THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG DÙNG GIẢI PHÁP CỦA HÃNG OMRON CHO NHÀ MÁY XI MĂNG

- Giao tiếp giữa các trạm theo cơ chế tay đôi: Tùy theo giao thức cụ thể mà địa chỉ, tên… của bên gửi và bên nhận trong cùng 1 bức điện sẽ được dịch sang địa chỉ Ethernet rồi chuyển xuố

THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG TRUYỀN THÔNG DÙNG GIẢI PHÁP CỦA HÃNG OMRON CHO NHÀ MÁY XI MĂNG

NỘI DUNG THUYẾT TRÌNH

I GIỚI THIỆU CHUNG.

II GIẢI PHÁP MẠNG TRUYỀN THÔNG CỦA HÃNG

I GIỚI THIỆU CHUNG

OMRON là một trong những hãng điện tử hàng đầu thế giới

về công nghệ tự động hoá.

Các thiết bị tự động của OMRON : plc,inverter, rơ le, bộ định giờ, bộ đếm, cảm biến và các thiết bị điều khiển chương trình hiện đại…

II GIẢI PHÁP MẠNG TRUYỀN

THÔNG CỦA HÃNG OMRON

Omron chia mức độ tự động hóa thành 4 cấp:

+ Cấp thông tin (Information networks): thu thập dữ liệu quá trình, phân tích và tối ưu quá trình, thực hiện các báo cáo Thiết bị sử dụng ở mức này là máy tính + Cấp điều khiển (Control networks) : thực hiện chức năng điều khiển.

+ Cấp thiết bị (Device networks).

+ Cấp cảm biến và chấp hành ( sensor and actuator networks)

PLC line 1 CS1D- CPU67H

PLC line 2 CS1D CPU 67H HMI

NS5- V2

Xung tốc độ cao

Alam 60 Out

Modbus

Encoder E6B2-C Loadcell

HLCBD1/10T

ĐC băng tải cân

Loadcell interface K3HB- VLC

Analog I/O terminal CRT1- AD04

Sensor Analog

PLC line1 CS1D- CPU67H

FBP

MSD11- A4075

3G3MX-CRT- AD04

Digital input CRT- ID16-1

Xung tốc độ cao

Alam 60 Out

Modbus

Encoder E6B2-C Loadcell

HLCBD1/10T

ĐC băng tải cân

Loadcell interface K3HB- VLC

Analog I/O terminal CRT1- AD04

Sensor Analog

PLC line2 CS1D- CPU67H

FBP

MSD11- A4075

3G3MX-CRT- AD04

Digital input CRT- ID16-1

- Modul đầu vào và đầu ra xung tốc độ cao

- Modbus – RTU master kết nối dễ dàng với biến tần

CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG NHÀ MÁY

Khả năng dự phòng của PLC CS1D – CPU 67H:

CÁC MODULE SỬ DỤNG TRONG PLC CS1D CPU67H

1 Module High Speed Counter CS1W-CT041

- CS1W- CT041 là 1 I/O unit đặc biệt của PLC dòng CS1

- Tần số ngõ vào có thể tới 500 khz và cho phép

điều khiển chính các cơ cấu truyền động nhanh.

- Thời gian đáp ứng lớn nhất 0.5 ms

đảm bảo điều khiển phản hồi tốc độ cao.

- CS1W- CT041 có 4 ngõ vào số, 4 ngõ ra số và 28 soft output

- Có 3 loại bộ đếm:

+ Simple counter

+ Circular counter

+ Linear counter

- CS1W- CT041 có thể thiết lập cấu hình dựa trên phần mềm CX- programmer Support…

- Có thể đếm dải số nhị phân lớn nhất là 32 bits, lọc nhiễu ngõ vào tần số 10 kHz và 50 kHz

Đặc tính kỹ thuật:

2 Module Enthernet: CS1D- ETN21D (100BASE-TX)

- Là module hỗ trợ truyền thông Ethernet cho PLC CS1D

- Phương pháp truy cập bus: CSMA/CD

- Tốc độ truyền:

+ 100 Mbit/s đối với cable 100 BASE – TX

+ 10 Mbit/s đối với cable 100 BASE – T

- Khoảng cách truyền từ Hub đến nút mạng: 100 m

- Số lượng kết nối theo tầng: 2

- Có khả năng tạo mạng kép(Duplex network) được sử dụng trong hệ thống dự phòng( Redundant system)

3 Module hỗ trợ Controller Link: CS1W-CLK13

- Hỗ trợ làm việc kép trên PLC CS1D

- Kết nối bằng cáp quang H-PCF

- Hỗ trợ truy cập bus theo phương pháp

Token bus và Token ring

- Phương pháp mã hóa bít Manchester

- Tốc độ truyền 2Mbps

- Khoảng cách truyền tối đa 20km

- Cho phép 11 module CS1W-CLK13 kết nối với 1 modul CPU(5 module ở chế độ đơn, 3 cặp module ở chế độ kép) trên

PLC CS1D.

- Số từ trong data link tối đa là 40000

- Chiều dài tối đa của Message là 2012 byte

4 Module Device net: CS1W – DRM21 – V1

- Tốc độ truyền: 500 kbps, 250 kbps, 100kbps

- Nguồn cung cấp: 24 VDC

- Số nút mạng tối đa: 64 (master, Slaver và Configurator)

- Phương thức giao tiếp : Master/ Slaver

- CS1W– DRM2 – V1 có số I/0:

+ 2048 khi sử dụng như 1 master

+ 16 khi sử dụng như 1 Slaver

6 Module CompoNet: CS1W-CRM21

- Tương thích với dòng PLC CS-Series

- Tốc độ truyền 4 Mbits/s , 1.5 Mbits/s và

93.75 kbits/s.

- Số nút mạng tối đa 32

- Số bộ lặp tối đa 64

- Phương pháp mã hóa bít Manchester

- Kiểm soát lỗi theo mã Manchester và CRC.

- Các loại cáp kết nối :Round cable I (JIS C 3306, 2- conductor), Round cable II (JIS C3306 4-conductor),

Flat Cable I (DCA4-4F10 Standard Flat Cable), Flat Cable II (DCA5-4F10 Sheathed Flat Cable)

Kết nối Master unit (CS1W-CRM21) với Slave unit

II INVERTER

III MÀN HÌNH HMI NS5 – V2:

Đặc tính kỹ thuật

Các đặc tính của màn hình NS5 – V2

Hệ thống kết nối các PLC với các màn hình NS

IV ENCODER

Đặc tính kỹ thuật:

V Bộ khởi động động cơ ( Motor Starter Direct ): MSD11- FBP

- MSD11 – FBP là 1 thiết bị của hãng ABB dùng để chuyển mạch và bảo vệ động cơ 3 pha.

- Chịu được dòng điện 12 A và bao gồm các thành phần

- Nhiệt độ môi trường xung quang khi hoạt động: 0 – 55 độC

- Công suất tổn hao: 9W

- Bộ ghép nối ABB field bus tương thích với:

+ AS – interface – P

+ AS – interface – D

+ Profibus DP

+ Device net

VI Analog I/O Terminal :CRT1-AD04:

- Hỗ trợ truyền thông CompoNet

- Xử lý tín hiệu Analog thành Digital

- Có 4 ngõ vào

- Điện áp ngõ vào :0v ->5v,1v->5v,

0v->10v,-10v->10v.Tầm giới hạn±15 V

- Dòng điện ngõ vào :0->20mA,

4->20mA.Tầm giới hạn ±30 mA.

VII Digital I/O Terminal ( CompoNet Slave)

1 CRT1-OD16-1:

- Có hỗ trợ truyền thông componet

- 16 ngõ ra digital.

- Dòng điện ngõ ra định mức :0.5A/output, 4A/common.

- Điện áp dư :1.2v max

- Dòng điện rò :0.1mA max

-Thời gian trễ mức ON : 0.5ms max

- Thời gian trễ mức OFF :1.5ms max

- Phương pháp cách ly ngõ ra :Photocoupler

- Báo hiệu ngõ ra : Led màu vàng

2 XWT-OD16-1:

- Là modun mở rộng ngõ ra kết nối với modun CRT1-OD16-1để tăng số lượng ngõ ra digital.

- Có 16 ngõ ra digital.

- Dòng điện ngõ ra định mức 0.5 A/output, 4.0 A/common.

- Điện áp dư :1.2v max

- Dòng điện rò :0.1mA max

-Thời gian trễ mức ON : 0.5ms max

- Thời gian trễ mức OFF :1.5ms max

3 CRT1-ID16-1:

- Có 16 ngõ vào digital

- Điện áp ON: 15VDC min

- Điện áp OFF : 5VDC max

- Dòng điện OFF : 1.0 mA max

- Thời gian trễ mức ON: 1.5ms max

- Thời gian trễ mức OFF: 1.5ms max

- Phương pháp cách ly ngõ ra :Photocoupler

- Báo hiệu ngõ ra : Led màu vàng

4 XWT-ID16-1:

- Là module mở rộng ngõ vào digital

- Có 16 ngõ vào digital

- Điện áp ON: 15VDC min

- Điện áp OFF : 5VDC max

- Dòng điện OFF : 1.0 mA max

- Thời gian trễ mức ON: 1.5ms max

- Thời gian trễ mức OFF: 1.5ms max

- Dòng ngõ vào :

+ Tại điện áp 24VDC :6.0 mA max./input + Tại điện áp 17VDC :3.0 mA min./input

VIII LOAD CELL: HL CBD1/ 10T:

- Load cell HL CBD1/ 10T là sản phẩm của công ty HBM

- Dùng cho cân đóng bao, cân băng tải, cân nâng xe….

IX Load Cell Interface: K3HB-VLC :

- Hỗ trợ truyền thông Device Net

- Tín hiệu vào từ Load cell :

+0.000->199.99 mV +0.000->19.999mV + ±100.00 mV, ±199.99 mV

- Tốc độ truyền thông 500, 250, 125 kbps hoặc tự động chỉnh định theo

tốc độ của Master unit.

- Cáp truyền : cáp đặc biệt 5 dây(2 dây tín hiệu,2 dây nguồn,1 dây bọc).

- Nguồn cung cấp :11->25VDC

- Số nút mạng tối đa 64.

- Số slave tối đa 63.

- Phương pháp kiểm soát lỗi CRC.

1 Kiến trúc giao thức:

- Kiến trúc giao thức của Ethernet/IEEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE802 Lớp liên kết dữ liệu chia thành 2 lớp con:

+ LLC ( Logical Link Control)

+ MAC ( Medium Access Control)

- Phạm vi của Ethernet/IEEE 802.3 chỉ bao gồm lớp vật lý và lớp MAC

2 Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn:

- Về mặt logic, Ethernet có cấu trúc bus Cấu trúc mạng vật lý có thể

là đường thẳng, hình sao

- Một số loại cáp truyền Ethernet thông dụng

Tên hiệu Loại cáp Chiều dài

đoạn tối đa truyềnDải Số trạm tối đa / đoạn Tốc độ truyền 10BASE5 Đồng trục dầy 500m Cơ sở 100 10 Mbit/s 10BASE2 Đồng trục mỏng 200m Cơ sở 30 10 Mbit/s 10BASE-T Đôi dây xoắn 100m Cơ sở 1024 10 Mbit/s 10BASE-F Cáp quang 2000m Cơ sở 1024 10 Mbit/s

Sơ đồ ba kiểu mạng Ethernet với cáp đồng trục và cáp đôi dây xoắn

3 Cơ chế giao tiếp:

- Ethernet có tính năng mở

+ Ethernet chỉ quy định lớp vật lý và lớp MAC , cho phép các hệ

thống khác nhau tùy ý thực hiên các giao thức và dịch vụ phía trên + Phương pháp truy cập bus ngẫu nhiên CCMA/CD, không yêu cầu các trạm tham gia phải biết cấu hình mạng.

+ Chuẩn hóa sớm trong IEEE 802.3

- Trong mạng Ethernet, các trạm có vai trò bình đẳng như nhau nếu

không có bộ chia hoặc bộ chuyển mạch.

- Giao tiếp giữa các trạm theo cơ chế tay đôi: Tùy theo giao thức cụ thể

mà địa chỉ, tên… của bên gửi và bên nhận trong cùng 1 bức điện sẽ được dịch sang địa chỉ Ethernet rồi chuyển xuống lớp MAC

- Ethernet còn hỗ trợ phương pháp gửi đồng loạt ( multicast &broadcast)

4 Cấu trúc bức điện:

IEEE 802.3/ Ethernet chỉ quy định lớp vật lý và lớp MAC nên 1 bức điện còn gọi là khung MAC

- Mở đầu: 56 bit 0&1 luân phiên dùng để đồng bộ nhịp bên nhận và bên gửi việc đồng bộ chỉ thực hiện 1 lần cho cả bức điện.

- SFD: ( Start of Frame Delimiter) 1 byte đánh dấu khởi đầu khung MAC

- Địa chỉ đích, Địa chỉ nguồn: 2 hoặc 6 byte Có 2 loại địa chỉ Ethernet

+ Địa chỉ cục bộ : không có ý nghĩa ngoài mạng cục bộ

+ Địa chỉ toàn cầu: đảm bảo sự thống nhất trên toàn thế giới

- Độ dài / kiểu gói : 2 byte

Địa chỉ đích Địa chỉ nguồn kiểu gói Độ dài / liệu Dữ PAD FCS

- Bộ chuyển mạch phân vùng xung đột vì thế chống xung đột.

- Bộ chuyển mạch tốc độ cao gồm 4-32 module, mỗi module có 8 cổng

6 Fast Ethernet:

- Được chuẩn hóa trong IEEE 802.3u

- Tốc độ truyền 100Mbit/s.

- Mã hóa Manchester, truy cập bus CSMA/CD.

- Cơ chế giao tiếp tay đôi

- Fast Ethernet không hỗ trợ cáp đồng trục vì chiều dài tối đa giảm xuống 10 lần

- Một số loại cáp truyền Fast Ethernet thông dụng:

7 High Speed Ethernet ( HSE ):

- HSE là công nghệ bus do Fieldbus phát triển trên cơ sở Fast

Ethernet.

- Tốc độ truyền 100Mbit/s

- Được chuẩn hóa trong IEC 61158.

- Sử dụng các giao thức chuẩn DHCP( Dynamic Host Control

Protocol) và IP( Internet Protocol).

- Giải pháp dự phòng HSE dựa vào cấu trúc và thành phần Ethernet thông dụng.

- Mở rộng mô hình khối chức năng: Funtion Block FB cho các ứng dụng sản xuất gián đoạn.

- Khối chức năng linh hoạt: Flexible Funtion Block FFB là phần mềm đại diện cho các I /0 Digital, các thuật toán đặc biệt…

II DEVICE NET

- Device net là hệ thống bus do hãng Allen- Bradley phát triển dựa trên cơ sở của CAN

- Là chuẩn giao thức cho lớp ứng dụng và bổ sung chi tiết thực hiện lớp vật lý

- Phương thức giao tiếp kiể tay đôi( Peer to Peer) hoặc Master/

Slaver

- Cấu trúc mạng là đường trục/ đường nhánh.

- Một mạng Device net cho phép ghép tối đa 64 trạm.

1 Cơ chế giao tiếp:

-Hoạt động dựa trên mô hình nhà sản suất/người tiêu dùng ( producer/ consumer) cho phép các hình thức giao tiếp sau:

+ Điều khiển theo sự kiện: 1 thiết bị chỉ gửi dữ liệu khi dữ liệu thay đổi

+ Điều khiển theo thời gian: gửi dữ liệu một cách tuần hoàn theo chu kỳ

+ Gửi đồng loạt: Thông báo được gửi đồng thời tới tất cả các thiết bị + Hỏi tuần tự: dành cho hệ thống có cấu hình Master/ Slaver.

- Hiệu suất sử dụng đường truyền cao Nhiều trạm có thể đồng thời sử dụng cùng 1 dữ liệu gửi từ 1 nguồn duy nhất

- Các trạm có thể đồng bộ hóa 1 cách đơn giản để đảm bảo tính nhất

quán của dữ liệu.

- Phương thức giao tiếp chủ/ tớ hoặc tay đôi hoặc cả 2 đồng thời

2 Dịch vụ thông báo: Có 2 loại thông báo:

a Thông báo rõ ràng:

- Một thông báo mang địa chỉ đầy đủ của thuộc tính cần truy cập hoặc

dịch vụ cần gọi.

- Giao tiếp có yêu cầu và đáp ứng.

b Thông báo vào/ ra:

- Các thông báo vào/ ra chỉ mang dữ liệu, tự động được gửi đi.

- Thực hiện trong cấu hình giao tiếp chủ/ tớ với các phương pháp:

+ Polling: Hỏi tuần tự

+ Strobing: Quét đồng loạt

+ Cyclic: Tuần hoàn

+ Change of State

III MODBUS:

- Mod bus là 1 giao thức do hãng Modicon phát triển.

- Theo mô hình OSI thì Modbus là 1 chuẩn giao thức và dịch vụ thuộc lớp ứng dụng, thực hiện trên các cơ chế cấp thấp như

TCP/IP, MAP, Modbus Plus và đường truyền nối tiếp RS232.

- Modbus định nghĩa 1 tập hợp rộng các dịch vụ phục vụ trao đổi

dữ liệu quá trình, dữ liệu điều khiển và dữ liệu chuẩn đoán.

- Modbus mô tả quá trình giao tiếp giữa 1 bộ điều khiển với các

thiết bị thông qua cơ chế yêu cầu/ đáp ứng.

- Trong hệ thống Scada, Mod bus hay được sử dụng trên các đường truyền RS- 232 ghép nối giữa các thiết bị dữ liệu đầu cuối( PLC,

PC, RTU) với các thiết bị truyền dữ liệu.

1 Cơ chế giao tiếp:

- Cơ chế giao tiếp ở Modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thông cấp

- Một trạm chủ có thể gửi thông báo yêu cầu tới riêng một trạm tớ nhất

định hoặc gửi thông báo đồng loạt tới tất cả các trạm tớ

- Trong một thông báo yêu cầu của trạm chủ có chứa địa chỉ trạm

nhận, mã hàm dịch vụ bên nhận cần thực hiện, dữ liệu đi kèm và thông tin kiểm lỗi.

b Modbus trên các mạng khác:

- Một số mạng như Modbus Plus, MAP sử dụng Modbus là giao thức cho lớp ứng dụng Các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng của mạng đó, mỗi bộ điều khiển có thể đóng vai trò là chủ hoặc tớ trong các lần giao dịch khác nhau

- Ở mức giao tiếp thông báo, giao thức Modbus vẫn tuân theo nguyên tắc chủ/ tớ.

- Phương pháp giao tiếp mạng cấp thấp có thể là tay đôi.

- Khi một bộ điều khiển gửi một yêu cầu thông báo thì nó đóng vai trò là chủ và nó sẽ đóng vai trò là tớ nếu nó nhận thông báo yêu cầu từ một trạm.

c Chu trình yêu cầu / đáp ứng:

- Giao thức Modbus định nghĩa khuôn dạng của thông báo yêu cầu cũng như của thông báo đáp ứng:

- Một thông báo yêu cầu gồm:

+ Địa chỉ trạm nhận yêu cầu (0-247), trong đó 0 là địa chỉ gửi đồng loạt.

+ Mã hàm gọi chỉ thị hành động trạm tớ cần thực hiện theo yêu cầu.

+ Dữ liệu chứa các thông tin bổ sung mà trạm tớ cần cho việc thực hiện hàm được gọi.

+ Thông tin kiểm lỗi giúp trạm tớ kiểm tra nội dung thông báo nhận được.

Thông báo đ/ư từ Slaver

Địa chỉ thiết bị

Mã hàm

Dữ liệu Kiểm soát lỗi

Thông báo y/c từ Master

Địa chỉ thiết bị

Mã hàm

Dữ liệuKiểm soát lỗi

2 Chế độ truyền:

- Thực hiện Modbus trên các mạng khác như Modbus Plus, MAP thì các

thông báo được đưa vào các khung theo giao thức vận chuyển / liên kết

cụ thể

- Thiết bị ghép nối qua mạng Modbus chuẩn có thể sử dụng 2 chế độ truyền:

a Chế độ ASCII:

- Mỗi byte trong thông báo được gửi thành 2 ký tự ASCII 7 bit, trong đó mỗi

kí tự biểu diễn 1 chữ số hex Các ký tự được truyền đi gián đoạn tối đa 1s.

- Cấu trúc 1 ký tự khung gửi đi được thể hiện như sau:

b Chế độ RTU:

- Mỗi byte trong thông báo được gửi thành 1 ký tự 8 bit.

- Hiệu suất cao hơn ASCII

- Mỗi thông báo phải được truyền thành 1 dòng liên tục.

- Cấu trúc 1 ký tự khung gửi đi được thể hiện như sau:Start 0 1 2 3 4 5 6 7 P Stop

- Controller Link là một chuẩn truyền thông nội bộ của hãng Omron,nó cho phép truyền một gói dữ liệu lớn giữa các PLC Omron hay giữ các PLC Omron và máy tính.

- Controller link hỗ trợ dịch vụ Data link (cho phép dữ liệu chia sẽ) và dịch vụ Messgase service (cho phép nhận và gửi dữ liệu).

- Mã hóa bít theo phương pháp Manchester

- Truy cập bus theo phương pháp Token bus hoặc Token ring

- Cáp truyền dẫn là cáp hai dây xoắn hoặc cáp sợi quang.

- Tốc độ truyền 2 Mbps, 1 Mbps, 500 kbps

- Khoảng cách truyền : cáp xoắn(500 m, 800 m, 1 km),cáp quang(20 km, 30 km).

- Số nút mạng cho phép : cáp xoắn(32 nút),cáp quang (62 nút)

IV CONTROLLER LINK

- Componet là chuẩn mạng cấp trường,được quản lý bởi hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Associattion)

-Theo mô hình OSI thì Componet nằm trên các lớp : vật lý,liên kết

dữ liệu ,lớp mạng và lớp vận chuyển.

-Componet truy cập bus theo phương pháp phân chia thời gian

TDMA( Time Division Multiple Access).

- Phương pháp mã hóa bít Manchester,có khả năng đồng tải nguồn -Tốc độ truyền dẫn trong khoảng 93.75kbps đến 4Mbps.

-Các loại cáp truyền dẫn :

• Round Cable I (VCTF 2-conductor cable, JIS C3306)

• Round Cable II (VCTF 4-conductor cable, JIS C3306)

• Flat Cable I (DCA4-4F10 Standard Flat Cable)

• Flat Cable II (DCA5-4F10 Sheathed Flat Cable) -Kiểm soát lỗi CRC

-Cho phép tối đa 64 bô lặp.

V COMPONET: