khiÓn §iÖn- khÝ nÐn, víi mét bé ®iÒu khiÓn PLC S7 300, CPU 313 C2 – DP cïng víi c¸c ®éng c¬ truyÒn ®éng cho c¸c m¸y gia c«ng kim lo¹i, c¸c thiÕt bÞ g¸ kÑp phèi, kiÓm tra ph«i nh− h×nh vÏ: Ho¹t ®éng cña tr¹m ®−îc miªu t¶ nh− sau: Muèn khëi ®éng cho hÖ thèng lµm viÖc ta Ên lÇn l−ît c¸c nut Ên Stop, sau ®ã Ên nót Reset vµ cuèi cïng Ên Start ®Ó ®¶m b¶o hÖ thèng ®f ®−îc ®−a vÒ vÞ trÝ s½n sµng, nÕu ph«i ®−îc ®−a tíi vÞ trÝ (0) tõ tr¹m Handling 1 th× ®éng c¬ 2 sÏ truyÒn ®éng cho bµn quay quay ®i mét gãc 600, lóc nµy ph«i ®−îc ®−a tíi vÞ trÝ kiÓm tra phèi ®óng chiÒu, khi Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………19 kÕt thóc qu¸ tr×nh kiÓm tra ph«i. NÕu l¹i xuÊt hiÖn 1 ph«i n÷a ®Õn vÞ trÝ 0 th× ®éng c¬ 2 l¹i truyÒn ®éng cho bµn quay quay mét gãc 600 n÷a, vµ nh− vËy cã mét ph«i ®Õn vÞ trÝ gia c«ng. NÕu ph«i ®f ®óng chiÒu th× c¬ cÊu kÑp ph«i 6 sÏ thùc hiÖn kÑp chÆt ph«i, sau khi ph«i ®−îc kÑp chÆt th× ®éng c¬ truyÒn 5 truyÒn ®éng h¹ m¸y mµi ®i xuèng ®Ó thùc hiÖn gia c«ng, ®ång thêi ®éng c¬ 4 truyÒn ®éng quay ®¸ mµi sÏ lµm viÖc. NÕu ph«i kh«ng ®óng chiÒu th× c¬ cÊu kÑp 6, ®éng c¬ truyÒn ®éng n©ng h¹ 5 vµ ®éng c¬ truyÒn ®éng quay ®a mµi kh«ng ho¹t ®éng. Khi cã ph«i thø 3 ®−îc ®−a ®Õn vÞ trÝ 0 th× ®éng c¬ 2 l¹i truyÒn ®éng cho bµn quay quay mét gãc 600 lóc nµy ph«i ®Çu tiªn se ®−îc ®−a ®Õn vÞ trÝ ®−a ph«i ®Õn tr¹m sau vµ c¬ cÊu chuyÓn ph«i ®Õn tr¹m sau sÏ thùc hiÖn g¹t ph«i ®Õn tr¹m tiÕp theo( c¬ cÊu 7 nµy ®−îc t¸c ®éng sau mçi lÇn cã ph«i ®Õn vÞ trÝ 0). NÕu cã mét ph«i tiÕp theo ®Õn vÞ trÝ 0 th× qu¸ tr×nh diÔn ra t−¬ng tù. 1.2.5.1 S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m a, S¬ ®å ®iÖn H×nh 1.17 : M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m gia c«ng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………20 + - A 1 A 2 -X A 2 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 0 V 2 4 V X M A 2 :2 X M A 2 :1 X M A 2 :4 X M A 2 :3 X M A 2 :5 X M A 2 :7 X M A 2 :6 X M A 2 :8 - K 1 -Y 1 -Y 3 1 4 1 3 + - -Y 2 0 V 0 V + - -R 3 5 6 O h m -X A 1 -X A 1 2 A 2 B H×nh 1.18: M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m gia c«ng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………21 H×nh 1.19 M¹ch ®éng lùc tr¹m ph©n lo¹i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………22 1.2.6 Nghiªn cøu tr¹m ph©n lo¹i (Shorting Station) M« t¶: Tr¹m nµy dïng ®Ó ph©n lo¹i s¶n phÈm. Sù ph©n lo¹i chi tiÕt ®−îc thùc hiÖn trªn tr¹m nµy qua b¨ng t¶i dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ gi¶m tèc vµ ba rfnh tr−ît víi hai c¬ cÊu g¹t ph«i ®−îc g¾n trªn ®ã. Ba lo¹i chi tiÕt ph«i kh¸c nhau (kh¸c nhau vÒ mµu, vËt liÖu cho c¸c chi tiÕt ph«i t−¬ng tr−ng/ ba kiÓu xi lanh kh¸c nhau ®−îc dïng ®Ó l¾p thµnh phÈm) cã thÓ ph©n lo¹i theo kÕt qu¶ cña chi tiÕt theo kÕt qu¶ kiÓm tra cña chi tiÕt ph«i trªn tr¹m kiÓm tra . Mét xi lanh t¸c ®éng hai chiÒu dÉn ®éng bé chuyÓn ®éng th¼ng thµnh chuyÓn ®éng quay ®Ó g¹t chi tiÕt vµo vÞ trÝ rfnh chøa. Sè chi tiÕt trong m¸ng tr−ît ®−îc tÝnh ®Õn b»ng mét c¶m biÕn ph¶n x¹. Mét c¶m biÕn ph¹n x¹ kh¸c sÏ kiÓm tra cã hay kh«ng cã ph«i trªn b¨ng t¶i. 1 2 3 5 7 4 6 H×nh 1.20 : Tr¹m ph©n lo¹i 1: VÞ trÝ ph«i ®ua ®Õn tõ tr¹m truíc; 2: B¨ng t¶i; 3: Xy lanh g¹t ph«i ®á; 4: Thanh chÆn ph«i ®Ó kiÓm tra; 5: Xy lanh g¹t ph«i tõ; 6: C¸c van ®iÒu khiÓn ®iÖn khÝ nÐn; 7: Bé ®iÒu khiÓn PLC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………23 1.2.6.1 S¬ ®å nguyªn lý cña tr¹m a, S¬ ®å ®iÖn H×nh 1.21 M¹ch ®iÖn ®Çu vµo tr¹m ph©n lo¹i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………24 H×nh 1.22 M¹ch ®iÖn ®Çu ra tr¹m ph©n lo¹i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………25 b, S¬ ®å khÝ nÐn H×nh 1.23 M¹ch ®iÖn-khÝ nÐn tr¹m ph©n lo¹i Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………26 Ch−¬ng II : M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp 2.1 Tæng quan vÒ m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp hay m¹ng c«ng nghiÖp (MCN) lµ mét kh¸i niÖm chung chØ c¸c hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng sè, truyÒn bit nèi tiÕp, ®−îc sö dông ®Ó ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp. C¸c hÖ thèng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp phæ biÕn hiÖn nay cho phÐp liªn kÕt m¹ng ë nhiÒu møc kh¸c nhau, tõ c¸c bé c¶m biÕn, c¬ cÊu chÊp hµnh d−íi cÊp tr−êng cho ®Õn c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn, thiÕt bÞ quan s¸t, m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ c¸c m¸y tÝnh trªn cÊp ®iÒu hµnh xÝ nghiÖp, qu¶n lý c«ng ty. VÒ c¬ së kü thuËt, m¹ng c«ng nghiÖp vµ c¸c hÖ thèng m¹ng viÔn th«ng cã nhiÒu ®iÓm t−¬ng ®ång, tuy nhiªn còng cã nhiÒu ®iÓm kh¸c biÖt sau: • M¹ng viÔn th«ng cã ph¹m vi ®Þa lý vµ sè l−îng thµnh viªn tham gia lín h¬n rÊt nhiÒu, nªn c¸c yªu cÇu kü thuËt (cÊu tróc m¹ng, tèc ®é truyÒn th«ng, tÝnh n¨ng thêi gian thùc, …) rÊt kh¸c, còng nh− c¸c ph−¬ng ph¸p truyÒn th«ng (truyÒn t¶i réng rfi/ d¶i c¬ së, ®iÒu biÕn, dån kªnh, chuyÓn m¹ch, …) th−êng phøc t¹p h¬n so víi m¹ng c«ng nghiÖp. • §èi víi m¹ng viÔn th«ng bao gåm c¶ con ng−êi vµ thiÕt bÞ kü thuËt, trong ®ã con ng−êi ®ãng vai trß chñ yÕu. V× vËy c¸c d¹ng th«ng tin cÇn trao ®æi bao gåm c¶ tiÕng nãi , h×nh ¶nh, v¨n b¶n vµ d÷ liÖu. §èi t−îng cña m¹ng c«ng nghiÖp thuÇn tuý lµ c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp, nªn d¹ng th«ng tin duy nhÊt lµ d÷ liÖu. Kü thuËt truyÒn th«ng ®−îc dïng trong m¹ng viÔn th«ng còng rÊt phong phó, trong khi kü thuËt truyÒn d÷ liÖu theo chÕ ®é bit nèi tiÕp lµ ®Æc tr−ng cña m¹ng c«ng nghiÖp. M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp thùc chÊt lµ mét d¹ng ®Æc biÖt cña m¹ng m¸y tÝnh, cã thÓ ®−îc so s¸nh víi m¹ng m¸y tÝnh th«ng th−êng ë nh÷ng ®iÓm gèng nhau vµ kh¸c nhau sau: • Kü thuËt truyÒn th«ng sè hay truyÒn d÷ liÖu lµ ®Æc tr−ng chung • M¹ng m¸y tÝnh sö dông trong c«ng nghiÖp ®−îc coi lµ mét phÇn (ë c¸c cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t, ®iÒu hµnh s¶n xuÊt vµ qu¶n lý c«ng ty) trong m« h×nh ph©n cÊp cña m¹n c«ng nghiÖp. • Yªu cÇu vÒ tÝnh n¨ng thêi gian thùc, ®é tin cËy vµ kh¶ n¨ng t−¬ng thÝch trong m«i tr−êng c«ng nghiÖp cña m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp cao h¬n so víi m¹ng m¸y tÝnh th«ng th−êng, trong khi ®ã m¹ng m¸y tÝnh th«ng th−êng ®ßi hái cao h¬n vÒ ®é b¶o mËt cña th«ng tin. • M¹ng m¸y tÝnh cã ph¹m vi tr¶i réng rÊt kh¸c nhau, vÝ dô cã thÓ nhá nh− m¹ng LAN cho mét nhãm vµi m¸y tÝnh hoÆc rÊt lín nh− m¹ng Internet. Trong nhiÒu tr−êng hîp , m¹ng m¸y tÝnh gi¸n tiÕp sö dông, dÞch vô truyÒn d÷ liÖu cña m¹ng viÔn th«ng. Trong khi ®ã, cho ®Õn nay c¸c hÖ thèng m¹ng c«ng nghiÖp th−êng cã tÝnh chÊt ®éc lËp, ph¹m vi ho¹t ®éng t−¬ng ®èi hÑp VËy m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp cã vai trß g× trong c¸c lÜnh vùc ®o l−êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng ho¸. Ta thÊy sö dông truyÒn th«ng c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ bus tr−êng ®Ó thay thÕ c¸ch nèi ®iÓm – tíi - ®iÓm (point to point) cæ ®iÓn gi÷a c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp. M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp mang l¹i nh÷ng lîi Ých sau: - §¬n gi¶n ho¸ cÊu tróc liªn kÕt gi÷a c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………27 - Gi¶m ®¸ng kÓ gi¸ thµnh d©y nèi vµ c«ng l¾p ®Æt hÖ thèng - N©ng cao ®é tin cËy vµ ®é chÝnh x¸c cña th«ng tin nhê truyÒn th«ng sè - N©ng cao ®é linh ho¹t, tÝnh n¨ng më cña hÖ thèng - §¬n gi¶n ho¸, tiÖn lîi ho¸ viÖc chuÈn ®o¸n ®Þnh vÞ lçi, sù cè cña c¸c thiÕt bÞ - N¨ng cao kh¶ n¨ng t−¬ng t¸c gi÷a c¸c thµnh phÇn (phÇn cøng vµ phÇn mÒm) nhê c¸c dao diÖn chuÈn - Më ra nhiÒu chøc n¨ng vµ kh¶ n¨ng øng dông míi cña hÖ thèng, c¸c øng dông ®iÒu khiÓn ph©n t¸n, ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t hoÆc chÈn ®o¸n lçi tõ xa qua Internet. Trong ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, c¸c hÖ th«ng bus tr−êng còng ®f dÇn thay ._.thÕ c¸c m¹ch dßng t−¬ng tù (current loop) 4-20mA. ¦u thÕ cña gi¶i ph¸p dïng m¹ng c«ng nghiÖp kh«ng nh÷ng n»m ë ph−¬ng diÖn kü thuËt, mµ cßn ë khÝa c¹nh hiÖu qu¶ kinh tÕ. ChÝnh vÞ vËy, øng dông cña nã réng rfi trong hÇu hÕt c¸c lÜnh vùc c«ng nghiÖp nh− ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh, tù ®éng ho¸ xÝ nghiÖp, tù ®éng ho¸ toµ nhµ, ®iÒu khiÓn giao th«ng,… Nãi tãm l¹i sö dông m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp lµ kh«ng thÓ thiÕu ®−îc trong viÖc tÝch hîp c¸c hÖ thèng tù déng ho¸ hiÖn ®¹i. §Ó s¾p xÕp, ph©n lo¹i vµ ph©n tÝch ®Æc tr−ng c¸c hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp, ta dùa vµo m« h×nh ph©n cÊp quen thuéc cho c¸c c«ng ty, xÝ nghiÖp s¶n xuÊt. Víi lo¹i m« h×nh nµy, c¸c chøc n¨ng ®−îc ph©n thµnh nhiÒu cÊp kh¸c nhau, nh− ®−îc minh hoa trªn h×nh 3.1 Cµng ë c¸c cÊp d−íi th× c¸c chøc n¨ng cµng mang tÝnh c¬ b¶n h¬n vµ ®ßi hái yªu cÇu cao h¬n vÒ ®é nhanh nh¹y, thêi gian ph¶n øng. Mét chøc n¨ng ë cÊp trªn ®−îc thùc hiÖn dùa trªn c¸c chøc n¨ng ë cÊp d−íi, tuy kh«ng ®ßi hái thêi gian ph¶n H×nh 2.1 : M« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng c«ng ty s¶n xuÊt c«ng nghiÖp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………28 øng nhanh nh− ë cÊp d−íi nh−ng ng−îc l¹i l−îng th«ng tin cÇn trao ®æi vµ xö lý l¹i nhiÒu h¬n. Cã thÓ coi ®©y lµ mét m« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng cho c¶ hÖ thèng tù ®éng ho¸ nãi chung còng nh− cho hÖ thèng truyÒn th«ng nãi riªng cña mét c«ng ty. T−¬ng øng víi 5 cÊp chøc n¨ng lµ 4 cÊp cña hÖ thèng truyÒn th«ng. Tõ cÊp ®iÒu khiÓn gi¶m s¸t xuèng thuËt ng÷ “bus” th−êng ®−îc dïng thay cho “m¹ng”, víi lý do phÇn lín c¸c hÖ thèng m¹ng phÝa d−íi ®Òu cã cÊu tróc vËt lý hoÆc logic kiÓu bus. Nh− ta sÏ thÊy, m« h×nh ph©n cÊp chøc n¨ng sÏ tiÖn lîi cho viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng vµ lùa chän thiÕt bÞ. Trong thùc tÕ øng dông, sù ph©n cÊp chøc n¨ng cã thÓ kh¸c mét chót so víi tr×nh bµy ë ®©y, tuú thuéc vµo møc ®é tù ®éng ho¸ vµ cÊu tróc hÖ thèng cô thÓ. Trong nh÷ng tr−êng hîp øng dông ®¬n gi¶n nh− ®iÒu khiÓn trang thiÕt bÞ th«ng dông ( m¸y giÆt, m¸y l¹nh, ®iÒu hoµ ®é Èm,…) sù ph©n chia nhiÒu cÊp cã thÓ hoµn toµn kh«ng cÇn thiÕt. Ng−îc l¹i, trong tù ®éng ho¸ mét nhµ m¸y lín hiÖn ®¹i nh− ®iÖn nguyªn tö, s¶n xuÊt xi m¨ng, läc dÇu, ta cã thÓ chia nhá h¬n n÷a c¸c cÊp chøc n¨ng ®Ó tiÖn theo dâi. 2.2 M¹ng truyÒn th«ng Profibus PROFIBUS ( Process Field Bus) lµ mét hÖ thèng bus tr−êng ®−îc ph¸t triÓn ë §øc tõ n¨m 1987, do 21 c«ng ty vµ c¬ quan tham gia nghiªn cøu hîp t¸c. Sauk hi ®−îc chuÈn ho¸ quèc gia víi DIN 19245, PROFIBUS ®f trë thµnh chuÈn ch©u ¢u EN 50 170 vµ chuÈn quèc tÕ IEC 61158 vµo cuèi n¨m 1999. Bªn c¹nh ®ã, PROFIBUS cßn ®−îc ®−a vµo trong chuÈn IEC 61784 còng nh− víi c¸c ph¸t triÓn míi gÇn ®©y, PROFIBUS kh«ng chØ dõng l¹i lµ mét hÖ thèng truyÒn th«ng, mµ cßn ®−îc coi lµ mét c«ng nghÖ tù ®éng ho¸. PROFIBUS ®Þnh nghÜa c¸c ®Æc tÝnh cña mét hÖ thèng bus cho phÐp kÕt nèi nhiÒu thiÕt bÞ kh¸c nhau, tõ c¸c thiÕt bÞ tr−êng cho tíi vµo/ra ph©n t¸n, c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t. PROFIBUS ®−îc ®Þnh nghÜa ba lo¹i giao thøc lµ PROFIBUS – FMS , PROFIBUS –DP vµ PROFIBUS –PA. FMS lµ giao thøc nguyªn b¶n cña PROFIBUS, ®−îc dïng chñ yÕu cho viÖc giao tiÕp gi÷a c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn vµ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t. B−íc tiÕp theo lµ sù ra ®êi cña DP vµo n¨m 1993 – mét giao thøc ®¬n gi¶n vµ nhanh h¬n nhiÒu so víi FMS. PROFIBUS –DP ®−îc x©y dùng tèi −u cho viÖc kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ vµo/ ra ph©n t¸n vµ c¸c thiÕt bÞ tr−êng víi c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn. PROFIBUS –FMS vµ PROFIBUS –DP lóc ®Çu ®−îc sö dông réng rfi trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp chÕ t¹o, l¾p r¸p . Tuy nhiªn gÇn ®©y, vai trß cña PROFIBUS –FMS cµng trë lªn mê nh¹t bëi sù canh tranh cña c¸c hÖ dùc trªn nÒn Ethernet ( Ethernet/IP, PROFINet, High-Speed Ethernet…). Trong khi ®ã PROFIBUS-DP ngµy cµng lan réng sang nhiÒu lÜnh vùc kh¸c. PROFIBUS –PA lµ kiÓu ®Æc biÖt ®−îc sö dông ghÐp nèi trùc tiÕp c¸c thiÕt bÞ tr−êng trong lÜnh vùc tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh cã m«i tr−êng dÔ ch¸y næ, ®Æc biªt trong c«ng nghiÖp chÕ biÕn. Thùc chÊt PROFIBUS –PA chÝnh lµ sù më réng cña PROFIBUS –DP xuèng cÊp tr−êng cho lÜnh vùc c«ng nghiÖp chÕ biÕn. Ngµy nay PROFIBUS lµ hÖ bus tr−êng hµng ®Çu thÕ giíi, cã thÓ nãi Profibus lµ gi¶i ph¸p chuÈn, ®¸ng tin cËy cho nhiÒu ph¹m vi øng dông kh¸c nhau, ®Æc biÕt lµ øng dông cã yªu cÇu cao vÒ tÝnh n¨ng thêi gian. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………29 2.2.1 KiÕn tróc giao thøc PROFIBUS chØ thùc hiÖn c¸c líp 1, líp 2 vµ líp 7 theo m« h×nh qui chiÕu OSI, nh− minh ho¹ trªn h×nh 3.2: tuy nhiªn, PROFIBUS –DP vµ PA bá qua c¶ líp 7 nh»m tèi −u ho¸ viÖc trao ®æi d÷ liÖu qu¸ tr×nh gi÷a cÊp ®iÒu khiÓn vµ cÊp chÊp hµnh. Mét sè chøc n¨ng cßn thiÕu ®−îc bæ sung qua líp giao diÖn sö dông n»m trªn líp 7. Bªn c¹nh c¸c hµm dÞch vô DP c¬ së vµ më réng ®−îc quy ®Þnh t¹i líp giao diÖn sö dông. C¶ ba giao thøc FMS, DP vµ PA ®Òu cã chung líp liªn kÕt d÷ liÖu ( líp FDL). PROFIBUS –PA còng cã cïng giao diÖn sö dông nh− DP, tuy nhiªn tÝnh n¨ng cña c¸c thiÕt bÞ ®−îc quy ®Þnh kh¸c nh»m phï hîp víi m«i tr−êng lµm viÖc dÔ ch¸y næ. Kü thuËt truyÒn dÉn MBP (Manchester coded, Bus Powered) Theo IEC 1158-2 cò ®−îc ¸p dông ë ®©y ®¶m b¶o vÊn ®Ò an toµn vµ cung cÊp nguån cho c¸c thiÕt bÞ qua cïng d©y dÉn Bus. §Ó tÝch hîp c¸c ®o¹n m¹ng DP vµ PA cã thÓ dung bé chuyÓn ®æi (DP/PA-Link, DP/PA- Coupler) cã s½n trªn thÞ tr−êng. Líp øng dông cña FMS bao gåm hai líp con lµ FMS (Fieldbus Message Spesification) vµ LLI (Lower Layer Interface), trong ®ã FMS chÝnh lµ tËp con cña chuÈn MMS. Líp FMS ®¶m nhiÖm viÖc xö lý giao thøc sö dông vµ cung cÊp c¸c dÞch vô truyÒn th«ng, Trong khi LLI cã vai trß trung gian cho FMS kÕt nèi víi líp 2 mµ kh«ng phô thuéc vµo c¸c thiÕt bÞ riªng biÖt. Líp LLI cßn cã nhiÖm vô thùc hiÖn c¸c chøc n¨ng b×nh th−êng thuéc c¸c líp 3-6, vÝ dô t¹o ra ng¾t nèi, kiÓm so¸t l−u th«ng. PROFIBUS –FMS vµ PROFIBUS –DP sö dông cïng mét kü thuËt truyÒn dÉn vµ ph−¬ng ph¸p truy nhËp bus, v× vËy cã thÓ cïng ho¹t ®éng trªn mét ®−êng truyÒn vËt lý duy nhÊt. Líp vËt lý cña PROFIBUS qui ®Þnh vÒ kü thuËt truyÒn dÉn tÝn hiÖu, m«i tr−êng truyÒn dÉn, cÊu tróc m¹ng vµ giao diÖn c¬ häc. C¸c kü thuËt truyÒn dÉn ë ®©y lµ RS – 485, RS- 485 IS ( IS: Intrinsically Safe) ®−îc ph¸t triÓn trªn c¬ së RS – 585 ®Ó cã thÓ sö dông trong m«i tr−êng ®ßi hái an toµn ch¸y næ. Líp liªn kÕt d÷ liÖu ë PROFIBUS ®−îc gäi lµ FDL (Fieldbus Data Link), cã chøc n¨ng kiÓm so¸t truy nhËp bus, cung cÊp cung cÊp c¸c dÞch vô c¬ b¶n (cÊp thÊp) cho viÖc trao ®æi d÷ liÖu mét c¸ch tin cËy, kh«ng phô thuéc vµo ph−¬ng ph¸p truyÒn dÉn ë líp vËt lý. H×nh 2.2: KiÕn tróc giao thøc cña Profibus Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………30 2.2.2 CÊu tróc m¹ng vµ kü thuËt truyÒn dÉn a, TruyÒn dÉn víi RS – 485 ChuÈn truyÒn PROFIBUS theo IEC 61158 qui ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh ®iÖn häc vµ c¬ häc cña giao diÖn RS 485 còng nh− m«i tr−êng truyÒn th«ng, trªn c¬ së ®ã c¸c øng dông cã thÓ lùa chän c¸c th«ng sè thÝch hîp. C¸c ®Æc tÝnh ®iÖn häc bao gåm: - Tèc ®é truyÒn th«ng tõ 9,6 kbit/s ®Õn 12kbit/s - CÊu tróc ®−êng th¼ng kiÓu ®−êng trôc/ ®−êng nh¸nh (trunk-line/drop-line) hoÆc daisy-chain, trong ®ã cã tèc ®é truyÒn tõ 1,5 Mbit/s trë lªn theo cÊu tróc daisy – chain. - C¸p truyÒn ®−îc sö dông lµ ®«i d©y xo¾n cã b¶o vÖ. HiÖp héi PI khuyÕn c¸o dïng c¸p lo¹i A. - Trë kÕt thóc cã d¹ng tin cËy (fail-safe biasing) víi ®iÖn trë lÇn l−ît lµ 390Ω - 220Ω- 390Ω. - ChiÒu dµi tèi ®a cña mét ®o¹n m¹ng tõ 100 ®Õn 1200m, phô thuéc vµo tèc ®é truyÒn ®−îc lùa chän. Quan hÖ gi÷a tèc ®é truyÒn vµ chiÒu dµi tèi ®a cña mét ®o¹n m¹ng ®−îc tãm t¾t trªn b¶ng 3.3. - Sè l−îng tèi ®a c¸c tr¹m trong mçi ®o¹n m¹ng lµ 32. Cã thÓ dïng tèi ®a 9 bé lÆp tøc 10 ®o¹n m¹ng. Tæng sè tr¹m tèi ®a trong mét m¹ng lµ 126. - ChÕ ®é truyÒn t¶i kh«ng ®ång bé vµ 2 chiÒu kh«ng ®ång thêi. - Ph−¬ng ph¸p mf ho¸ bit NRZ. B¶ng 2.1: ChiÒu dµi tèi ®a cña mét ®o¹n m¹ng PROFIBUS (c¸p STP lo¹i A) Tèc ®é (Kbit/s) 9,6/19,2/45,45/ 93,75 187,5 500 1500 3000/6000/ 1200 ChiÒu dµi (mÐt) 1200 1000 400 200 100 VÒ giao diÖn c¬ häc cho c¸c bé nèi, lo¹i D-Sub 9 ch©n ®−îc sö dông phæ biÕn nhÊt víi cÊp b¶o vÖ IP20. Trong tr−êng hîp yªu cÇu cÊp b¶o vÖ IP65/67, cã thÓ sö mét trong c¸c lo¹i sau ®©y: - Bé nèi trßn M12 theo chuÈn IEC 947-5-2 - Bé nèi Han-Brid theo khuyÕn c¸o cña DESINA - Bé nèi kiÓu lai cña Siemens. b, TruyÒn dÉn víi RS – 485IS Mét trong nh÷ng −u ®iÓm cña RS-485 lµ cho phÐp truyÒn tèc ®é cao, v× thÕ nã ®−îc ph¸t triÓn ®Ó phï hîp víi m«i tr−êng ®ßi hái an toµn ch¸y næ. Víi RS – 485IS tæ chøc PNO ®f ®−a ra chØ dÉn vµ quy ®Þnh ngÆt nghÌo vÒ møc ®iÖn ¸p vµ møc tiªu thô cña c¸c thiÕt bÞ lµm c¬ së cho c¸c nhµ cung cÊp. Kh¸c víi m« h×nh FISCO chØ cho phÐp mét nguån tÝch cùc an toµn riªng, ë ®©y mçi tr¹m ®Òu lµ mét nguån tÝch cùc, dßng tæng céng cña tÊt c¶ c¸c tr¹m kh«ng ®−îc phÐp v−ît qu¸ mét gi¸ trÞ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………31 tèi ®a cho phÐp. C¸c thö nghiÖm cho thÊy còng cã thÓ ghÐp nèi tèi ®a 32 tr¹m trong mét ®o¹n m¹ng RS – 485IS. c, TruyÒn dÉn víi c¸p quang C¸p quang thÝch hîp ®Æc biÕt trong c¸c lÜnh vùc øng dông cã m«i tr−êng lµm viÖc nhiÔu m¹nh hoÆc ®ßi hái ph¹m vi phñ m¹ng lín. C¸c lo¹i c¸p quang cã thÓ sö dông d−íi ®©y lµ: - Sîi thuû tinh ®a chÕ ®é víi kho¶ng c¸ch tèi ®a 2-3km vµ sîi thuû tinh ®¬n chÕ ®é víi kho¶ng c¸ch truyÒn cã thÓ trªn 15km. - Sîi chÊt dÎo víi chiÒu dµi tèi ®a trªn 80m vµ sîi HCS víi chiÒu dµi tèi ®a 500m. Do ®Æc ®iÓm liªn kÕt ®iÓm - ®iÓm ë c¸p quang, cÊu tróc m¹ng chØ cã thÓ lµ h×nh sao hoÆc m¹ch vßng. Trong thùc tÕ, c¸p quang th−êng ®−îc sö dông kÕt hîp víi RS – 485 nªn cÊu tróc m¹ng phøc t¹p h¬n. PROFIBUS -DP Nh− ®f biÕt, m¹ng Profibus DP cã thÓ x©y dùng cã nhiÒu tr¹m chñ t¹o thµnh nhiÒu líp víi c¸c chøc n¨ng kh¸c nhau cña tõng líp ®Ó dÔ dµng cho viÖc ®iÒu khiÓn, chÈn ®o¸n lçi còng nh− b¶o tr× vµ söa ch÷a m¹ng.  C¸c líp m¹ng - Líp DP Master 1: Líp m¹ng nµy bao gåm c¸c phÇn tö ®iÒu khiÓn trung t©m trao ®æi th«ng tin víi c¸c tr¹m ph©n t¸n theo ph−¬ng ph¸p hái vßng (polling). C¸c phÇn tö Master trong líp m¹ng nµy cã c¸c chøc n¨ng sau: - Thu thËp c¸c th«ng tin tõ c¸c tr¹m DP Slave. - T¹o chu tr×nh trao ®æi th«ng tin víi c¸c DP Slave. - §Æt th«ng sè vµ thiÕt lËp cÊu h×nh cho c¸c DP Slave. - §iÒu khiÓn c¸c DP Slave víi c¸c c©u lÖnh ®iÒu khiÓn. C¸c chøc n¨ng nµy ®−îc ®Æt ®éc lËp dùa trªn giao diÖn ng−êi sö dông cña dÞch vô giao diÖn. C¸c thiÕt bÞ ®iÓn h×nh cho líp m¹ng nµy lµ c¸c PLC, CNC, Robot Controler… - Líp DP Master 2: §©y lµ líp c¸c thiÕt bÞ lËp tr×nh, thiÕt lËp cÊu h×nh vµ chuÈn ®o¸n. Líp nµy ®−îc thiÕt lËp ngay khi cµi ®Æt m¹ng DP. Líp m¹ng nµy cã thÓ giao tiÕp víi DP Master líp 1 vµ DP Slave. Víi DP Master líp 1 cã c¸c chøc n¨ng sau: - NhËp c¸c th«ng tin chuÈn ®o¸n cña c¸c DP Slave víi c¸c DP Master líp 1. - Upload vµ download m¶ng th«ng tin. - §Æt vµ kÝch ho¹t th«ng sè hÖ thèng BUS. - KÝch ho¹t hoÆc mét DP Slave. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………32 - HiÖu chØnh ho¹t ®éng DP Master líp 1. Víi DP Slave, c¸c DP Master líp 2 cã c¸c chøc n¨ng sau: - §äc th«ng tin cÊu h×nh c¸c DP Slave. - §äc c¸c th«ng tin vµo/ra. - §Æt ®Þa chØ c¸c DP Slave. - Líp DP Slave: C¸c tr¹m DP Slave cã thÓ lµ c¸c bé ®iÒu khiÓn, phÇn tö ®o, phÇn tö ®äc mf, c¸c c¬ cÊu chÊp hµnh c¶m biÕn gäi lµ c¸c tr¹m ngo¹i vi. C¸c tr¹m nµy trao ®æi d÷ liÖu víi c¸c tr¹m chñ víi ®é dµi d÷ liÖu lín nhÊt 246 byte, ®iÓn h×nh th−êng sö dông c¸c thiÕt bÞ cã ®é dµi d÷ liÖu sö dông max 32 byte.  ThiÕt lËp m¹ng Cã thÓ thiÕt lËp m¹ng Profibus-DP tíi ®a 126 tr¹m víi mét hoÆc nhiÒu tr¹m chñ - ThiÕt lËp m¹ng Profibus DP víi PLC CPU 313C-2DP PhÇn nµy sÏ h−íng dÉn c¸ch t¹o lËp mét m¹ng Profibus- DP cã thÓ truyÒn th«ng theo hai chiÒu (bidirectional communication) tõ c¸c CPU S7-300 §Ó cã thÓ ghÐp nèi m¹ng Profibus – DP, c¸c CPU ph¶i cã cæng DP, c¸c CPU nµy sÏ cã m¸c hiÖu cã ch÷ DP (vÝ dô : CPU 313C- 2DP, CPU 314C-2DP, CPU 315F- 2DP...), khi ®ã ta sÏ sö dông trùc tiÐp c¸c cæng nµy ®Ó ghÐp nèi c¸c CPU (tr¹m ) trong m¹ng, sè l−îng c¸c c¸c tr¹m cã thÓ lªn tíi 126 tr¹m H×nh 2.3: M¹ng Profibus-DP nhiÒu tr¹m chñ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………33 - Cable nèi m¹ng Profibus - DP: §Ó ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ trong m¹ng Profibus – DP ta sö dông cable Profibus, ta cã thÓ sö dông cable nèi do Siemens cung cÊp, khi ghÐp nèi cÇn chó ý tíi c«ng t¾c t¹i ®Çu nèi. ë hai tr¹m hai ®Çu cña m¹ng c¸c c«ng t¾c ®−îc ®Æt ë vÞ trÝ ON, c¸c tr¹m cßn l¹i c«ng t¾c ®Æt ë vÞ trÝ OFF M¹ng Profibus - DP sö dông chuÈn truyÒn RS-485, ®©y lµ mét chuÈn truyÒn c«ng nghiÖp, tÝn hiÖu truyÒn lµ ®iÖn ¸p vi sai trªn hai d©y (A vµ B), do ®ã cã kh¶ n¨ng chèng nhiÔu cao vµ cho phÐp truyÒn d÷ liÖu víi kho¶ng c¸ch lín, kho¶ng c¸ch gi÷a hai tr¹m trong tèi ®a lµ 50m nÕu sö dông c¸c bé lÆp tÝn hiÖu (Repeater) sÏ cho phÐp n©ng kho¶ng c¸ch lªn tíi 1000m Tr¹m 1 Tr¹m 2 50m Tèi ®a1000m 50m Vá bäc nèi ®Êt C«ng t¾c D©y truyÒn tÝn hiÖu H×nh 2.4: Cable nèi m¹ng Profibus-DP H×nh 2.5: Kho¶ng c¸ch gi÷a hai tr¹m khi dïng chuÈn truyÒn RS-485 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………34 2.3 M¹ng truyÒn th«ng Ethernet Ethernet lµ kiÓu m¹ng cô bé (LAN) ®−îc sö dông réng rfi nhÊt hiÖn nay. Thùc chÊt Ethernet chØ lµ m¹ng cÊp d−íi (líp vËt lý lµ mét phÇn líp liªn kÕt d÷ liÖu), v× vËy cã thÓ sö dông c¸c giao thøc kh¸c nhau ë phÝa trªn, trong ®ã TCP/IP lµ tËp giao thøc ®−îc sö dông réng rfi nhÊt. Tuy vËy, mçi nhµ cung cÊp s¶n phÈm cã thÓ thùc hiÖn giao thøc riªng hoÆc theo mét chuÈn quèc tÕ cho gi¶i ph¸p cña m×nh trªn c¬ së Ethernet. High Speed Ethernet (HSE) cña Fielbus Foundation chÝnh lµ mét trong t¸m hÖ bus tr−êng ®−îc chuÈn ho¸ quèc tÕ theo IEC 61158. Ethernet cã xuÊt sø lµ tªn gäi mét s¶n phÈm cña c«ng ty Xerox, ®−îc sö dông ®Çu tiªn vµo n¨m 1975 ®Ó nèi m¹ng 100 tr¹m m¸y tÝnh c¸p ®ång trôc dµi 1km, tèc ®é truyÒn 2,94Mbit/s vµ ¸p dông ph−¬ng ph¸p truy nhËp bus CSMA/CD. Tõ sù thµnh c«ng cña s¶n phÈm nµy, Xerox ®f cïng DEC vµ Intel ®f x©y dùng mét chuÈn 10Mbit/s – Ethernet. ChuÈn nµy chÝnh lµ c¬ së cho IEEE 802.3u sau nµy. §Æc biÖt víi phiªn b¶n 100Mbit/s ( Fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngµy cµng ®ãng vai trß quuan träng trong c¸c hÖ thèng c«ng nghiÖp. Bªn c¹nh viÖc sö dông c¸p ®ång trôc, ®«i d©y xo¾n vµ c¸p quang, gÇn ®©y Ethernet kh«ng d©y (Wireless LAN, IEEE 802.11), còng ®f thu hót sù quan t©m lín. 2.3.1 KiÕn tróc giao thøc H×nh 3.7 cho minh ho¹ kiÕn tróc giao thøc cña Ethernet/IEEE 802.3 trong tËp chuÈn IEEE 802. Líp liªn kÕt d÷ liÖu ®−îc chia thµnh 2 líp con lµ líp LLC (Logical Link Control) vµ MAC (Medium Access Control). Nh− vËy, ph¹m vi cña Ethernet/IEEE 802.3 chØ bao gåm líp vËt lý vµ líp MAC. §iÓm kh¸c biÖt c¬ b¶n so víi ®Æc t¶ Ethernet lóc ®Çu lµ chuÈn 802.3 ®f ®−a ra mét hä c¸c hÖ thèng trªn c¬ së CSMA/CD, víi tèc ®é truyÒn tõ 1- 10Mbit/s cho nhiÒu m«i tr−êng kh¸c truyÒn dÉn kh¸c nhau. Bªn c¹nh ®ã, trong cÊu truóc bøc ®iÖn còng cã sù kh¸c biÖt nhá: « chøa chiÒu dµi bøc ®iÖn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………35 theo 802.3 chØ ®Þnh kiÓu giao thøc phÝa trªn ë Ethernet. Tuy nhiªn, ngµy nay khi ta nãi tíi Ethernet còng lµ chØ mét lo¹i s¶n phÈm thùc hiÖn theo chuÈn IEEE 802.3. 2.3.2 CÊu tróc m¹ng vµ kü thuËt truyÒn dÉn VÒ mÆt logic, Ethenet cã cÊu tróc bus. CÊu tróc m¹ng vËt lý cã thÓ lµ ®−êng th¼ng hoÆc h×nh sao tuú theo ph−¬ng tiÖn truyÒn dÉn. Bèn lo¹i c¸p th«ng dông nhÊt cïng c¸c ®Æc tÝnh ®−îc liÖt kª d−íi ®©y. C¸c tªn hiÖu 10BAE5, 10BASE2, 10BASE-T vµ 10BASE-F ®−îc sö dông víi ý nghÜa nh− sau: Lo¹i 10BASE5 cßn ®−îc gäi lµ c¸p dÇy (thick Ethernet), lo¹i c¸p ®ång trôc th−êng cã mµu vµng theo ®Ò nghÞ trong 802.3. Ký hiÖu 10BASE5 cã nghÜa lµ tèc ®é truyÒn tèi ®a 10Mbit/s, ph−¬ng ph¸p truyÒn t¶i d¶i c¬ së vµ chiÒu dµi mét ®o¹n m¹ng tèi ®a 500m. Lo¹i c¸p ®ång trôc thø 2 cã ký hiÖu 10BASE2 ®−îc gäi lµ c¸p máng (thin Ethernet), rÎ h¬n nh−ng h¹n chÕ mét ®o¹n m¹ng ë ph¹m vi 200m vµ sè l−îng 30 tr¹m. B¶ng 2.2 Mét sè lo¹i c¸p truyÒn Ethernet th«ng dông Tªn hiÖu Lo¹i c¸p ChiÒu dµi ®o¹n tèi ®a Sè tr¹m tèi ®a/®o¹n 10BASE5 C¸p ®ång trôc dÇy 500m 100 10BASE2 C¸p ®ång trôc máng 200m 30 10BASE-T ®«i d©y xo¾n 100m 1024 10BASE-F C¸p quang 2000m 1024 Ba kiÓu nèi d©y víi c¸p ®ång trôc vµ ®«i d©y xo¾n ®−îc minh ho¹ trªn h×nh 3.8. Víi 10BASE5, bé nèi ®−îc gäi lµ vßi hót (vampire tap), ®ãng vai trß mét bé thu ph¸t (transceiver). Bé thu ph¸t chøa vi m¹ch ®iÖn tö thùc hiÖn chøc n¨ng nghe ngãng ®−êng truyÒn vµ nhËn biÕt xung ®ét. Trong tr−êng hîp xung ®ét ®−îc ph¸t hiÖn, bé thu ph¸t göi mét tÝn hiÖu kh«ng hîp lÖ ®Ó tÊt c¶ c¸c bé thu ph¸t kh¸c còng ®−îc biÕt r»ng xung ®ét ®f x¶y ra. Nh− vËy, chøc n¨ng giao diÖn m¹ng sÏ ®−îc gi¶m nhÑ. C¸p nèi gi÷a bé thu ph¸t vµ card giao diÖn m¹ng ®−îc gäi lµ c¸p thu ph¸t, cã thÓ dµi tíi 50m vµ chøa n¨m ®«i d©y Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………36 xo¾n bäc lãt riªng biÖt (STP). Hai ®«i d©y cÇn trao ®æi d÷ liÖu, hai ®«i d©y cho truyÒn tÝn hiÖu ®iÒu khiÓn, cßn ®«i d©y thø 5 cã thÓ dïng cung cÊp nguån cho bé thu ph¸t. Mét sè bé thu ph¸t cho phÐp nèi tíi 8 tr¹m qua c¸c cæng kh¸c nhau, nhê vËy tiÕt kiÖm ®−îc bé nèi còng nh− c«ng l¾p ®Æt. Víi 10BASE2, card giao diÖn m¹ng ®−îc nèi víi c¸p ®ång trôc th«ng qua mét bé nèi thô ®éng BNC h×nh ch÷ T. Bé thu ph¸t ®−îc tÝch hîp trong b¶ng m¹ch ®iÖn tö cña module giao diÖn m¹ng bªn trong m¸y tÝnh. Nh− vËy, mçi tr¹m cã mét bé thu ph¸t riªng biÖt. VÒ b¶n chÊt, c¶ hai kiÓu d©y víi c¸p ®ång trôc nh− nãi ë trªn ®Òu thùc hiÖn cÊu tróc bus (vËt lý còng nh− logic), v× thÕ cã −u ®iÓm lµ tiÕt kiÖm ®ay dÉn. Tuy nhiªn, c¸c lçi phÇn cøng nh− ®øt c¸p, láng bé nèi rÊt khã ph¸t hiÖn trùc tuyÕn. MÆc dï ®f cã mét sè biÖn ph¸p kh¾c phôc, ph−¬ng ph¸p tin cËy h¬n lµ sö dông cÊu tróc h×nh sao víi mét bé chia (Hub) hoÆc mét bé chuyÓn m¹ch (switch). CÊu tróc nµy th«ng th−êng ®−îc ¸p dông víi ®«i d©y xo¾n, nh−ng còng cã thÓ ¸p dông ®−îc víi c¸p ®ång trôc. Víi 10BASE-T, c¸c tr¹m ®−îc nèi nvíi nhau qua mét bé chia gièng nh− c¸ch nèi c¸c m¸y ®iÖn tho¹i. Trong cÊu tróc nµy, viÖc bæ xung hoÆc t¸ch mét tr¹m ra khái m¹ng còng nh− viÖc ph¸t hiÖn lçi c¸p truyÒn rÊt ®¬n gi¶n. Bªn c¹nh nh−îc ®iÓm lµ tèn d©y dÉn vµ c«ng ®i d©y th× chi phi cho bé chia chÊt l−îng cao còng lµ mét vÊn ®Ò. Bªn c¹nh ®ã kho¶ng c¸ch tèi ®a cho phÐp tõ mét tr¹m tíi bé chia th−êng bÞ h¹n chÕ trong vßng 100-150m. Bªn c¹nh c¸p ®ång trôc vµ ®«i d©y xo¾n th× c¸p quang còng ®−îc sö dông nhiÒu trong Ethernet, trong ®ã ®Æc biÖt phæ biÕn lµ 10BASE-F. Víi c¸ch ghÐp nèi duy nhÊt lµ ®iÓm-®iÓm, cÊu tróc m¹ng cã thÓ lµ daisy-chain, h×nh sao Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………37 hoÆc h×nh c©y. Th«ng th−êng, chi phÝ cho c¸c bé nèi vµ chÆn ®Çu cuèi rÊt lín nh−ng kh¶ n¨ng kh¸ng nhiÔu tèt vµ tèc ®é truyÒn cao lµ c¸c yÕu tè quyÕt ®Þnh trong hiÒu ph¹m vi øng dông. Trong nhiÒu tr−êng hîp, ta cã thÓ sö dông phèi hîp nhiÒu lo¹i trong mét m¹ng Ethernet. VÝ dô c¸p quang hoÆc c¸p ®ång trôc dÇy cã thÓ sö dông lµ ®−êng trôc chÝnh hay x−¬ng sèng (backbone) trong cÊu tróc c©y, víi c¸c ®−êng nh¸nh lµ c¸p máng hoÆc ®«i d©y xo¾n. §èi víi m¹ng quy m« lín, cã thÓ sö dông c¸c bé lÆp. Mét hÖ thèng kh«ng h¹n chÕ sè l−îng c¸c ®o¹n m¹ng còng nh− sè l−îng c¸c bé lÆp, nh−ng ®−êng dÉn gi÷a hai bé thu ph¸t kh«ng ®−îc phÐp dµi qu¸ 2,5km còng nh− kh«ng ®−îc ®i qua qu¸ bèn bé lÆp. Toµn bé c¸c hÖ thèng theo chuÈn 802.3 sö dông chÕ ®é truyÒn ®ång bé víi mf Manchester. Bit 0 t−¬ng øng víi s−ên lªn vµ bit 1 t−¬ng øng víi s−ên xuèng cña xung ë gi÷a mét chu kú bit. Møc tÝn hiÖu ®èi víi m«i tr−êng c¸p ®iÖn lµ +0,85 V vµ -0,85V, t¹o møc trung hoµ lµ 0V. 2.3.4 C¬ chÕ giao tiÕp Sù phæ biÕn cña Ethernet cã ®−îc lµ nhê tÝnh n¨ng më. Thø nhÊt, Ethernet chØ quy ®Þnh líp vËt lý vµ líp MAC, cho phÐp c¸c hÖ thèng kh¸c nhau tuú ý thùc hiÖn c¸c giao thøc vµ dÞch vô phÝa trªn. Thø hai, ph−¬ng ph¸p truy nhËp bus ngÉu nhiªn CSMA/CD kh«ng yªu cÇu c¸c tr¹m tham gia ph¶I biÕt cÊu h×nh m¹ng, v× vËy cã thÓ bæ sung hay t¸ch mét tr¹m ra khái m¹ng mµ kh«ng ¶nh h−ëng tíi phÇn m¹ng cßn l¹i. Thø ba, viÖc chuÈn ho¸ sím trongIEEE 802.3 gióp cho c¸c nhµ cung cÊp s¶n phÈm thùc hiÖn dÔ dµng h¬n. Trong mét m¹ng Ethernet, kh«ng kÓ tíi bé chia hoÆc bé chuyÓn m¹ch th× tÊt c¶ c¸c tr¹m ®Òu cã vai trß b×nh ®¼ng nh− nhau. Mçi tr¹m (hay nãi c¸ch kh¸c mçi module giao diÖn m¹ng, mçi card m¹ng) cã mét ®Þa chØ Ethernet riªng biÖt, thèng nhÊt toµn cÇu. ViÖc giao tiÕp gi÷a c¸c tr¹m ®−îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c giao thøc phÝa trªn, vÝ dô NetBUI, IPX/SPX hoÆc TCP/IP. Tuú theo giao thøc cô thÓ, c¨n c−íc (tªn, mf sè hoÆc ®Þa chØ) cña bªn göi vµ bªn nhËn trong mét bøc ®iÖn cña líp phÝa trªn (vÝ dô líp m¹ng) sÏ ®−îc dÞch sang ®Þa chØ Ethernet tr−íc khi ®−îc chuyÓn xuèng líp MAC. Bªn c¹nh c¬ chÕ giao tiÕp tay ®«i, Ethernet cßn hç trî ph−¬ng ph¸p göi th«ng b¸o ®ång lo¹t (multicast vµ broadcast). Mét th«ng b¸o multicast göi tíi mét nhãm c¸c tr¹m, trong khi mét th«ng b¸o broadcast göi tíi tÊt c¶ c¸c tr¹m c¸c lo¹i th«ng b¸o nµy ®−îc ph©n biÖt bëi kiÓu ®Þa chØ, nh− ®−îc tr×nh bµy trong môc sau. 2.3.5 CÊu tróc bøc ®iÖn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………38 IEEE 802.3/Ethernet chØ quy ®Þnh líp MAC vµ líp vËt lý, v× vËy mét bøc ®iÖn cßn ®−îc gäi lµ khung MAC. CÊu tróc mét khung MAC ®−îc minh ho¹ trªn h×nh 3.9 Më ®Çu mét khung MAC lµ 56bit 0 vµ 1 lu©n phiªn tøc 7 byte gièng nhau cã gi¸ trÞ 55H. Víi mf Manchester, tÝn hiÖu t−¬ng øng sÏ cã d¹ng tuÇn hoµn, ®−îc bªn nhËn sö dông ®Ó ®ång bé nhÞp víi bªn göi. Nh− vËy, viÖc ®ång bé ho¸ chØ ®−îc thùc hiÖn mét lÇn cho c¶ bøc ®iÖn. ë tèc ®é truyÒn 10Mbit/s, kho¶ng thêi gian ®ång bé ho¸ lµ 5,6µs. TiÕp sau lµ 1 byte SFD (Start of Frame Delimiter) chøa dfy bit 10101011, ®¸nh dÊu khëi ®Çu khung MAC. §óng ra, dfy bit më ®Çu vµ byte SFD kh«ng thùc sù thuéc vµo khung MAC. Theo 802.3, ®Þa chØ ®Ých vµ ®Þa chØ nguån cã thÓ lµ 2 hoÆc 6 byte, nh−ng chuÈn quy ®Þnh cho truyÒn d¶i c¬ së 10Mbit/s (tøc 10 BASEx) chØ sö dông ®Þa chØ 6 byte. Bit cao nhÊt trong ®Þa chØ ®Ých cã gi¸ trÞ 0 cho c¸c ®Þa chØ th«ng th−êng vµ gi¸ trÞ 1 cho c¸c ®Þa chØ nhãm. §èi víi c¸c th«ng b¸o göi cho tÊt c¶ c¸c tr¹m (broadcast), tÊt c¶ c¸c bit trong chØ ®Ých sÏ lµ 1. Cã hai lo¹i ®Þa chØ Ethernet lµ c¸c ®Þa chØ côc bé vµ c¸c ®Þa chØ toµn cÇu, ®−îc ph©n biÖt bëi bit 46 (bit gÇn cao nhÊt). C¸c ®Þa chØ côc bé cã thÓ ®æ cøng hoÆc ®Æt b»ng phÇn mÒm vµ kh«ng cã ý nghÜa ngoµi m¹ng côc bé. Ng−îc l¹i, mét ®Þa toµn cÇu ®−îc IEEE cÊp ph¸t, lu«n ®−îc ®æ cøng trong vi m¹ch ®Ó ®¶m b¶o sù thèng nhÊt trªn toµn thÕ giíi. Víi 46 bit, cã thÓ tæng céng 7*1013 ®Þa chØ toµn cÇu, còng nh− 7*1013 ®Þa chØ côc bé. Tuy nhiªn, sè l−îng c¸c tr¹m cho phÐp trong mét hÖ thèng m¹ng c«ng nghiÖp cßn phô thuéc vµo kiÓu c¸p truyÒn, giao thøc phÝa trªn còng nh− ®Æc tÝnh cña c¸c thiÕt bÞ tham gia m¹ng. Mét sù kh¸c nhau gi÷a Ethernet vµ IEEE 802.3 lµ ý nghÜa « tiÕp sau phÇn ®Þa chØ. Theo ®Æc t¶ Ethernet, hai byte nµy chøa mf giao thøc chuyÓn gãi phÝa trªn. Cô thÓ mf 0800H chØ giao thøc IP (Internet protocol) vµ 0806H chØ giao thøc ARP (Address Resolution protocol). Theo 802.3, « nµy chøa sè byte d÷ liÖu ( tõ 0 tíi 1500). 2.1.3.5 Truy nhËp bus Mét vÊn ®Ò lín th−êng g©y lo ng¹i trong viÖc sö dông Ethernet ë cÊp tr−êng lµ ph−¬ng ph¸p truy nhËp bus ngÉu nhiªn CSMA/CD vµ sù ¶nh h−ëng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………39 tíi hiÖu suÊt còng nh− tÝnh n¨ng thêi gian thùc cña hÖ thèng. ë ®©y, mét trong nh÷ng yÕu tè quyÕt ®Þnh tíi hiÖu suÊt cña hÖ thèng lµ thuËt to¸n tÝnh thêi gian chê truy nhËp l¹i cho c¸c tr¹m trong tr−êng hîp x¶y ra xung ®ét. Thêi gian lan truyÒn tÝn hiÖu mét lÇn qua l¹i ®−êng truyÒn ®−îc gäi lµ khe thêi gian. Gi¸ trÞ nµy ®−îc tÝnh cho tèi ®a 2,5km ®−êng truyÒn vµ 4 bé lÆp lµ 512 thêi gian bit. Sau lÇn x¶y ra xung ®ét ®Çu tiªn, mçi tr¹m sÏ trän ngÉu nhiªn 0 hoÆc 1 lÇn khe thêi gian chê tr−íc khi thö göi l¹i. NÕu hai tr¹m ngÉu nhiªn cïng chän mét kho¶ng thêi gian, hoÆc cã sù xung ®ét míi víi mét tr¹m thø 3, th× sè khe thêi gian lùa chän chê sÏ lµ 0,1,2 hoÆc 3. Sau lÇn xung ®ét thø i, sè khe thêi gian chän ngÉu nhiªn n»m trong kho¶ng tõ 0 tíi 2i -1. Tuy nhiªn, sau 10 lÇn xung ®ét liiªn tiÕp, c¸c tr¹m sÏ coi lµ mét hÖ thèng vµ b¸o trë l¹i líp giao thøc phÝa trªn. 2.1.4 M¹ng LAN 802.3 chuyÓn m¹ch Khi sè tr¹m tham gia t¨ng lªn nhiÒu, ho¹t ®éng giao tiÕp trong m¹ng sÏ bÞ t¾c nghÏn mét mÆt do tèc ®é truyÒn h¹n chÕ, mÆt kh¸c c¬ chÕ truy nhËp bus kh«ng cßn ®¶m b¶o ®−îc hiÖu suÊt nh− trong ®iÒu kiÖn b×nh th−êng. §Ó kh¾c phôc ta cã thÓ sö dông m¹ng Ethernet tèc ®é cao hoÆc sö dông c¬ chÕ chuyÓn m¹ch. M¹ng LAN 802.3 chuyÓn m¹ch ®−îc x©y dùng trªn c¬ së 10BASE-T víi tèc ®é truyÒn 10Mbit/s th«ng th−êng. Môc ®Ých cña viÖc sö dông c¸c bé chuyÓn m¹ch lµ ®Ó ph©n vïng xung ®ét vµ v× thÕ h¹n chÕ xung ®ét. H×nh 2.9: minh ho¹ cÊu tróc ghÐp nèi m¹ng LAN 802.3 víi mét bé chuyÓn m¹ch (switch). Mét bé chuyÓn m¹ch tèc ®é cao th−êng gåm 4 ®Õn 32 module, mçi module cã 1 ®Õn 8 cæng nèi. C¸c tr¹m cã thÓ nèi trùc tiÕp vµo mét cæng cña bé chuyÓn m¹ch, hoÆc qua mét bé chia. Cã hai kiÓu ph©n vïng xung ®ét (collision domain) lµ theo tæng module hoÆc theo tæng cæng. Mét bé lÆp hç trî ph©n vïng xung ®ét theo module Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………40 kh«ng cho phÐp c¸c tr¹m nèi chung mét module cïng göi tÝn hiÖu, nh−ng cho phÐp c¸c module ho¹t ®éng song song, ®éc lËp. NÕu tr¹m ®Ých n»m ë mét module kh¸c, bé chuyÓn m¹ch sÏ sao chÐp bøc ®iÖn vµ göi tíi module t−¬ng øng. Mét bé lÆp ph©n vïng xung ®ét theo tæng cæng kh«ng nh÷ng cho phÐp c¸c module ho¹t ®éng song song, mµ cßn cho phÐp tÊt c¶ c¸c cæng trªn mét module ®ång thêi tiÕp nhËn tÝn hiÖu göi. Còng víi c¬ chÕ sao chÐp vµo bé ®Öm, mçi bøc ®iÖn sÏ chØ ®−îc göi ra cæng t−¬ng øng víi tr¹m ®Ých. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña LAN 802.3 chuyÓn m¹ch d−îc øng dông réng rfi trong hÖ thèng m¹ng c«ng nghiÖp. Víi kü thuËt chuyÓn m¹ch hiÖn ®¹i, kh«ng nh÷ng b¨ng th«ng tæng thÓ cña hÖ thèng ®−îc n©ng cao, mµ tÝnh n¨ng thêi gian thùc còng ®−îc c¶i thiÖn ®¸ng kÓ. 2.1.4.1 Fast Ethernet Fast Ethernet lµ sù ph¸t triÓn tiÕp theo cña Ethernet, ®−îc chuÈn ho¸ trong IEEE 802.3u. Fast Ethernet cho phÐp truyÒn víi tèc ®é 100Mbit/s. §Ó ®¶m b¶o t−¬ng thÝch víi Ethernet, toµn bé c¬ chÕ giao tiÕp vµ kiÕn tróc giao thøc ®−îc gi÷ nguyªn, duy tr× cã thêi gian bit ®−îc gi¶m tõ 100ns xuèng 10ns. VÒ mÆt kü thuËt, c¸p ®ång trôc lo¹i 10BASE5 vµ 10BASE2 vÉn cã thÓ sö dông Fast Ethernet víi chiÒu dµi tèi ®a gi¶m xuèng 10 lÇn. Tuy nhiªn, ph−¬ng ph¸p nèi m¹ng sö dông ®«i d©y xo¾n vµ bé chia cã −u thÕ v−ît tréi, v× vËy tÊt c¶ c¸c hÖ Fast Ethernet ®Òu kh«ng hç trî c¸p ®ång trôc. Ba lo¹i c¸p chuÈn cho Fast Ethernet ®−îc liÖt kª trong b¶ng sau. B¶ng 2.3: Mét sè lo¹i c¸p truyÒn Fast Ethernet th«ng dông Tªn hiÖu Lo¹i c¸p ChiÒu dµi ®o¹n tèi ®a 100BASE-T4 ®«i d©y xo¾n h¹ng 3 100m 100BASE-TX ®«i d©y xo¾n h¹ng 5 100m 100BASE-FX C¸p quang 2000m Lo¹i 100BASE-T4 sö dông bèn ®«i d©y xo¾n UTP h¹ng 3. D¶i tÇn cña h¹ng c¸p nµy bÞ giíi h¹n ë 25MHz, trong khi mf Manchester sö dông trong Ethernet th«ng th−êng t¹o tÇn sè cao gÊp ®«i so víi tÇn sè nhÞp, tèc ®é truyÒn trªn mçi ®«i d©y lÏ ra chØ lµ 12,5 Mbit/s. §Ó ®¹t ®−îc tèc ®é truyÒn 100Mbit/s, mét ph−¬ng ph¸p mf ho¸ bit víi tÝn hiÖu 3 møc thay v× 2 møc ®−îc sö dông ë ®©y. §ång thêi, 100BASE-T4 ph¶I dïng ntíi bèn ®«i d©y xo¾n (v× thÕ cã ký hiÖu lµ T4), trong ®ã mét ®«i lu«n truyÒn tÝn hiÖu vµo bé chia, mét ®«i truyÒn ra vµ 2 ®«i cßn l¹i ®−îc sö dông linh ho¹t theo chiÒu ®ang truyÒn. Víi ba ®«i d©y vµ ba møc tÝn hiÖu, trong mét nhÞp cã thÓ truyÒn ®−îc bèn bit, n©ng tèc ®é truyÒn tæng cæng lªn 100Mbit/s. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………41 Víi 100BASE-TX, ®«i d©y xo¾n h¹ng 5 ®−îc sö dông cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ë tÇn sè nhÞp 125MHz vµ cao h¬n n÷a. ViÖc sö dông hai ®«i d©y xo¾n t¹o kh¶ n¨ng truyÒn hai chiÒu ®ång thêi. Kh¸c víi 100BASE-T4, mét ph−¬ng ph¸p mf ho¸ bit cã tªn 4B5B ®−îc sö dông ë ®©y. Dfy bit tõ khung MAC ®−îc mf ho¸ l¹i thµnh c¸c tæ hîp 5bit trªn ®−êng truyÒn. ChØ cã 16 trong 32 tæ hîp biÓu diÔn d÷ liÖu, c¸c tæ hîp cßn l¹i ®−îc sö dông cho ®¸nh dÊu, ®iÒu khiÓn vµ tÝn hiÖu phÇn cøng. §èi víi mét lo¹t m¹ng trªn, viÖc nèi d©y cã thÓ th«ng qua mét bé chia hoÆc mét bé chuyÓn m¹ch. Mét bé chuyÓn m¹ch cã chi phÝ cao h¬n nhiÒu so víi mét bé chia, nh−ng n©ng cao hiÖu suÊt cña hÖ thèng mét c¸ch ®¸ng kÓ nhê chøc n¨ng ph©n vïng xung ®ét. Lo¹i 100BASE-FX cung cho phÐp truyÒn haii chiÒu toµn phÇn, sö dông hai sîi quang ®a chÕ ®é cho hai chiÒu. §èi víi c¸c øng dông ®ßi hái kho¶ng c¸ch truyÒn lín hoÆc kh¶ n¨ng kh¸ng nhiÔu cao th× ®©y lµ gi¶i ph¸p thÝch hîp. 2.4 High Speed Ethernet High Speed Ethernet (HSE) lµ mét c«ng nghÖ bus do Fieldbus Foundation (FF) ph¸t triÓn trªn c¬ së Fast Ethernet vµ còng lµ mét trong t¸m hÖ bus ®−îc chuÈn ho¸ trong IEC 61158 vµo cuèi n¨m 1999. Víi tèc ®é truyÒn 100Mbit/s, HSE ®−îc thiÕt kÕ cho viÖc nèi m¹ng trªn cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t, bæ sung cho m¹ng H1 cÊp thÊp. HSE sö dông ®Þa chØ 48-bit vµ 64-byte khung MAC tèi thiÓu nh− Ethernet chuÈn, trong khi cã thÓ ®ång thêi truyÒn c¸c th«ng b¸o dÞch vô H1 còng nh− c¸c th«ng b¸o riªng cña HSE. Bªn c¹nh ®ã, HSE hç trî rÊt tèt viÖc dù phßng, ®ång bé thêi gian còng liªn kÕt nhiÒu giao thøc. KiÕn tróc giao thøc H×nh 2.10 m« t¶ kiÕn tróc giao thøc HSE. PhÝa d−íi, HSE sö dông hoµn toµn líp vËt l._.®æi tèc ®é truyÒn th× ph¶i thay ®æi ë tÊt c¶ c¸c tr¹m, cã nghÜa lµ c¸c tr¹m trªn m¹ng ph¶i cã cïng mét tèc ®é), ë « Address ta cã thÓ ®Æt ®Þa chØ cho tr¹m nµy (®Þa chØ cã thÓ thay ®æi tõ 1÷125) nÕu mÆc ®Þnh lµ 2, sau ®ã chän Profibus(1) vµ OK Tõ cöa sæ hiÖn hµnh (cöa sæ HW Config-Slave) ta nh¸y ®óp chuét vµo Slot DP (h×nh vÏ) ®Ó ®Æt thuéc tÝnh cho tr¹m, lóc nµy sÏ xuÊt hiÖn cöa sæ Properties- DP Trªn cöa sæ nµy cã bèn Menu: − Menu General dïng ®Ó ®Æt tªn cho tr¹m (trong tr−êng hîp nµy ta sÏ ®Æt tªn tr¹m lµ DP Slave) − Menu Operating Mode cho phÐp ta cã thÓ thay ®æi thuéc tÝnh cho tr¹m lµ Tr¹m chñ (DP Master) hay tr¹m tí (DP Slave) b»ng c¸ch nh¸y vµo dÊu kiÓm t−¬ng øng, ë ®©y ta ®ang thiÕt lËp cÊu h×nh cøng cho tr¹m tí do ®ã ta sÏ chän DP slave − Menu Configuration cho phÐp ta x¸c ®Þnh c¸c ®Þa chØ truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu cña tr¹m, ®iÒu nµy rÊt quan träng vµ cã ý nghÜa khi lËp tr×nh, do ®ã ta sÏ nãi cô thÓ vÒ menu nµy: Tr−íc tiªn vµo menu − Configuration, sau ®ã nhÊn nót New sÏ xuÊt hiÖn cöa sæ Properties- DP-Configuration-Row1 H×nh 4.6: §Æt thuéc tÝnh cho tr¹m Process_Slave Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………68 Trong cöa sæ nµy ®−îc chia ra lµm ba phÇn: - PhÇn thø nhÊt lµ DP-Partner: Master dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Þa chØ truyÒn nhËn d÷ liÖu cho tr¹m chñ, do ta ch−a thiÕt lËp tr¹m nµy nªn nöa nµy ch−a ®−îc kÝch ho¹t - PhÇn thø hai lµ Local Slave dïng ®Ó x¸c ®Þnh c¸c ®Þa chØ truyÒn, nhËn d÷ liÖu cho tr¹m ®ang thiÕt lËp: ë « address type nÕu muèn x¸c lËp vïng nhËn d÷ liÖu tõ tr¹m chñ ta chän Input, cßn nÕu lµ vïng truyÒn d÷ liÖu ®i ta chän Output, ®Þa chØ chÝnh x¸c cña vïng d÷ liÖu sÏ ®−îc ®Æt ë « Address. - PhÇn thø ba cho phÐp ta x¸c ®Þnh chiÒu dµi cña vïng d÷ liÖu truyÒn th«ng (Length), kiÓu d÷ liÖu (Unit) Ta ®Æt vïng d÷ liÖu tõ tr¹m Hand – Master víi ®Þa chØ lµ I40, kÝch th−íc 1 byte. Sau khi ®Æt xong ta bÊm OK, nh− vËy ta ®f ®Æt ®−îc ®Þa chØ cho dßng thø nhÊt (Row1) T−¬ng tù ta tiÕp tôc bÊm nót New ta sÏ ®Æt ®−îc ®Þa chØ cho vïng nhí truyÒn d÷ liÖu lµ Q40, I41 vµ Q41 ë c¸c dßng tiÕp theo H×nh 4.7: ThiÕt lËp vïng d÷ liÖu truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu víi tr¹m chñ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………69 Sau khi ®f x¸c ®Þnh xong vïng ®Þa chØ truyÒn d÷ liÖu cho tr¹m →ta nh¸y ®óp vµo CPU 313C – 2DP → nh¸y vµo Cycl/ Clock Menmory → nhay vµo Clock menmory → ®¸nh sè 100 vµo « t−¬ng øng. H×nh 4.9: ThiÕt lËp Memory Byte cho Clock Memory H×nh 4.8: ThiÕt lËp c¸c byte d÷ liÖu truyÒn vµ nhËn d÷ liÖu víi tr¹m chñ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………70 Sau khi cµi ®Æt xong Cycle/ Clock Menmory → nh¸y vµo Retentiev Menmory vµ thùc hiÖn nh− h×nh vÏ → Ên OK Sau khi ®f thùc hiÖn xong c¸c b−íc trªn ta cã thÓ l−u gi÷ b»ng c¸ch nh¸y vµo Save and Compile→ Close . Save and Compile H×nh 4.10: ThiÕt lËp l¹i c¸c Byte cho Retentive Memory H×nh 4.11: Ghi l¹i cÊu h×nh cøng ®f ®−îc thiÕt lËp Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………71 - ThiÕt lËp cÊu h×nh cøng cho tr¹m Hand-Master TiÕp theo ta sÏ cµi ®Æt cÊu h×nh cho tr¹m Hand-Master (tr¹m chñ), tr−íc tiªn ta còng vµo Hardware ®Ó chän CPU (ë ®©y còng sö dông CPU 313C-2DP mf hiÖu 6ES7 313-6CE00-0A0B ) ë menu Operating Mode ta chän DP Master H×nh 4.12: Chän CPU cho tr¹m Hand-Master H×nh 4.13: §Æt thuéc tÝnh cho tr¹m Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………72 B©y giê ta ®f cã mét tr¹m chñ, nh×n trªn h×nh... ta sÏ thÊy tõ cöa sæ Master(Configuration)-ProDP ta sÏ thÊy mét ®−êng bus. Nèi vµo CPU, ®©y lµ ®−êng bus ghÐp nèi tr¹m chñ víi c¸c tr¹m tí, b©y giê ta sÏ thùc hiÖn viÖc ghÐp nèi th«ng qua ®−êng bus nµy BÊm chuét vµo ®−êng bus, sau ®ã ë « cöa sæ bªn c¹nh ta chän PROFIBUS DP →Configured Stations→ kÝch ®óp vµo CPU 31x, xuÊt hiÖn cöa sæ nh− h×nh vÏ ta bÊm nót Connect vµ OK Nh− vËy tr¹m chñ cã ®Þa chØ lµ 2 ®f ®−îc ghÐp nèi vµo hÖ thèng, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ tr¹m chñ sÏ trùc tiÕp qu¶n lý vµ truyÒn th«ng d÷ liÖu víi tr¹m tí nµy, vµ do ®ã ta ph¶i ®Æt ®Þa chØ truyÒn nhËn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m nµy cho tr¹m chñ. KÝch ®óp vµo biÓu t−îng tr¹m tí trªn cöa sæ Master(Configuration)-ProDP, sau ®ã vµo menu Configuration H×nh 4.14: Cµi ®Æt kÕt nèi cho tr¹m Master Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………73 ë ®©y ta thÊy cã bèn dßng x¸c ®Þnh chØ truyÒn th«ng gi÷a tr¹m chñ vµ tr¹m tí, ®©y chÝnh lµ hai vïng ®Þa chØ truyÒn th«ng cña tr¹m tí mµ ta ®f ®Æt (cét Partner add chÝnh lµ ®Þa chØ cña tr¹m chñ vÉn cßn thiÕu), ta sÏ thay ®æi b»ng c¸ch chän tõng dßng vµ sau ®ã bÊm chuét vµo Edit.. H×nh 4.15: §Æt ®Þa chØ truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m H×nh 4.16: §Æt ®Þa chØ truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………74 Trªn cöa sæ DP slave Properties-Configuration ta thÊy phÇn DP-Partner: Master ®f ®−îc kÝch ho¹t ë ®©y ta ®ang x¸c ®Þnh ®Þa chØ vïng nhí truyÒn d÷ liÖu tíi tr¹m tí do ®ã ë « Address type ta chän Output, sau ®ã ®Æt ®Þa chØ chÝnh x¸c ë « Address (ë ®©y ta ®Æt lµ 40) Nh− vËy khi ho¹t ®éng tr¹m chñ sÏ göi tÊt c¶ d÷ liÖu ë vïng nhí Q40 tíi vïng nhí I40 cña tr¹m tí T−¬ng tù nh− vËy ta tiÕp tôc ®Æt ®Þa chØ cho vïng nhí nhËn d÷ liÖu cña tr¹m chñ tõ tr¹m tí nµy ë c¸c dßng cßn l¹i. Nh− vËy ta ®f thùc hiÖn xong viÖc ghÐp nèi hai tr¹m còng nh− viÖc x¸c ®Þnh ®Þa chØ truyÒn th«ng gi÷a hai tr¹m, viÖc ghÐp nèi nhiÒu tr¹m tí vµo tr¹m chñ còng ®−îc thùc hiÖn t−¬ng tù B©y giê ta cã thÓ lËp tr×nh cho tõng tr¹m, tÝn hiÖu ®−îc göi sang tr¹m kh¸c sÏ ®−îc göi qua c¸c byte Q40 vµ Q41. H×nh 4.17: §Æt ®Þa chØ c¸c byte truyÒn d÷ liÖu gi÷a hai tr¹m Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………75 b, LËp tr×nh cho tr¹m cho c¸c tr¹m Process-Slave vµ Hand-Master • LËp tr×nh cho tr¹m Process-Slave - L−u ®å thuËt to¸n - B¶ng Symble H×nh 4.18: L−u ®å thuËt to¸n tr¹m gia c«ng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………76 B¶ng 4.1: B¶ng Symble cña tr¹m Process-Slave Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………77 • LËp tr×nh cho tr¹m Hand-Master - L−u ®å thuËt to¸n H×nh 4.19: L−u ®å thuËt to¸n tr¹m Hand-Master Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………78 B¶ng 4.2: B¶ng Symble cña tr¹m Handling-Master Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………79 4.2 ThiÕt kÕ giao diÖn ®iÒu khiÓn cho 2 tr¹m 4.2.1 Môc ®Ých vµ yªu cÇu Ta ®f viÕt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho c¸c tr¹m sö dông PLC S7-300. Nh− vËy, qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn hÖ thèng ®f ®−îc thùc hiÖn mét c¸ch tù ®éng. Nh−ng mét yªu cÇu ®Æt ra lµ, viÖc gi¸m s¸t hÖ thèng còng cÇn ®−îc thùc hiÖn mét c¸ch tù ®éng, ®iÒu nµy lµ thùc sù cÇn thiÕt v× nh÷ng lý do sau: - Qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn vµ gi¸m s¸t g¾n liÒn víi nhau nh»m thùc hiÖn mét gi¶i ph¸p tù ®éng ho¸ tµo diÖn. - Hç trî con ng−êi trong viÖc quan s¸t vµ ®iÒu khiÓn tõ xa. - §¶m b¶o sù ho¹t ®éng æn ®Þnh vµ t¨ng tÝnh tin cËy cña hÖ thèng. - Theo dâi ®−îc mäi diÔn biÕn cña qó tr×nh, t×nh tr¹ng thiÕt bÞ, tr¹ng th¸i hÖ thèng mét c¸ch nhanh chãng, chÝnh x¸c. - DÔ dµng ph¸t hiÖn sù cè ®Ó cã nh÷ng biÖn ph¸p ®iÒu chØnh kÞp thêi. Qu¸ tr×nh gi¸m s¸t bao gåm nh÷ng chøc n¨ng: • Giao diÖn vËn hµnh: s¬ ®å c«ng nghÖ, ®å thÞ b¶ng d÷ liÖu, b¶ng vËn hµnh. • Chøc n¨ng thu thËp, hiÓn tÞ, l−u tr÷. • Chøc n¨ng c¶nh b¸o vµ xö lý sù cè. • Chøc n¨ng so¹n th¶o vµ xuÊt b¸o c¸o. Hfng Siemens cung cÊp mét c«ng cô phÇn mÒm WinCC ®Ó thiÕt kÕ c¸c hÖ ®iÒu khiªn vÒ gi¸m s¸t. ViÖc thiÕt kÕ hÖ th«ng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t c¸c tr¹m trong hÖ thèng FMS ph¶i ®¶m b¶o c¸c yªu cÇu sau:  Qu¸ tr×nh vËn hµnh hÖ thèng ®−îc thùc hiÖn mét c¸ch hoµn toµ tù ®éng.  Ng−êi vËn hµnh dÔ dµng gi¸m s¸t tr¹ng tr¸i ho¹t ®éng cña tõng tr¹m, diÔn biÕn cña c¸c qu¸ tr×nh th«ng qua c¸c b¶ng tr¹ng th¸i trªn mµn h×nh giao diÖn.  DÔ dµng ph¸t hiÖ c¸c sù cè ®Ó cã nh÷ng biÖn ph¸p xö lý kÞp thêi.  §¸p øng ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu vËn hµnh: thu thËp, l−u tr÷, hiÓn thÞ c¸c ssè liÖu, trao ®æi tin tøc( messaging), xö lý sù cè, lËp b¸o c¸o (reporting).  C¸c giao diÖn th©n thiÖn, linh ho¹t dÔ sö dông. 4.2.2 ThiÕt kÕ c¸c giao diÖn vËn hµnh C¸c giao diÖn vËn hµnh lµ mét trong nh÷ng thµnh phÇn chÝnh cña mét hÖ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t, hç trî con ng−êi theo dâi qu¸ tr×nh c¸c diÔn cña kü thuËt, tr¹ng th¸i vµ c¸c th«ng sè lµm viÖc cña c¸c thiÕt bÞ trong hÖ thèng, qua ®ã cã thÓ thùc hiÖn c¸c Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………80 thao t¸c vËn hµnh vµ can thiÖp tõ xa tíi hÖ thèng ®iÒu khiÓn phÝa d−íi. C¸c giao diÖn vËn hµnh lµ cÇu nèi gi÷a ng−êi vËn hµnh víi qu¸ tr×nh kü thuËt. C¸c giao diÖn vËn hµnh bao gåm: s¬ ®å c«ng nghÖ, b¶ng ®iÒu khiÓn, ®å thÞ, b¶ng sè liÖu … Chóng ta thiÕt kÕ c¸c mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn sau cho hÖ thèng ®iÒu khiÓn vµ gi¸m sat cho hÖ thèng FMS t¹i trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn. 4.2.2.1 S¬ ®å c«ng nghÖ §©y lµ giao diÖn quan träng nhÊt m« t¶ hÖ thèng FMS còng nh− qui tr×nh ho¹t ®éng cña hÖ thèng. C¸c tr¹m cña hÖ thèng ®−îc thÓ hiÖn b»ng c¸c h×nh ¶nh ®å ho¹ trùc quan. Th«ng qua mµn h×nh giao diÖn nµy, ng−êi vËn hµnh biÕt ®−îc tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña hÖ thèng vµ t×nh tr¹ng cña tõng thiÕt bÞ. Giao diÖn nµy còng lµ mµn h×nh chÝnh cña qu¸ tr×nh ®iÒu khiÓn hÖ thèng FMS. Khi WinCC ch¹y run-time, giao diÖn nµy vËn hµnh tr−íc tiªn cho phÐp ta vËn hµnh hÖ thèng. Trªn giao diÖn nµy cã c¸c nót bÊm gäi tíi c¸c trang mµn h×nh kh¸c, t¹i c¸c trang mµn h×nh nµy cã thÓ theo dâi chi tiÕt c¸c qu¸ tr×nh cña tõng tr¹m vµ gia quyÕt ®Þnh vËn hµnh hÖ thèng. §Ó cã ®−îc mét mµn h×nh giao diÖn cho toµn bé hÖ thèng tr−íc hÕt ta ph¶i khëi t¹o ®−îc mét ®Ò ¸n trong WinCC. 4.2.2.2 C¸c b−íc thùc hiÖn ®Ò ¸n trong WinCC nh− sau: - Khëi ®éng WinCC - T¹o mét ®Ò ¸n míi - Cµi ®Æt Drive kÕt nèi PLC - §Þnh nghÜa c¸c Tag sö dông - T¹o vµ so¹n th¶o mét giao diÖn ng−êi dïng - Cµi ®Æt th«ng sè cho WinCC run-time - Ch¹y ch−¬ng tr×nh 4.2.2.3 D−íi ®©y ta ®i thiÕt kÕ mµn h×nh giao diÖn chÝnh ®iÒu khiÓn hÖ thèng FMS. Khëi ®éng WinCC - NhÊn nót Start → Simatic → WinCC → Windows Control Center H×nh 4.20: Khëi ®éng WinCC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………81 - T¹o mét Project Chän Single-User Project→ ®Æt tªn Project vµo Project Name→ click vµo Create Cµi ®Æt Driver kÕt nèi PLC - Click chuét ph¶i vµo Tag Management → Add new Driver - Chän Driver ®Ó kÕt nèi PLC tõ hép tho¹i sau: sau ®ã clÞck Open. - Thùc hiÖn click ®óp vµo SIMATIC S7 PROTOCOL SUITE → click chuét ph¶i vµo PROFIBUS H×nh 4.21: Lùa chän vµ ®Æt tªn cho Project míi H×nh 4.22: Lùa chän kÕt nèi víi PLC H×nh 4.23: Lùa chän h×nh thøc truyÒn d÷ liÖu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………82 - Gâ tªn vµ nhÊp Properties tõ hép tho¹i Conection Propertiees - Gâ sè 2 vµo « Slot number vµ nhÊp OK → OK - Chän New Tag trong “giao dien” võa t¹o ra H×nh 4.25: Lùa chän Slot Number cho kÕt nèi H×nh 4.24: Cµi ®Æt thuéc tÝnh vµ ®Æt tªn cho thuéc tÝnh cÇn kÕt nèi H×nh 4.26: ThiÕt lËp c¸c Tags Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………83 §Æt tªn Tag → Select → Data→ Chän lo¹i d÷ liÖu cña Tag → Ên OK T−¬ng tù nh− vËy ta x©y dùng ®−îc hÖ thèng c¸c Tag t−¬ng øng víi c¸c ®Þa chØ vµo ra cña c¸c tr¹m nh− sau: H×nh 4.27: VÝ dô minh ho¹ cho viÖc thiÕt lËp c¸c Tags Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………84 B¶ng 4.3: HÖ thèng c¸c Tags t−¬ng øng víi c¸c ®Þa chØ vµo/ra ThiÕ t kÕ giao diÖn ®iÒu khiÓ n trªn Gra phic s Desi gner - N h ¸y chuét ph¶i vµo Graphics Designer → chän vµ nh¸y ®óp New picture H×nh 4.28: ThiÕt lËp mét Picture míi trong Graphic Designer Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………85 - Nh¸y chuét ph¶i vµo NewPdl0.pdl→ chän Rename picture→ ®Æt tªn Giaodienchinh.pdl - Sau ®ã nh¸y ®óp vµo Giaodienchinh.pdl ta cã mµn h×nh cña Graphics Designer vµ c¸c c«ng cô cña nã. Tõ c¸c c«ng cô trong Graphics Designer (Object palette) ta vÏ ®−îc giao diÖn chÝnh H×nh 4.30: C¸c c«ng cô trong Graphic Designer H×nh 4.29: §Æt tªn cho Picture Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………86 cña hÖ thèng nh− sau: - ThiÕt kÕ giao diÖn vµ viÕt ch−¬ng tr×nh cho tr¹m Tay m¸y Nh¸y chuét ph¶i vµo Graphics Designer → chän vµ nh¸y ®óp New picture Nh¸y chuét ph¶i vµo NewPdl0.pdl→ chän Rename picture→ ®Æt tªn Handling.pdl Nh¸y ®óp vµo Handling.PDL vµ thùc hiÖn thiÕt kÕ ta ®−îc giao diÖn nh− h×nh vÏ H×nh 4.31: Giao diÖn chÝnh cña hÖ thèng H×nh 4.32: ThiÕt lËp mét Picture míi trong Graphic Designer H×nh 4.33: §Æt tªn cho Picture Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………87 Sau khi thiÕt kÕ xong giao diÖn ta ph¶i viÕt ch−¬ng tr×nh gi¸m s¸t cho tr¹m. Tr−íc hÕt ta liÖt kª c¸c tÝn hiÖu vµo ra cÇn gi¸m s¸t cña tr¹m, sau ®ã ta thiÕt lËp c¸c phÇn tö hiÓn thÞ (®Ìn b¸o) b»ng c¸ch dïng c¸c c«ng cô trong Graphics Designer. VÝ dô muèn thiÕt lËp mét ®Ìn b¸o hiÓn thÞ c¸c ®Çu vµo/ra ta vµo Standard Object → Circle → Static Text ®Ó ®Æt tªn cho tÝn hiÖu võa chän. Khi ®f thiÕt lËp vµ ®Æt tªn cho ®èi t−îng ta thùc hiÖn g¸n ®Þa chØ cho nã víi Tag t−¬ng øng. Nh¸y chuét ph¶i vµo biÓu t−îng → chän Properties → chän Colors H×nh 4.34: Mµn h×nh giao diÖn tr¹m Handling H×nh 4.35: ThiÕt lËp ®Ìn b¸o hiÓn thÞ c¸c ®Çu vµo/ra Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………88 TiÕp theo ta chän Bool → nh¸y chuét ph¶i vµo Yes/TRUE→ chän mµu hiÓn thÞ → chän Tag H×nh 4.37: Lùa chän kiÓu d÷ liÖu H×nh 4.36: Lùa chän thuéc tÝnh cho ®Ìn b¸o Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………89 Nh¸y ®óp vµo PART_AV →chän tèc ®é hiÓn thÞ 250ms → Nh− vËy ta ®f gi¸m s¸t ®−îc ®Çu H×nh 4.38: G¸n ®Þa chØ c¸c Tags t−¬ng øng víi c¸c gi¸ trÞ vµo/ra H×nh 4.39: Lùa chän tèc ®é hiÖn thÞ cña tÝn hiÖu Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………90 vµo PART_AV cña tr¹m Handling th«ng qua giao diÖn ®f thiÕt kÕ. T−¬ng tù nh− vËy ta cã thÓ gi¸m s¸t toµn bé c¸c ®Çu vµo ra trªn tr¹m. Muèn gi¸m s¸t ®−îc h×nh ¶nh ®éng cña tr¹m ta chØ viÖc g¸n cho c¸c c¬ cÊu cña tr¹m tíi c¸c Tag, t−¬ng øng víi c¸c thuéc tÝnh cña nã. Më tay kÑp: Tr−íc hÕt ta nh¸y chuét ph¶i vµo tay kÑp → chän Properties→ chän nh− h×nh vÏ. TiÕp ®Õn ta chän thuéc tÝnh vµ Tag t−¬ng øng (ë ®©y t¸c gi¶ chän thuéc tÝnh width) → OK → chän tèc ®é hiÓn thÞ (nh− ®f thùc hiÖn ë trªn). N©ng h¹ tay kÑp H×nh 4.40: Lùa chän thuéc tÝnh ®éng cho ®èi t−îng H×nh 4.41: G¸n ®Þa chØ Tag cho ®èi t−îng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………91 Tr−íc hÕt ta ph¶i chän ®èi t−îng → kÝch chuét ph¶i → chän Properties → v× ®èi t−îng n©ng h¹ th× thuéc tÝnh chuyÓn ®éng cña tay m¸y ph−¬ng trôc tung (trôc Y) nªn ta chän Position Y, sau ®ã lµm t−¬ng tù nh− ®f lam víi tr−êng hîp më tay kÑp, Tay m¸y dÞch chuyÓn sang ngang, hoµn toµn t−¬ng tù nh−ng ta chän thuéc tÝnh cña nã lµ Position X. Sau khi ®f viÕt ®−îc ch−¬ng tr×nh gi¸m s¸t cho hÖ thèng ta cã giao diÖn ®iÒu khiÓn cho tr¹m Handling nh− h×nh vÏ. H×nh 4.43: G¸n ®Þa chØ Tag cho ®èi t−îng H×nh 4.42: Lùa chän thuéc tÝnh ®éng cho ®èi t−îng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………92 - ThiÕt kÕ giao diÖn vµ viÕt ch−¬ng tr×nh cho tr¹m Tay m¸y Nh¸y chuét ph¶i vµo Graphics Designer → chän vµ nh¸y ®óp New picture Nh¸y chuét ph¶i vµo NewPdl0.pdl→ chän Rename picture→ ®Æt tªn Processing.pdl Nh¸y ®óp vµo Processing.PDL, thiÕt kÕ ta ®−îc giao diÖn vµ thùc H×nh 4.44: Giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Handling H×nh 4.41: ThiÕt lËp mét Picture míi H×nh 4.45: ThiÕt lËp mét Picture míi H×nh 4.46: §Æt tªn cho Picture Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………93 hiÖn gi¸m s¸t c¸c ®Çu vµo ra còng nh− chuyÓn ®éng cña tr¹m nh− h×nh vÏ. 4.3 Ch¹y thö ch−¬ng tr×nh, kh¶o nghiÖm §Ó ch¹y ch−¬ng tr×nh, ta thùc hiÖn kÕt nèi c¸c tr¹m víi nhau vµ kÕt nèi tr¹m Hand_Master víi m¸y tÝnh. Sau ®ã ta thùc hiÖn ch¹y Runtime trªn mµn h×nh cña WinCC. Sau khi nh¸y chuét vµo ch¹y Runtime th× mµn h×nh giao diÖn chÝnh sÏ xuÊt hiÖn. Ch¹y Runtime H×nh 4.47: Giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Processing H×nh 4.48: Ch¹y Runtime hÖ thèng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………94 Tõ mµn h×nh giao diÖn chÝnh ta cã thÓ nh×n l¹i tæng thÓ toµn hÖ thèng. Cßn muèn quan s¸t mét c¸ch chÝnh x¸c ho¹t ®éng cña tr¹m nµo, ta chØ viÖc nh¸y chuét vµo nót Ên chuyÓn tíi tr¹m ®ã. Muèn tho¸t khái chÕ ®é Runtime ta nh¸y chuét vµo nót EXIT CHE DO RUNTIME. Muèn chuyÓn tíi giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m tay m¸y ta chØ viÖc Ên vµo nót Ên HANDLING H×nh 4.49: Giao diÖn chÝnh ®iÒu khiÓn hÖ thèng H×nh 4.50: Mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Handling Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………95 Muèn quan s¸t tr¹m Gia c«ng ta nh¸y chuét vµo nót Ên TRO VE Processing lËp tøc mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m Gia c«ng sÏ xuÊt hiÖn, vµ ë ®©y ta cã thÓ quan s¸t ho¹t ®éng cña tr¹m còng nh− can thiÖp trùc tiÕp ®Õn ho¹t ®éng cña tr¹m. Sau khi thö nghiÖm vµ ch¹y ch−¬ng tr×nh kÕt qu¶ mµ luËn v¨n ®¹t ®−îc nh− sau: - Cho phÐp ng−êi vËn hµnh ®iÒu khiÓn toµn bé ho¹t ®éng cña hai tr¹m Tay m¸y vµ Gia c«ng tõ m¸y tÝnh. - Ng−êi vËn hµnh cã thÓ gi¸m s¸t ®−îc qu¸ tr×nh lµm viÖc cña hai tr¹m trªn m¸y tÝnh. V× c¸c chuyÓn ®éng trªn m¸y tÝnh t−¬ng øng víi c¸c chuyÓn ®éng hiÖn thêi cña tr¹m nªn cho phÐp ng−êi vËn hµnh gi¸m s¸t ho¹t ®éng cña c¸c tr¹m nµy ngay t¹i phßng ®iÒu khiÓn. KÕt luËn vµ kiÕn nghÞ H×nh 4.51: Mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn tr¹m gia c«ng Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………96 1. KÕt luËn Ngµy nay gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho mét d©y truyÒn s¶n xuÊt lµ mét nhu cÇu cèt yÕu vµ rÊt quan träng, ®Æc biÖt lµ trong c¸c d©y truyÒn s¶n xuÊt phøc t¹p. Tõ nh÷ng kÕt qu¶ ®f nghiªn cøu vµ thiÕt kÕ ®−îc trong luËn v¨n t¸c gi¶ cã nh÷ng kÕt luËn sau ®©y: - Khai th¸c, nghiªn cøu vµ øng dông ®−îc phÇn mÒm WinCC cña hfng Siemens vµo viÖc thiÕt kÕ giao diÖn ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS - Khai th¸c, nghiªn cøu vµ øng dông ®−îc phÇn mÒm ®iÒu khiÓn kh¶ lËp tr×nh PLC S7-300 cña Siemens vµo viÖc viÕt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho hÖ thèng. - Nghiªn cøu vµ øng dông ®−îc m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp vµo viÖc liªn kÕt c¸c tr¹m trong hÖ thèng. - §−a ra ®−îc gi¶i ph¸p ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho mét d©y truyÒn s¶n xuÊt. 2. KiÕn nghÞ - Trong ®Ò tµi chØ dõng l¹i ®iÒu khiÓn cho 2 tr¹m tay m¸y vµ gia c«ng cÇn më réng ®iÒu khiÓn cho c¶ hÖ thèng vµ nghiªn cøu ®Õn viÖc x©y dùng toµn bé hÖ thèng m¹ng trong trung t©m FACT tr−êng §HSP KT H−ng Yªn. - §Ó khai th¸c triÖt ®Ó phÇn mÒm WinCC cÇn thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho c¸c d©y truyÒn cã nhiÒu tÝn hiÖu t−¬ng tù. - Tõ viÖc thiÕt kÕ hÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t cho hÖ thèng FMS cÇn më réng nghiªn cøu hÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n trong c¸c nhµ m¸y c«ng nghiÖp. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………97 TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng việt 1. Hoµng minh S¬n (2006): “M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp”, Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt. 2. Hoµng Minh S¬n: HÖ thèng ®iÒu khiÓn ph©n t¸n DCS. Gi¸o tr×nh gi¶ng d¹y 3. Hoµng Minh S¬n (2006): C¬ së hÖ thèng ®iÒu khiÓn qu¸ tr×nh. Nhµ xuÊt b¶n B¸ch Khoa Hµ Néi. 4. Phan Xu©n Minh, NguyÔn Dofn Ph−íc & Vò V©n Hµ (2006): Tù ®éng ho¸ víi SIMATIC S7-300. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt. 5. TrÇn V¨n §Þch, TrÇn Xu©n ViÖt(2001): Tù ®éng ho¸ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ Kü thuËt. 6. TrÇn V¨n §Þch (2001): HÖ thèng s¶n xuÊt linh ho¹t FMS & s¶n xuÊt tÝch hîp SIM. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc kü thuËt. 7. Bïi Quèc Kh¸nh, NguyÔn Duy B×nh, Ph¹m Quang §¨ng, Ph¹m Hång S¬n (2006): HÖ ®iÒu khiÓn DCS cho nhµ m¸y s¶n xuÊt ®iÖn n¨ng. Nhµ xuÊt b¶n khoa häc vµ kü thuËt. 8. NguyÔn Ngäc Ph−¬ng (1999): HÖ thèng ®iÒu khiÓn b»ng khÝ nÐn II. Tiếng nước ngoài 1. Guenter Wellenreuther, Dieter Zastrow(1998): Steuerungstechnik mit SPS. Viewegs Fachbuecher der Technik. 2. EUROPA Lehrmittel (1998): Automatisierungstechnik mit der SIMATIC S5 und S7. 3. Juergen Kaftan(1993): SPS-Grundkurs 1. Vogel Fachbuch 4. Siemens: SIMATIC Process Control System PCS7 Configuration Manual. 5. Tµi liÖu PCS 7 (Process Control System) cña hfng Siemens - Configuration Manual - System Description - WinCC Manuals,… Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………98 III C¸c trang Web 1. www. ad.Siemens.de/Simatic-PCS 7 2. http//en.wikipedia.org/wiki.com 3. www. ad.Siemens.de/training 4. www.diendandientu.com 5. www.festo-didactic.com 6. www. Automationstudio.Siemen.com 7. www.scadanews.com/forum/viewmessages Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………99 Phô lôc 1 1. ViÕt ch−¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho tr¹m Hand-Master Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………100 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………101 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………102 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………103 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………104 2. ViÕt ch−¬ng tr×nh cho tr¹m Process-Slave Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………105 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………106 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………107 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………108 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………109 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………110 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………111 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………112 Phô lôc 2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÔ PHỎNG HÖ thèng ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t CÁNH TAY ROBOT PHÂN LOẠI SẢN PHẨM 1. Mô hình của hệ thống. Hình 5.1. Mô hình cánh tay Robot Hệ thống gồm có các bộ phận sau: Bộ phận xoay cánh tay. Cánh tay Robot ñược bắt trên một trục xoay và trục xoay này ñược truyền ñộng bằng một ñộng cơ có bộ giảm tốc thông qua một hệ thống bánh răng. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………113 Bộ phận ra/vào, cánh tay ra vào nhờ xy lanh A. ðiều khiển xy lanh này là van ñảo chiều 5/2, van này ñiều khiển xy lanh A ra 2 vị trí ñặt sản phẩm ở giữa hành trình và cuối hành trình. Bộ phận lên xuống nhờ xy lanh B, ñiều khiển xy lanh này là van ñảo chiều 5/2 Xy lanh C có nhiệm vụ kẹp và thả sản phẩm, ñiều khiển xy lanh này là van ñảo chiều 5/2. Hình 5.2. Tay gắp sản phẩm Tất cả các van ñều ñược ñiều khiển bằng nguồn 24V DC. Các hành trình ñều ñược giới hạn bằng cảm biến và công tắc hành trình ñược lắp ñặt như hình vẽ. 2. Bộ phận ñiều khiển 2.1.Sơ ñồ khối của một hệ thống ñiều khiển tự ñộng 2.2. Khối nguồn Bộ ñiều khiển PLC sử dụng nguồn 24V DC ñể tạo tín hiệu ñầu ra và lấy tín hiệu ñầu vào. §Ó cung cÊp nguån cho ®éng c¬ vµ c¸c r¬ le, t¸c gi¶ ®f chÕ t¹o mét nguån nu«i 24V DC riªng. Khèi Nguån Khèi ®iÒu Khèi chÊp hµnh Khèi c¶m biÕn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………114 Các tín hiệu vào/ra của PLC thì sử dụng ngay nguồn 24V trong modul nguồn của PLC Hình 5.3: Mạch tạo nguồn 2.3. Khối cảm biến Với yêu cầu công nghệ và ñể phù hợp với ñồng thời cả 2 bộ ñiều khiển PLC & VDK thì khối cảm biến phải làm việc ñược ở cả hai mức ñiện áp do vậy cảm biến dùng ở trong ñề tài này phải có dải ñiện áp làm việc rộng. Sau ñây tác giả giới thiệu một số cảm biến ñược dùng trong mạch. 2.3.1. Công tắc hành trình ñiện cơ Nguyên lý hoạt ñộng của công tắc hành trình ñiện – cơ ñược biểu diễn ở hình 5.4 Khi con lăn chạm cữ hành trình thì tiếp ñiểm 1 nối với 4. Hình 5.4: Công tắc hành trình ñiện cơ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………115 2.3.2. Công tắc hành trình nam châm Công tắc hành trình nam châm thuộc loại công tắc hành trình không tiếp xúc. Nguyên lý hoạt ñộng, ký hiệu ñược biểu diễn ở hình 5.5 Hình 5.5: Công tắc hành trình nam châm. 2.3.3. Cảm biến từ Nguyên tắc hoạt ñộng của cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình dưới. Bộ tạo dao ñộng sẽ phát ra tần số cao khi vật cản bằng kim loại nằm trong vùng ñường sức của từ truờng, trong kim loại ñó sẽ hình thành dòng ñiện xoáy. Như vậy năng lượng của bộ dao ñộng sẽ giảm, dòng ñiện sẽ tăng khi vật cản càng gần cuộn cảm ứng. Qua ñó biên ñộ dao ñộng của bộ dao ñộng sẽ giảm. Qua bộ so tín hiệu ra sẽ ñược khuếch ñại. Trong trường hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ ñảm nhận nhiệm vụ này. Hình 5.6:. Nguyên lý hoạt ñộng và hình dạng của cảm biến cảm ứng từ. Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………116 2.3.4. Cảm biến quang Cảm biến quang gồm 2 phần: Bộ phận phát & Bộ phận thu. Bộ phận phát sẽ phát ñi tia hồng ngoại bằng ñiôt phát quang, bộ phận thu tia hồng ngoại sẽ ñược xử lý trong mạch và cho tín hiệu ra sau khi khuếch ñại. Nguyên tắc ñộng của cảm biến quang ñược trình bày trong hình. Hình 5.7: Cảm biến quang Trong ñề tài t¸c gi¶ sử dụng cảm biến quang ñể phát hiện sản phẩm. bộ cảm biến quang ñược tự chế tạo. H×nh 5.8: S¬ ®å m¹ch c¶m biÕn Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………117 2.4. Khối ñiều khiển 2.4.1. Bộ ñiều khiển PLC Bộ ñiều khiển lập trình PLC S7-300 là bộ ñiều khiển ñang ñược sử dụng rộng rãi nhất trong công nghiệp nhờ những ưu ñiểm nổi bật của nó trong lĩnh vực ñiều khiển. Trong ñề tài tác giả sử dụng trực tiếp tín hiệu từ PLC ñể ñiều khiển thông qua cổng truyền thông.  Mạch kết nối với PLC S7-300 2.4.2 M¹ch c«ng suÊt Mạch công suất này biến ñổi các tín hiệu ñiều khiển ®Çu ra cña PLC ñể ñóng mở các rơle cung nguồn cho các van khí nén và ñiều khiển ñộng cơ quay cánh tay. C¸c rơle ñều ñược cấp nguồn 24V từ PLC. Các ñầu ra của PLC ñiều khiển các role thông qua phần tử cách ly PC817 và có các ñèn LED hiển thị. Các ñầu vào từ các cảm biến ñược ñưa trực tiếp tới PLC. H×nh 5.8: M¹ch kÕt nèi víi PLC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………118 2.4.3 ðộng cơ ñiện 1 chiều và nguyên lý ñảo chiều ñộng cơ Hệ thống sử dụng ñộng cơ ñiện 1 chiều có giảm tốc, ñộng cơ ñược gắn ở phía dưới truyền ñộng cho trục cánh tay thông qua hệ thống bánh răng. ðộng cơ sử H×nh 5.9: M¹ch c«ng suÊt ®Çu ra cña PLC Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………119 dụng nguồn ñiện 12V DC góc quay của ñộng cơ ñược giới hạn bởi 2 công tắc hành trình. Sơ ñồ nguyên lý ñảo chiều ñộng cơ. 2.4.4 Mô hình cánh tay Robot phân loại sản phẩm H×nh 5.10: M¹ch ®¶o chiÒu ®éng c¬ Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………120 H×nh 5.11: G¾p s¶n phÈm H×nh 5.12: KÑp vµ vËn chuyÓn s¶n phÈm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………121 H×nh 5.14: Tay gắp s¶n phÈm 2.4. Lưu ñồ thuật toán H×nh 5.13: Ph©n lo¹i s¶n phÈm Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………122 H×nh 5.15: L−u ®å thuËt to¸n Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………123 2.5. Chương trình PLC 2.5.1. Bảng symbol 2.5.2. Chương trình ñiều khiển Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………124 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………125 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………126 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………127 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………128 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………129 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………130 3. ThiÕt kÕ giao diÖn vËn hµnh vµ ®iÒu khiÓn cho m« h×nh §©y lµ giao diÖn quan träng m« t¶ toµn bé ho¹t ®éng cña m« h×nh m« pháng c¸nh tay Robèt. C¸c ®èi t−îng cña m« h×nh ®−îc thÓ hiÖn b»ng c¸c h×nh ¶nh ®å ho¹ trùc quan t−¬ng øng víi h×nh ¶nh thËt cña m« h×nh. Th«ng qua mµn h×nh giao diÖn nµy ng−êi vËn hµnh biÕt ®−îc tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña m« h×nh vµ t×nh tr¹ng cña thiÕt bÞ, còng nh− can thiÖp trùc tiÕp vµo ho¹t ®éng cña m« h×nh, nh− khëi ®éng, dõng hay Reset hÖ thèng. D−íi ®©y lµ mµn h×nh giao diÖn ®iÒu khiÓn m« h×nh Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………131 H×nh 5.16: Giao diÖn ®iÒu khiÓn tay m¸y H×nh 5.17: Giao diÖn ®iÒu khiÓn tay m¸y Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ kỹ thuật………………… ………………………132 Sau khi thö nghiÖm vµ ch¹y ch−¬ng tr×nh kÕt qu¶ ®¹t ®−îc nh− sau: - Cho phÐp ng−êi vËn hµnh ®iÒu khiÓn toµn bé ho¹t ®éng cña m« h×nh tõ m¸y tÝnh. - Ng−êi vËn hµnh cã thÓ gi¸m s¸t ®−îc qu¸ tr×nh lµm viÖc cña m« h×nh trªn m¸y tÝnh. V× c¸c chuyÓn ®éng trªn m¸y tÝnh t−¬ng øng víi c¸c chuyÓn ®éng hiÖn thêi cña tr¹m nªn cho phÐp ng−êi vËn hµnh gi¸m s¸t ho¹t ®éng cña c¸c tr¹m nµy ngay t¹i phßng ®iÒu khiÓn. ._.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfCH2646.pdf
Tài liệu liên quan