Bài giảng tự động hoá quá trình sản xuất

Hệ thống điều khiển tự động là hệ thực hiện các thao tác một cách tự động theo logic chương trình đặt trước do con người đặt trước, không có sự can thiệp của con người, con người chỉ đón

Bài Giảng TDHQTSX

Khoa Điện-Điện tử

Bộ môn ĐK-TDH

GV Đặng Quang Đồng

2

Chương 1: Tổng quan về hệ thống sản xuất tự động

1.1 Khái niệm

Hệ thống sản xuất tự động (HTSXTĐ): Là hệ thống tự động các quá trình xử lý thông tin trong quá trình công nghệ hoặc quá trình sản xuất Trong hệ này con người là một khâu quan trọng, thường xuyên có sự trao đổi thông tin giữa người và máy Con người làm việc trong hệ thống để hoạch định mục tiêu và đưa ra các quyết định để hệ đi

đúng hướng

Chúng ta cần phân biệt giữa một hệ thống sản xuất tự động và hệ thống điều khiển

tự động (HTĐKTĐ) Hệ thống điều khiển tự động là hệ thực hiện các thao tác một cách

tự động theo logic chương trình đặt trước (do con người đặt trước), không có sự can thiệp của con người, con người chỉ đóng vai trò khởi động hệ (trên thực tế đó là các bộ PID, PLC MicroProccesor, các mạch điều khiển rơle-contắctơ ) Như vậy hệ thống sản xuất

tự động bao gồm các hệ thống điều khiển tự động, con người, hệ thống kho bãi, nguyên liệu

Quá trình trao đổi thông tin giữa người và máy thực hiện theo mô hình sau:

1.2 Cấu trúc sơ bộ hệ thống sản xuất tự động:

Một hệ thống sản xuất tự động được cấu thành từ một hay nhiều hệ con trong đó

bao gồm cả con người Cấu trúc của hệ thống sản xuất tự động được trình bày như hình 4

Tất cả các hệ thống tự động hoá quá trình sản xuất đều được xây dựng trên hai cơ sở:

- Có người phục vụ, thao tác, điều phối (vận hành, điều phối)

- Bảo đảm thông tin, bảo đảm kỹ thuật, bảo đảm chương trình

Hệ thống này có thể là bằng tay, bán tự động, hoặc tự động hoàn toàn Hệ thống sản xuất tự động sẽ được thực hiện nhờ quá trình truyền tin Với những hệ thống càng lớn, lượng thông tin trao đổi giữa người và máy càng nhiều, nếu không dùng máy móc hỗ

trợ, sẽ cần một lực lượng đông đảo nhân lực để ghi nhận Cách làm này tốn thời gian và cũng rất dễ gây ra nhầm lẫn Ngày nay người ta thường dùng máy tính điện tử để ghi

nhận và xử lý và truyền thông tin (Máy tính đặt tại văn phòng để lập kế hoạch, báo cáo,

xử lý và truyền tin thông thường Máy tính đặt tại các phân xưởng để truyền và xử lý thông tin, máy tính đặt tại dây truyền để điều khiển cục bộ) Nhờ sự hỗ trợ của máy tính

và các thiết bị điều khiển Các hệ thống sản xuất tự động hiện nay đã được xây dựng ở mức độ tự động hóa rất cao, giảm nhẹ sức lao động trí óc và chân tay của con người Trên thực tế, một hệ thống sản xuất tự động thường rất phức tạp, để nghiên cứu nó, người

ta phải phân nhỏ thành từng phần để xem xét rồi sau đó tổng hợp lại

Mức độ tự động hoá của một hệ thống SXTĐ thường được chia thành 4 cấp như sau:

Cấp 1: Là cấp tiếp xúc giữa hệ thống điều khiển và QTCN, ở cấp này sử dụng các

cảm biến, các thiết bị đo dùng để thu nhận các tin tức từ QTCN và các cơ cấu chấp hành như rơle, động cơ, van dùng để nhận thông tin điều khiển và thực hiện các lệnh điều khiển

Cấp 2: Là cấp điều khiển cục bộ, ở đây thực hiện việc điều khiển từng máy, từng

bộ phận QTCN Các thiết bị điều khiển nhận thông tin của QTCN ở cấp 1 và thực hiện các thao tác tự động theo chương trình của con người đã cài đặt sẵn Một số thông tin về QTCN và kết quả của công việc điều khiển sẽ được chuyển lên cấp 3 Cấp này thường đặt các bộ điều khiển tương tự (P,I,D) và các bộ điều khiển số Hiện nay sử dụng phổ biến là các bộ điều khiển khả trình PLC

hoặc các phần tử nối mạng để thu nhận thông tin về QTCN (từ cấp 1 gửi lên), xử lý các

Thông

tin vào

Đảm bảo kỹ thuật

Thông tin ra

Đối tượng

điều khiển

Thiết

bị điều khiển

4

thông tin và trao đổi thông tin với cấp cao hơn hoặc người điều khiển thông qua giao diện Người-Máy

Cấp 4: Là cấp tự động hoá quá trình sản xuất, ở cấp này có máy tính trung tâm để

không những xử lý các thông tin về quá sản xuất mà còn là các thông tin về tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính, lực lượng lao động, tình hình cung cầu trên thị trường Máy tính trung tâm xử lý một khối lượng thông tin lớn, đưa ra các giải pháp tối

ưu để người điều khiển lựa chọn Người điều khiển có thể can thiệp sâu vào quá trình sản xuất, thậm chí có thể thay đổi mục tiêu sản xuất Cũng như ở cấp 2, cấp này sử dụng giao

diện Người-Máy nhưng ở mức độ cao hơn với phạm vi điều khiển rộng hơn

Các hệ thống sản xuất tự động hiện nay mang lại hiệu quả kinh tế rõ rệt: Nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất lao động, giảm sức lao động của con người, hạ giá thành sản phẩm Các thông tin luôn được xử lý kịp thời với độ chính xác cao

Các giai đoạn phát triển cơ bản của tự động hoá quá trình sản xuất:

Các giai

Thời điểm xuất hiện

Cơ khí hoá Thay thế lao động cơ bắp của con người Máy tiện,

hợp

Trên cơ sở tự động hoá với sự trợ giúp của hệ thống máy tính để thực hiện các quá trình sản xuất tích hợp

Central Computer Supervision

Computer Terminal

Hình 4: Cấp độ tự động hóa hệ thống sản xuất tự động

Nâng cao năng suất lao động, giảm sự mất ổn định về giờ giấc và giảm giá thành

Cải thiện điều kiện sản suất, người lao động tránh được những nơi lao động độc hại, nặng nhọc, công việc có tính lặp đi lặp lại

Cho phép đáp ứng cường độ sản suất cao,có thể sản xuất ra các sản phẩm với số lượng lớn

Cho phép thực hiện chuyên môn hoá và hoán đổi sản xuất

Chức năng:

Hệ thống sản xất tự động có các chức năng sau:

Chức năng thông tin: Chức năng thông tin của HTSXTĐ nhằm chọn, soạn thảo và thu nhận thông tin (ví dụ: đo lường các thông số của quá trình, tính chỉ tiêu thông số, các tín hiệu về trạng thái của hệ thống…) Kiểm tra ghi các sai số của các thông số, trạng thái

kỹ thuật thiết bị so với ban đầu Phân tích hoạt động bảo vệ thiết bị, ghi nhận trạng thái không an toàn, thông báo trước về khả năng giảm chất lượng sản phẩm, xuất hiện sự cố Ghi lại quá trình công nghệ (đồ thị, ảnh)

Chức năng điều khiển: Chức năng điều khiển của hệ thống SXTĐ để đảm bảo hệ thống có khả năng chống lại các nhiễu loạn trong quá trình SX, chọn chế độ hoạt động tối

ưu cho các máy, tối ưu cho toàn bộ quá trình

Chức năng bổ trợ: Ngoài các chức năng trên HTSXTĐ còn có các chức năng bổ trợ

đảm bảo an toàn lao động như bảo vệ sức khoẻ người vận hành, bảo vệ chống cháy, bảo

vệ an toàn chung, bảo vệ môi trường

Mức độ của các chức năng trên phụ thuôc vào mức độ phát triển của hệ thống SXTĐ

1.4 Xây dựng hệ thống sản xuất tự động

1.4.1 Bảo đảm kỹ thuật của hệ thống sản xuất tự động

Bảo đảm kỹ thuật của hệ thống sản xuất tự động là toàn bộ tổ hợp các thiết bị kỹ thuật cần thiết cho hoạt động của hệ thống đảm bảo thực hiện được các chức năng của hệ thống cần thiết kế Nó được hiện thực hoá từ kỹ thuật tính, kỹ thuật điều khiển logic và

kỹ thuật điều chỉnh Với các thiết bị như máy tính, thiết bị công suất, bộ điều chỉnh, điều khiển logic

Đảm bảo toán kỹ thuật của hệ thống SXTĐ cần đảm bảo toán học và đảm bảo chương trình:

- Đảm bảo toán học: Tuỳ theo công nghệ mà xác định được mô hình toán học mô tả hệ thống Dựa vào các mô hình này áp dụng các tính toán của kỹ thuật điều chỉnh để đảm

bảo hệ thống được thiết kế thoả mãn một số chỉ tiêu chất lượng nào đó đã đề ra (Trên thực tế, nó được mô tả bằng một phiếm hàm J phụ thuộc vào các thông số, cấu trúc hệ thống Phiếm hàm này phải thoả mãn các chỉ tiêu tối ưu: quá trình quá độ ngắn nhất (thòi gian t), Độ quá điều chỉnh nhỏ nhất (OS% ), Sai lệch tĩnh nhỏ nhất, Năng lượng tiêu

Ví dụ:

1.4.2 Cấu trúc truyền tin trong các hệ thống SXTĐ

Truyền tin đóng vai trò quan trọng khi xây dựng các hệ thống SXTĐ, truyền tin

phải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đảm bảo thông tin đầy đủ để hiện thực tất cả các mục tiêu đặt ra

- Các tín hiệu và mã phải tuân theo tiêu chuẩn

Algorith điều khiển hệ thống

Algorith điều khiển

quy trình A

B1 Xác định nhiệm vụ điều khiển

B2 Xác định các thiết bị

sử dụng trong hệ thống

B4 Xây dựng chương trình điều khiển

C2 Phân tích số liệu các quy trình

C4 Đưa ra các tín hiệu

bổ trợ điều khiển

C3 Hiển thị số liệu trên màn hình

Algorith điều khiển quy trình C

Quản lý, giám sát C5 Biên soạn tài liệu

Hình 5: Ví dụ về một Algorith điều khiển hệ thống

- Mã thông tin phải là đơn giản nhất và thích hợp với nơi sản xuất

- Có khả năng trao đổi thông tin với nhiều thiết bị

- Thông tin phải đảm bảo tính bảo mật theo yêu cầu

- Các cấu trúc hệ thống thông tin có thể là hình tia, tuyến tính hoặc hình cây:

HT-TT

CN1

CN2 CN3

8

Chương 2: Một số hệ thống sản xuất tự động điển hình Số

2.1 Hệ thống FMS

Hoạt động của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS gồm rất nhiều công đoạn, mỗi

công đoạn thực hiện trên một trạm Đây là hệ thống mô phỏng một quá trình sản xuất sản xuất tự động do đó các công đoạn trong quá trình xử lý phôi có thể nhiều hay ít phụ

1 Kiểm tra vị trí, liên kết cơ khí giữa các trạm

2 Kiểm tra cáp nối nguồn

3 Bật nguồn cung cấp mỗi trạm

4 Kiểm tra áp suất khí nén (6 bar)

5 Bật nguồn cung cấp khí nén cho tất cả các trạm

6 Tất cả các PLC ở trạng thái hoạt động (RUN mode)

7 Nhấn nút STOP trên tất cả các trạm

8 Chuyển khóa AUTO/MAN của tất cả các trạm sang vị trí Auto

9 Nhặt tất cả các phôi còn lại trên các trạm và đưa vào ổ chứa phôi

10 Nhấn nút RESET trên trạm phân loại ( Sorting )

11 Khi đèn Start trên trạm đã sáng, nhấn nút START

12 Tiếp tục thực hiện bước 10 và 11 cho đến trạm đầu tiên

Hệ thống FMS phòng festo thực chất là một mô hình SCADA Nghĩa là nó là một

hệ thống điều khiển thu thập số liệu hay còn gọi là hệ thống điều khiển giám sát Cấu

trúc bao gồm một trạm chủ là một máy tính được dùng để điều khiển toàn bộ quá trình

con, trí tuệ của toàn bộ quá trình tập chung tại một điểm Máy tính này thu thập thông tin

từ những thiết bị đầu cuối thông qua thủ tục thu thập số liệu từ các phương thức truyền

thông Hoạt động của hệ thống sản xuất linh hoạt FMS gồm rất nhiều công đoạn, mỗi

công đoạn được thực hiện ở trên một trạm

Đây là hệ thống mô phỏng một quá trình sản xuất tự động do đó các công đoạn

trong quá trình xử lý phôi có thể nhiều hay ít phụ thuộc vào số trạm chúng ta có Với hệ

thống sản xuất linh hoạt hiện nay của trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật Hưng Yên bao

gồm các công đoạn sau:

Cấp phôi từ ổ chứa phôi Kiểm tra chiều cao phôi, nếu

phôi đạt yêu cầu sẽ đưa sang trạm vận chuyển (phôi

nằm ngoài chiều cao cho phép sẽ bị loại) Trạm vận

chuyển sẽ chuyển phôi vào vị trí lưu trữ tạm thời hoặc

chuyển sang trạm tiếp theo, ở trạm tiếp theo phôi sẽ

được gia công và qua trạm vận chuyển tiếp theo để

Trạm cấp phôi

 Trạm kiểm tra

 Trạm tay gắp



10

đưa sang trạm phân loại Kết thúc quá trình, phôi được

phân loại theovật liệu, mầu sắc vào các khay chứa

tương ứng:

Trạm gia công

 Trạm phân loại

2.1.1 Trạm cấp phôi

Các phần tử trên trạm

Mag_back 1B2 Cảm biến từ xác định xi lạnh ổ chứa ở vị trí sau

Mag_frnt 1B1 Cảm biến từ xác định xi lạnh ổ chứa ở vị trí sau trước

Vacuum 2B1 Cảm biến chân không nhận biết phôi được hút ở tay quay

Arm_take 3S1 Công tắc hành trình xác định tay quay ở vị trí ổ chứa phôi

Arm_put 3S2 Công tắc hành trình xác định tay quay ở vị trí trong trạm sau

Mat_sen B4 Cảm biến quang để nhận biết có phôi trong bộ nạp hay

không Follow IP_FL sensor phát tín hiệu quang cho trạm sau

Feed 1Y1 Cuộn điện của xy lanh ổ chứa, là xi lanh tác động đơn

Vacumon 2Y1 Cuộn điện bật hút chân không

Vacumoff 2Y2 Cuộn điện tắt hút chân không

Armleft 3Y1 Cuộn điện chuyển tay quay đến ổ chứa

Armright 3Y2 Cuộn điện chuyển tay quay đến trạm tiếp theo

START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống

STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ

RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu

L_START H1 Đèn bên trong nút Start

L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset

Yêu cầu công nghệ:

Khi có phôi trong bộ nạp phôi, xi lanh ổ chứa sẽ đẩy phôi vào ổ chứa.Tiếp theo tay quay ở vị trí trạm tiếp theo sẽ chuyển đến vị trí ổ chứa hút phôi vào tay quay và mang phôi đến trạm tiếp theo và nhả phôi tại đó Quá trình lại tiếp tục khi báo có phôi trong bộ nạp

2.1.2 Trạm kiểm tra

Các phần tử trên trạm

Part_av Part_AV Cảm biến điện dung phát hiện có phôi

Sen_mat B1 Cảm biến quang dùng để kiểm tra phôi nếu = 0 = màu

đen

Sen_safe B2 Cảm biến quang để phát tín hiệu quang an toàn: đảm bảo

không có vật cản thì xi lanh nâng mới được đi lên

Work_ok Comp Đầu ra của bộ chuyển đổi tương tự _số Khi đo chiều cao

phôi thỏa mãn giá trị đặt trước sẽ có tín hiệu ra: comp =1 Lift_up 1B1 Cảm biến điện từ xác định xy lanh nâng ở vị trí trên

Lift _dow 1B2 Cảm biến điện từ xác định xy lanh nâng ở vị trí dưới

Push_ba 2B1 Cảm biến điện từ xác định xy lanh đẩy phôi ở vị trí sau

Follow IP_FL Cảm biến quang dung để phát tín hiệu quang cho trạm

sau

12

Liftdown 1Y1 Cuộn dây điều khiển xy lanh nâng (xi lanh tác động

kép)đi xuống Liftup 1Y2 Cuộn dây điều khiển xy lanh nâng đi lên

Matpush 2Y1 Cuộn dây điều khiển xy lanh đẩy phôi(xi lanh tác động

đơn) Slide 3Y1 Cuộn dây điều khiển tắt khí ở rãnh trượt

Previous IP_N_FO Cảm biến quang để phát tín hiệu quang cho trạm trước

START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống

STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ

RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu

L_START H1 Đèn bên trong nút Start

L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset

Yêu cầu công nghệ

Khi tay gắp trạm trước gắp phôi vào vị trí đặt phôi thì cảm biến phát hiện phôi và màu của phôi sẽ tác động đồng thời cảm biến đảm bảo không có vật cản Các tín hiệu này sẽ điều khiển xilanh nâng phôi đi lên để thực hiện đo chiều cao phôi và so sánh với giá trị đặt trước

Nếu chiều cao phôi = giá trị đặt trước.Tín hiệu này sẽ cho phép điều khiển mở van

xả khí ở rãnh máng Tiếp đến điều khiển xilanh đẩy ở vị trí sau đẩy phôi vào máng để đưa đến trạm sau

Nếu chiều cao phôi khác giá trị đặt trước Tín hiệu này sẽ điều khiển cho xilanh nâng phôi đi xuống đến vị trí đặt phôi Tiếp đến điều khiển xilanh đẩy phôi ra máng loại Xilanh này tự động đi về để tham gia chu trình mới

2.1.3 Trạm tay gắp

Các phần tử trên trạm

Part_av Part_AV Cảm biến quang phát hiện có phôi

Han_prev 1B1 Cảm biến từ xác định vị trí của tay máy ở trạm trước

Han_foll 1B2 Cảm biến từ xác định vị trí của tay máy ở trạm sau

Han_sort 1B3 Cảm biến từ xác định vị trí của tay máy ở vị trí phân loại Lift_dow 2B1 Cảm biến từ xác định xy lanh với tay kẹp ở vị trí dưới

Lift _up 2B2 Cảm biến từ xác định xy lanh với tay kẹp ở vị trí trên

Sen_mat 3B1 Cảm biến quang dùng để phát hiện phôi trong tay gắp

Follow IP_FL Tín hiệu quang trạm sau

Handprev 1Y1 Cuộn điện van tác động tay máy đến trạm trước

Handfoll 1Y2 Cuộn điện van tác động tay máy đến trạm sau

Lifting 2Y1 Cuộn điện van tác động xi lanh tay kẹp(xi lanh tác động đơn)

đi lên Gripper 3Y1 Cuộn điện van tác động tay kẹp = 1 = mở

Previous IP_N_FO Rào quang đến trạm trước

START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống

STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ

RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu

L_START H1 Đèn bên trong nút Start

L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset

14

Yêu cầu công nghệ

Khi tay máy ở trạm trước: cảm biến quang phát hiện có phôi sẽ điều khiển xilanh tay kẹp đi xuống Khi cảm biến đặt trong tay kẹp phát hiện có phôi trong tay kẹp sẽ điều khiển bàn kẹp kẹp chặt phôi Tiếp đến điều khiển xilanh tay kẹp đi lên đến khi công tắc tiếp cận điện cảm tác động.Tay máy tham ra chuyển động ngang đến khi công tắc cuối hành trình tác động (báo tay máy đã ở trạm sau) sẽ điều khiển xilanh tay kẹp đi xuống, đến khi công tắc tiệp cận gắn trên pittông tác động sẽ điều khiển cho bàn kẹp mở ra Xilanh tay kẹp đi về thực hiện chu trình tiếp theo

2.1.4 Trạm gia công

Các phần tử trên trạm

Part_av Part_AV Cảm biến điện dung để phát hiện có phôi

Wor_rub B1 Cảm biến điện dung phát hiện phôi ở vị trí gia công

Wor_test B2 Cảm biến điện dung phát hiện phôi ở vị trí kiểm tra

Rub_up 1B1 Công tắc hành trình 1 để xác định động cơ gia công ở vị trí trên Rub_dow 1B2 Công tắc hành trình 2 để xác định động cơ gia công ở vị trí dưới Rot_pos B3 Cảm biến từ để xác định bàn quay ở đúng vị trí

Wor_ok B4 Cảm biến từ để nhận biết phôi đặt đúng chiều

Follow IP_FL Cảm biến quang để phát hiện tín hiệu quang cho trạm sau

Rubbing M3 Động cơ gia công, được cấp nguồn bởi công tắc tơ K1

Rotary M2 Động cơ bàn quay, được đóng cắt bởi công tắc tơ K2, K5

Rubdown M1 Động cơ gia công đi xuống được cấp nguồn bởi công tắc tơ K3 Rubup M1 Động cơ gia công đi lên được cấp nguồn bởi công tắc tơ K4 Clamping Y1 Cuộn hút giữ phôi lại để gia công

Testing Y2 Cuộn hút kiểm tra phôi đặt đúng chiều

Reject Y3 Cuộn hút tay gạt chuyển phôi đến trạm sau

Previous IP_N_FO Sensor phát tín hiệu quang cho trạm trước

START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống

STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ

RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu

L_START H1 Đèn bên trong nút Start

L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset

Yêu cầu công nghệ

Ban đầu bàn máy ở đúng vị trí Khi tay gắp trạm trước đặt phôi vào, cảm biến phát hiện có phôi sẽ điều khiển cho động cơ bàn máy quay đưa phôi đến vị trí ở kiểm tra Tại đây cảm biến phát hiện có phôi, tín hiệu này để dừng bàn máy và điều khiển cho thiết

bị kiểm tra phôi

Nếu phôi đặt đúng chiều thì bàn máy sẽ quay đem phôi đến vị trí gia công Cảm biến phát hiện có phôi ở vị trí gia công điều khiển cho thiết bị giữ chặt phôi Sau đó điều khiển cho động cơ gia công để điều khiển cho mũi khoan đi xuống để gia công Khi gia công xong bàn quay đưa sản phẩm ra vị trí trạm sau(bàn quay ở đúng vị trí) Ở vị trí này tay gạt được điều khiển để gạt sản phẩm xuống trạm sau

Nếu phôi đặt không đúng chiều: bộ phận gia công không tham ra nữa, bàn quay đến vị trí chuyển phôi để tay kẹp trạm sau gắp sản phẩm vào máng loại phôi

2.1.5 Trạm phân loại

Các phần tử trên trạm

16

Part_av Part_AV Cảm biến quang phát hiện có sản phẩm

Mat_ind B2 Cảm biến điện từ để kiểm tra vật liệu:nhận biết sản phẩm nhôm Mat_opt B3 Cảm biến quang kiểm màu của phôi: = 0 =màu đen

Sen_full B4 CB quang nhận biết một ổ chứa phôi đầy, hoặc có SP vào máng Sw1_back 1B1 Công tắc tiếp cận điện cảm 1 cho phôi đỏ ở vị trí cuối hành trình Sw1_frnt 1B2 Công tắc tiếp cận điện cảm 2 cho phôi đỏ ở vị trí đầu hành trình Sw2_back 2B1 Công tắc tiếp cận điện cảm 1 phôi nhôm ở vị trí cuối hành trình Sw2_frnt 2B2 Công tắc tiếp cận điện cảm 2 phôi nhôm ở vị trí đầu hành trình Conmot K1 Động cơ băng tải

Switch1 1Y1 Cuộn điện cho xilanh 1 tác động

Switch2 2Y1 Cuộn điện cho xilanh 2 tác động

Stopper 3Y1 Cuộn điện cho xilanh chặn tác động

Previous IP_N_FO Cảm biến quang phát tín hiệu cho trạm trước

START S1 Nút Start dùng để khởi động hệ thống

STOP S2 Nút Stop dùng để dừng hệ thống tại thời điểm bất kỳ

RESET S4 Nút Reset đưa hệ thống về trạng thái ban đầu

L_START H1 Đèn bên trong nút Start

L_RESET H2 Đèn bên trong nút reset

Yêu cầu công nghệ:

Xilanh dành cho phôi đỏ và nhôm có 2 công tắc tiếp cận điện cảm ở đầu và cuối hành trình

Cảm biến phát hiện có phôi thiết lập cho băng tải hoạt động Thanh chặn ở trạng thái đóng giúp cho phôi không trôi theo băng tải Khi bị chặn như vậy 2 cảm biến quang

và cảm biến điện từ có nhiệm vụ nhận biết chất liệu và màu sắc của sản phẩm

Nếu sản phẩm là màu đỏ: khí được đưa vào cho xilanh 1, sau khi đủ áp suất thanh chặn mở ra cho sản phẩm đi qua và xilanh 1 tác động gạt sản phẩm xuống máng 1 Khi sản phẩm đi xuống máng 1 ở đó có một cảm biến quang Do vậy khi sản phẩm đi qua ánh sáng tới kính của cảm biến bị che tạm thời làm cảm biến tác động Tín hiệu này điều khiển xi lanh cho thanh chặn đóng lại, tay gạt về vị trí ban đầu đồng thời dừng băng tải Nếu sản phẩm được làm bằng nhôm: khí đưa vào cấp cho xilanh 2, sau khi đủ áp suất thanh chặn mở ra cho sản phẩm đi qua và xilanh 2 tác động gạt sản phẩm xuống máng 2 Khi sản phẩm đi xuống máng 2 ở đó có một cảm biến quang Do vậy khi sản phẩm đi qua ánh sáng tới kính mắt mèo của cảm biến bị che tạm thời làm cảm biến tác

động Tớn hiệu này điều khiển xi lanh cho thanh chặn đúng lại, tay gạt về vị trớ ban đầu đồng thời dừng băng tải

Nếu cả 2 cảm biến khụng tỏc động (cảm biến màu và cảm biến từ ở mức 0) nghĩa

là sản phẩm là màu đen, thanh chặn được mở ra cho sản phẩm đi qua Do xilanh 1 và 2 khụng tỏc động nờn sản phẩm đi thẳng và xuống mỏng 3 Khi sản phẩm đi xuống mỏng 3

ở đú cú một cảm biến quang Do vậy khi sản phẩm đi qua ỏnh sỏng tới kớnh mắt mốo của cảm biến bị che tạm thời làm cảm biến tỏc động Tớn hiệu này điều khiển xi lanh cho thanh chặn đúng lại đồng thời dừng băng tải

Trong trường hợp cỏc mỏng bị đầy sản phẩm làm cảm biến tỏc động lấy tớn hiệu

để dừng hệ thống

2.2 Mô hình SCADA

SCADA (Supervisory Control And Data Aquisition) nghĩa là hệ thống điều khiển

và thu thập số liệu hay còn gọi là hệ thống điều khiển giám sát Nó cho phép điều khiển, giám sát hoạt động hệ thống trong quyền hạn nào đó trên màn hình và điều khiển nhiều chức năng khác nhau bên ngoài hoặc quá trình Hệ thống SCADA sẽ bao gồm một trạm chủ cho việc thu thập thông tin từ những thiết bị đầu cuối thông qua thủ tục thu thập số liệu từ các phương tiện truyền thông khác nhau Lấy lại thông tin và kết hợp với cảnh báo

để người điều khiển đưa ra những quyết định chính xác hoàn thành việc điều khiển hệ thống và quá trình SCADA là một hệ kết hợp phần cứng và phần mềm để tự động hoá việc quản lý giám sát điều khiển một hay nhiều đối tượng SCADA thực hiện một số nhiệm vụ chính sau:

- Thu thập thông tin và giám sát từ xa lên đối tượng

- Điều khiển, điều chỉnh tự động từ xa lên đối tượng

- Thông tin từ xa với các đối tượng và các cấp quản lý

Các giải pháp về một hệ SCADA rất đa dạng về cấu trúc (có nhiều biến thể trong thực tế do yêu cầu về sự phân bố chức năng điều khiển cũng như sự phân bố máy tính, thiết bị) Tuy nhiên tựu trung lại có cấu trúc tổng quan như h.v

Máy tính ĐK

Quá trình con 1 Quá trình con 2 Quá trình con 3

A: Actuator S: Sensor

Hình 7: Mô hình SCADA đơn giản

18

Một máy tính được dùng để điều khiển toàn bộ các quá trình con Trí tuệ của toàn

bộ hệ tập trung tại một điểm Đây là cấu trúc tự động hoá thích hợp cho các loại máy móc thiết bị vừa và nhỏ, bởi sự đơn giản, đễ thực hiện và giá thành một lần cho máy tính điều khiển Tuy nhiên cấu trúc này có các nhược điểm sau:

- Công việc nối dây phức tạp, giá thành cao

- Việc mở rộng hệ thống gặp khó khăn

- Độ tin cậy của hệ thống điều khiển phụ thuộc vào một thiết bị duy nhất

Để nâng cao độ tin cậy cho hệ thống người ta thường dùng máy tính dự phòng, tuy nhiên sẽ nâng cao giá thành Nhược điểm thứ nhất và một phần nhược điểm thứ hai sẽ

được khắc phục bằng cách dùng một mạng dây dẫn chung gọi là BUS TRƯờNG (field bus)

Ví dụ: Một hệ thống điều khiển SCADA cải tiến trong dây chuyền sản suất ô tô theo giải pháp của Siemens (Một máy tính điều khiển trung tâm với giao diện Người- Máy)

những khối điều khiển chéo nhau Phân tán là việc bố trí Trí tuệ và chức năng theo bề

rộng cũng như chiều sâu, kết hợp mạng truyền thông thay cho phương pháp dùng dây nối

và bảng cổ điển Bên cạnh cách sử dụng phương pháp các cụm vào ra tại chỗ và các thiết

bị chấp hành thông minh, người ta còn đưa vào các máy điều khiển nhỏ (Các bộ điều chỉnh chuyên dụng, vi điều khiển) xuống các vị trí gần kề quá trình kỹ thuật (hình 9)

Trung tâm điều hành bao gồm: Trạm kỹ thuật (Engineering Station), trạm thao tác (Operator Station), và trạm phục vụ (Sevice Station)

Trung tâm điều khiển bao gồm các máy tính điều khiển như các bộ logic khả trình (PLC), máy tính công nghiệp (IPC) và các máy tính phối hợp được nối với nhau và nối lên trung tâm điều hànhquá trình qua BUS xử lý

Khu vực gần với khu vực kỹ thuật bao gồm các bộ điều khiển tại chỗ như bộ vi

điều khiển (Micro Controler), các bộ điều khiển thu gọn (Compact Controler) và các cụm vào ra tại chỗ, các thiết bị cảm biến chấp hành được nối lên trung tâm thông qua BUS trường Trong thực tế tuỳ theo tính chất ứng dụng và thể loại quá trình kỹ thuật mà cấu trúc trên có thể được đơn giản hoá hoặc mở rộng thêm

Bằng giải pháp này đã giải quyết vấn đề nối dây nhờ mạng truyền thông, độ tin cậy hệ nâng cao, tạo ra hệ thống mở

Bộ Đ/K Máy tính ĐK

20

Chương 3: Mạng truyền thụng cụng nghiệp

3.1 Mạng truyền thông công nghiệp

Trong những thập kỷ gần đây, do trình độ tự động hoá đã được nâng cao đáng kể,

nó làm thay đổi hẳn phương thức sản xuất Bằng việc áp dụng các tiến bộ của kỹ thuật vi

điện tử vào công nghệ truyền thông Các công nghệ điều khiển và truyền thông mới đã làm thay đổi phạm vi điều khiển và giám sát không chỉ ở cấp thao tác viên mà còn ở các cấp điều hành xưởng, cấp quản lý công ty, lãnh đạo công ty và cấp quản lý ngành Các công ty chuyên thiết kế và chế tạo các thiết bị và hệ thống tự động hoá đã không ngừng nghiên cứu để đưa ra các sản phảm ngày càng ưu việt Do ý tưởng và giải pháp công nghệ khác nhau, do tính cạnh tranh và khả năng độc quyền về thiết bị, mà mỗi hãng phát triển cho mình những chuẩn riêng Mặc dù những giải pháp công nghệ là khác nhau nhưng đều

có chung một xu hướng là tiện dụng cho người dùng Do đó các thiết bị này đều được phát triển trên các chuẩn để sao cho có khả năng ghép nối với các thiết bị của hãng khác trên cùng một hệ thống, đảm bảo tính “mở” của hệ thống

3.1.1 Mạng truyền thông của SIEMENS

PG

SIMATIC S5/S7

Hình 10: Cấu trúc mạng truyền thông của SIEMENS

Có ba phương pháp nối mạng các thiết bị điều khiển trong một hệ thống sản xuất

tự động của SIEMENS, đó là: Industrial Ethernet, Profibus va AS-Interface

3.1.2 Mạng truyền thông của OMRON

Hình 11: Mạng truyền thông SIEMENS

22

Cũng như mạng truyền thông của SIEMENS, mạng truyền thông giữa các thiết bị

điều khiển của OMRON phụ thuộc vào yêu cầu người sử dụng Tuy nhiên chúng được phân cấp ở các cấp thực hiện xử lý thông tin và điều khiển OMRON đưa ra cấu trúc mạng theo hai chiều ngang và dọc như trên hình vẽ

Cấp 0: Là cấp cơ bản của các bộ phận thiết bị như Sensor, cơ cấu chấp hành, Module cơ khí, trực tiếp tham gia vào quá trình sản xuất

Cấp 1: Cấp này bao quanh các thiết bị như máy điều khiển số, PLC, Robot công nghiệp, thực hiện chức năng điều khiển

Cấp 2: Điều khiển và phối hợp cùng với các thiết bị ở mức 1 Thực hiện việc thích nghi với các chức năng điều khiển và sự thay đổi của các thiết bị mức 1

Component

Station Comput

Factory Computer

Area Comput

Host Compute

SYSMAC WAY

SYSMAC NET ETHERNET

Cấp 3: Điều khiển, giám sát các hoạt động của các thiết bị ở mức 2 Quản lý giới hạn không quá một vùng riêng biệt của nhà máy hoặc một văn phòng

Cấp 4: Hợp nhất các hoạt động phân tầng với chức năng chính là tính toán dự báo trước và đặt kế hoạch

Các cấp này được ghép nối hệ thống mạng: SYSMAC BUS, SYSMAC WAY, SYSMAC NET và ETHERNET

Lớp mạng SYSMAC BUS

Mạng này được truyền theo kiểu BUS, có thể kết nối với các thiết bị thay đổi như Sensor, Actuator hay các thiết bị I/O Sử dụng các thiết bị CVM1, C200HW (Master), CV-series, C200HC, C200HS (Slave) Mạng này có các đặc điểm sau:

- Phương thức truyền thông kiểu Master-Slave

- Kết nối từ 31-63 nút (phụ thuộc từng thiết bị sử dụng)

- Tốc độ truyền 2Mbps Đường truyền là cáp đồng trục hoặc cáp quang

- Số nút tối đa là 63

- Khoảng cách truyền: Tổng cộng 1km (hoặc 10km, 800m giữa các nút)

- Độ dài dữ liệu 512 byte

- Khoảng cách truyền 1km (hoặc 3km khi dùng Repeater)

- Độ dài dữ liệu 2K byte

- Có khả năng gửi và nhận đệm các thông báo (nhận 15(30Kbyte) và gửi 1 (2Kbyte)

thông báo)

3.2 Mạng AS-I

AS-I (Actuator Sensor-Interface) là mạng ghép nối các phần tử ở cấp thấp nhất, dùng để ghép nối các thiết bị chấp hành, cảm biến Đây là cấu trúc mở với mô hình mạng nhỏ, giá thành hạ, dễ cài đặt và sử dụng Mạng AS-I có các tính đặc điểm sau:

24

Đồng tải nguồn và dữ liệu, tức là nguồn nuôi cho các cảm biến, cơ cấu chấp hành

và dữ liệu đều được truyền chung trên một đường cable hai dây

Có khả năng truyền bền vững trong môi trường công nghiệp (đạt tiêu chuẩn IP 67) nhưng không đòi hỏi cao về chất lượng truyền

Các bộ kết nối đơn giản và nhỏ gọn

3.2.1 Thông số kỹ thuật mạng AS-I

- Là hệ thống mạng chủ-tớ (Master-Slave): Trạm chủ giao tiếp với trạm tớ theo phương

pháp hỏi tuần tự (polling) Trạm chủ gửi bức điện có chiều dài 14 bit và chờ đợi trạm tớ

trả lời (với một khoảng thời gian định trước), trạm tớ trả lời với bức điện có chiều dài 7

bit:

… 0 CB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 P 1 0 S3 S2 S1 S0 P 1 …

- Các phần tử AS-I slave tích hợp AS-I chip, không sử dụng vi sử lý và phần mềm, làm

cho việc lắp đặt rất dễ dàng

- Khả năng mở rộng tối đa 31 điểm, 4bit dữ liệu, ghép nối được tối đa là 124 phần tử đầu

vào và 124 phần tử đầu ra

- Sử dụng chuẩn truyền RS-485

- Có thể truyền dữ liệu trên cable 2 dây (2x1,5mm2), với điện áp vi sai lên tới 30V

- Cho phép bổ xung nguồn phụ 24

- Chu kỳ quét lớn nhất là 5ms

- Khoảng cách truyền tối đa là 100m (nếu sử dụng Repeater sẽ lên tới 300m)

- Mạng có thể xây dựng theo cấu trúc hình sao, tuyến tính (daisy-chain,

trunk-line/drop-line) hoặc hình cây

3.2.2 Xây dựng mạng AS-I với module truyền thông CP 342-2

Như đã biết mạng AS-I là hệ thống mạng mở, rất nhiều nhà sản xuất cung cấp thiết bị và chúng có thể tích hợp vào cùng một hệ thông mạng Trong phần này sẽ hướng

dẫn thiết lập mạng AS-I sử dụng module truyền thông CP342-2 của Siemens

Lời gọi trạm chủ Nghe Trạm tớ trả lời

Hình 12: Cấu trúc bức điện AS-I

- Phần tử AS-I Slave: Có thể sử dụng nhiều phần tử AS-I Slave của các hãng khác nhau trên cùng một mạng Mỗi phần tử này được gán một địa chỉ riêng biệt, có thể dùng thiết

bị chuyên dụng để đặt địa chỉ cho các AS-I Slave hoặc thông qua phần tử Master (ghép nối trực tiếp)

- Bộ lặp: Cho phép tăng khoảng cách truyền từ 100m lên tới 300m, bộ lặp được ghép vào giữa hệ thống mạng trực tiếp trên các đường truyền tín hiệu

- Nguồn phụ trợ: Có thể sử dụng thêm nguồn nuôi phụ nếu dòng yêu cầu của tất cả các phần tử Slave lớn hơn 2A Nguồn nuôi này sẽ được nối với các phần tử Slave bằng một dây riêng

- Thiết bị đặt địa chỉ PSG: Dùng để gán đại chỉ cho các trạm Slave

Hình 13: Mô hình mạng AS-I

26

Cài đặt mạng:

Để lắp đặt hệ thống mạng AS-I, thực hiện theo những bước sau:

- Gán địa chỉ cho tất cả các trạm tớ bằng thiết bị đặt địa chỉ PSG

- Sử dụng cable nối để nối tất cả các trạm AS-I Slave, AS-I Master, Nguồn cung cấp 30V, Repeater (nếu có) tạo thành hệ thống mạng

- Nếu sử dụng thêm nguôn nuôi phụ, cần sử dụng cable nối khác màu (để dễ phân biệt người ta thường chọn cable này có màu đen, trong khi cable truyền dữ liệu có màu vàng)

- Kết nối tất cả các cảm biến và cơ cấu chấp hành vào trạm AS-I Slave

- Như vậy đường truyền AS-I đã sẵn sàng, ta có thể cài đặt thông số cho trạm chủ

- Chuyển CPU về trạng thái STOP để cài đặt thông số cho module CP342

- Module CP342 ở trạng thái thiết lập (Configuration mode) sẽ nhận tất cả các trạm tớ kết nối với nó (đèn báo sáng)

- Đặt module CP342 ở trạng thái được bảo vệ bằng cách nhấn nút SET trên module này,

nó sẽ lưu tất cả địa chỉ các trạm tớ và có thể thực hiện truyền thông Đèn LED “CM” sáng

- Chuyển CPU sang trạng thái RUN-P Việc cài đặt mạng đã hoàn thành

5 Chọn New address (F1)

6 Kích hoạt AS-I address (ENTER)

7 Nhập địa chỉ trạm AS-I slave (ví dụ là 2)

8 Xác nhận địa chỉ (ENTER)

9 Về menu chính (2x ESC)

10 Tắt nguồn PSG

VD: Trạm Slave

có địa chỉ là 2

không tập trung vào hướng dẫn lập trình, do đó chỉ sử dụng một bài toán lập trình đơn giản như một ví dụ minh hoạ

Mạng Profibus-DP là mô hình mạng mở, cho phép kết nối thiết bị của các hãng khác nhau trên cùng một mạng, có thể tạo ra một hệ thống mạng lớn với giá thành hạ và

dễ thực hiện

3.3.1 Thông số kỹ thuật mạng Profibus-DP

- Là hệ thống mạng Master/Slave Tuy nhiên ta cũng có thể xây dựng mạng Frofibus có nhiều trạm chủ bằng phương thức truy nhập thẻ bài (Token - passing), khi đó một thẻ bài

sẽ được đưa lên mạng và chỉ những phần tử nào trong mạng có thẻ bài mới được phép

điều khiển mạng, mỗi trạm được giữ thẻ bài trong một khoảng thời gian nhất định, hết khoảng thời gian này, thẻ bài sẽ được chuyển sang trạm khác và quá trình chuyển này

được thực hiện theo vòng tròn

28

Đặc điểm của mạng này là chỉ những trạm chủ mới có quyền nhận thẻ bài và điều khiển mạng Khi có thẻ bài trạm chủ đó sẽ thực hiện việc truyền dữ liệu với các trạm chủ khác và các trạm tớ

- Thời gian một vòng quét vào khoảng 5-10ms

- Có thể thiết lập cấu hình mạng tối đa 127 điểm và dữ liệu truyền tối đa 246 byte

- Truyền dữ liệu với các tốc độ nằm trong dải 9,6Kbps-12Mbps

- Sử dụng chuẩn truyền RS-485 Có thể truyền tín hiệu sử dụng cable quang hoặc cable xoắn 2 dây (0.22mm2) có vỏ bọc chống nhiễu Sử dụng các trở kết thúc ở hai đầu cable

- Thiết lập và mở rộng mạng với các phần tử ngoại vi ngay cả khi mạng đang hoạt động

- Cấu trúc mạng tuyến tính hoặc hình cây (truck-line/drop-line, daisy-chain)

`

Segment Nút mạng (Node) Bộ lặp tín hiệu (Repeater)

Hình 14: Kiểu truy nhập Token-passing

Hình 15: Cấu trúc mạng Profibus-DP

- Số lượng trạm tối đa trên một segment (đoạn mạng) là 32, có thể sử dụng thêm các Repeater để tăng số lượng trạm lên 128 (chú ý Repeater cũng được coi là một trạm)

- Khoảng cách truyền tối đa la 12km với cable điện và 23,8km với cable quang, khoảng cách truyền phụ thuộc vào tốc độ truyền theo bảng sau:

- Có các công cụ phần mềm trợ giúp và có khả năng chuẩn đoán lỗi

3.3.2 Thiết lập mạng Profibus-DP

Như đã biết, mạng Profibus DP có thể xây dựng có nhiều trạm chủ tạo thành nhiều lớp với các chức năng khác nhau của từng lớp để dễ dàng cho việc điều khiển, chẩn đoán lỗi cũng như bảo trì và sửa chữa mạng

a) Các lớp mạng

Lớp DP Master 1: Lớp mạng này bao gồm các phần tử điều khiển trung tâm trao đổi

thông tin với các trạm phân tán theo phương pháp hỏi vòng (polling) Các phần tử Master trong lớp mạng này có các chức năng sau:

- Thu thập các thông tin từ các trạm DP Slave

- Tạo chu trình trao đổi thông tin với các DP Slave

- Đặt thông số và thiết lập cấu hình cho các DP Slave

Tốc độ truyền

(Kbaud) 9,6 19,2 93,75 187,5 500 1500 3000 6000 12000 Khoảng cách tối đa

30

- Điều khiển các DP Slave với các câu lệnh điều khiển

Các chức năng này được đặt độc lập dựa trên giao diện người sử dụng của dịch vụ giao diện Các thiết bị điển hình cho lớp mạng này là các PLC, CNC, Robot Controler…

Lớp DP Master 2: Đây là lớp các thiết bị lập trình, thiết lập cấu hình và chuẩn đoán Lớp

này được thiết lập ngay khi cài đặt mạng DP Lớp mạng này có thể giao tiếp với DP Master lớp 1 và DP Slave Với DP Master lớp 1 có các chức năng sau:

- Nhập các thông tin chuẩn đoán của các DP Slave với các DP Master lớp 1

- Upload và download mảng thông tin

- Đặt và kích hoạt thông số hệ thống BUS

- Kích hoạt hoặc hoặc một DP Slave

- Hiệu chỉnh hoạt động DP Master lớp 1

Với DP Slave, các DP Master lớp 2 có các chức năng sau:

- Đọc thông tin cấu hình các DP Slave

- Đọc các thông tin vào/ra

- Đặt địa chỉ các DP Slave

Lớp DP Slave: Các trạm DP Slave có thể là các bộ điều khiển, phần tử đo, phần tử đọc

mã, các cơ cấu chấp hành cảm biến gọi là các trạm ngoại vi Các trạm này trao đổi dữ liệu với các trạm chủ vứoi độ dài dữ liệu lớn nhất 246 byte, điển hình thường sử dụng các thiết bị có độ dài dữ liệu sử dụng max 32 byte

3.3.3 Thiết lập mạng

Có thể thiết lập mạng Profibus-DP tới đa 126 trạm với một hoặc nhiều trạm chủ

Thiết lập mạng Profibus DP với PLC CPU 313C-2DP

Phần này sẽ hướng dẫn cách tạo lập một mạng Profibus- DP có thể truyền thông theo hai chiều (bidirectional communication) từ các CPU S7-300

Để có thể ghép nối mạng Profibus – DP, các CPU phải có cổng DP, các CPU này sẽ có mác hiệu có chữ DP (ví dụ : CPU 313C- 2DP, CPU 314C-2DP, CPU 315F- 2DP ), khi

Hình 17: Mạng Profibus-DP nhiều trạm chủ

đó ta sẽ sử dụng trực tiép các cổng này để ghép nối các CPU (trạm ) trong mạng, số lượng các các trạm có thể lên tới 126 trạm

Cable nối mạng Profibus - DP:

Để ghép nối các thiết bị trong mạng Profibus – DP ta sử dụng cable Profibus, ta

có thể sử dụng cable nối do Siemens cung cấp, khi ghép nối cần chú ý tới công tắc tại đầu nối

ở hai trạm hai đầu của mạng các công tắc được đặt ở vị trí ON, các trạm còn lại công tắc đặt ở vị trí OFF

Mạng Profibus - DP sử dụng chuẩn truyền RS-485, đây là một chuẩn truyền công nghiệp, tín hiệu truyền là điện áp vi sai trên hai dây (A và B), do đó có khả năng chống nhiễu cao và cho phép truyền dữ liệu với khoảng cách lớn, khoảng cách giữa hai trạm trong tối đa là 50m nếu sử dụng các bộ lặp tín hiệu (Repeater) sẽ cho phép nâng khoảng cách lên tới 1000m

3.4 Mạng Industrial Ethernet (IE)

3.4.1 Tổng quan về mạng Industrial Ethernet

Mạng IE là mạng phục vụ cho lớp quản lý và lớp trung tâm điều khiển (cell) để thực hiện dung lượng thông tin lớn và truyền thông với khoảng cách xa IE là một hệ thống truyền thông mở (các trạm lạ cũng có khả năng tích hợp vào mạng thông qua gateway để liên kết các subnet) Tất cả các thành viên trong mạng đều bình đẳng

Công tắc

Dây truyền tín hiệu

32

Đặc điểm của mạng Industrial Ethernet:

(IEEE 802.3: Institute of Electrical and Electronics Engineers Chuẩn truyền thông cho nhóm Ethernet, gói dữ liệu 11 bit

CSMA/CD: Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Thủ tục truy nhập vào mạng Ethernet, mô tả quá trình gửi dữ liệu và xử lý khi xảy ra xung đột trên mạng)

Thủ tục truy nhập đường dẫn:

Trên mạng Ethernet, không có phần tử Master và Slave, mọi phần tử đều có thể có quyền truy nhập vào đường truyền (Bus) vào mọi thời điểm nào Theo giao thức CSMA/CD, nếu phần tử nào đó trên mạng muốn gửi dữ liệu, sẽ phải kiểm tra xem mạng

có ở trong quá trình truyền thông không, nếu có sẽ phải đợi đường truyền rỗi (carrier sense)

Khi nhận thấy không có dữ liệu trên mạng, phần tử đó bắt đầu gửi dữ liệu tuy nhiên điều này có thể sẽ dẫn tới có rất nhiều phần tử đợi và gửi dữ liệu lên mạng (Multiple access)

Chuẩn truyền thông IEEE 802.3

Số lượng trạm 2 -> nhiều hơn 1000

Phương pháp truy nhập đường dẫn CSMA/CD

Tốc độ truyền thông 10Mbit/s

Kích thước gói dữ liệu 64byteữ1518byte

Topo mạng Đường thẳng, cây, hình sao, hình tròn

Khoảng cách truyền Dây dẫn : 1,5km

Cáp quang : 4,5km

Khi đó sẽ dẫn tới xung đột trên mạng, hệ thống mạng phải được thiết kế để nhận

ra sự xung đột này (Collision Detection)

Quá trình truyền thông tin trên mạng sẽ bị ngừng ngay lại, dữ liệu bị xóa và quá trình truyền tin sẽ được thực hiện lại sau một thời gian nhất định, khoảng thời gian này

được xác định bằng thuật toán ngẫu nhiên)

Địa chỉ MAC

Mỗi phần tử hoạt động trên mạng Ethernet (ví dụ: máy tính có card mạng hoặc PLC với module truyền thông IT) đều phải có một địa chỉ, địa chỉ này gọi là địa chỉ MAC (Media access control) Địa chỉ MAC dùng để xác định phần tử đó trên hệ thống mạng

Một địa chỉ MAC được quy định bao gồm 6 byte (Hexa), chia thành 2 phần, phần thứ

nhất xác định nhà sản xuất và phần thứ 2 xác định địa chỉ phần tử đó trên mạng

Ví dụ:

Cấu trúc bức điện

Cấu trúc bức điện hay gói dữ liệu được truyền trên mạng Ethernet bao gồm:

- Đồng bộ nhịp (Preamble): Một gói dữ liệu 7 byte với các bit 0, 1 luân phiên được gửi đi

để đồng bộ nhịp với phần tử nhận

Xác định phần tử trên mạng Xác định nhà sản xuất

- Chiều dài gói dữ liệu (Data field width): Mô tả chiều dài của gói dữ liệu, từ 0 đến 1500

- Dữ liệu (Data): Gói dữ liệu là dữ liệu thực tế

- Dữ liệu đệm: Để thực hiện được giao thức CCSMA/CD, cấu trúc bức điện phải có độ dài tối thiểu 64 byte, nếu gói dữ liệu quá ngắn, dữ liệu đệm sẽ được tự động thêm vào để lấp

đầy

- Kiểm tra (Check sum): Đây là gói dữ liệu mang thông tin kiểm tra theo một thuật toán Nừu dữ liệu bị sai, toàn bộ gói dữ liệu bị hủy và sẽ không được chuyển tiếp tới lớp tiếp theo

3.4.2 Thiết bị nối mạng Ethernet

Để xây dựng mạng Ethernet cần các thiết bị liên kết các phần tử trên mạng, sau

đây sẽ giới thiệu các phần tử đó

Cable

Có khá nhiều loại cable dùng để nối mạng Ethernet: đó là cable đồng trục, cable

đôi dây xoắn và cable quang Các cable này đều phải có một đầu nối đặc biệt theo chuẩn RJ45

Repeater và Hub

Do dữ liệu truyền trên đường truyền bao giờ cũng bị suy giảm và biến dạng, bộ lặp (repeater) dùng để nhận khuếch đại và phục hồi tín hiệu mang thông tin trên đường truyền Hub là một dạng bộ lặp tín hiệu nhưng có nhiều cổng kết nối Một Hub thông thường còn cung cấp nhiều dạng cổng để có thể kết nối với nhiều loại cable

3.4.3 Thiết lập mạng IE cho PLC S7-300 sử dụng Modul CP343-1 IT

Sau đây, chúng ta sẽ thiết lập mạng IE cho PLC S7-300 CPU 313C-2DP truyền thông theo hai chiều (Bidirectional Communication), và thực hiện một bài tập nhỏ để kiểm tra Chú ý rằng đây chỉ là bài tập lập trình rất đơn giản nhằm mục đích kiểm tra hoạt động mạng

36

Bài tập: Lập trình 2 PLC truyền thông nối mạng IE, nếu nhấn nút Start cấp tín hiệu vào trạm PLC thứ nhất, đèn được điều khiển trên trạm PLC thứ hai sẽ sáng và ngược lại

Chương 4: Điều khiển tớch hợp giao diện người-mỏy

4.1 Tổng quan về giao diện người-máy HMI

Trong các hệ thống sản xuất tự động, tuỳ theo mức độ tự động hoá sẽ có thể có các phần mềm điều khiển và giám sát (còn gọi là giao diện người-máy HMI) để trợ giúp người

điều khiển Các phần mềm giao diện người-máy có đặc điểm:

- Tăng tính tương tác trong hệ thống điều khiển

- Tạo ra giao diện đồ hoạ của quá trình

- Sử dụng các thiết bị như: Màn hình hiển thị, màn hình cảm ứng, giao diện MMI (Man Machine Interface), HMI (Human Machine Interface)

- Giúp cho người sử dụng dễ dàng xác định các thông số hệ thống cũng như cài đặt thông

số mới

- Thường có các mục đích: Hiển thị lỗi, hiển thị thông số hệ thống, cho phép điều khiển, hiệu chỉnh hệ thống

- Có các ưu điểm: Dễ dàng nhận biết các thông tin của quá trình do sử dụng các hình ảnh

và màu sắc (ví dụ: màu đỏ để báo lỗi), dễ dàng điều khiển, các màn hình có thể thay đổi cho phép truy nhập ở nhiều cấp độ khác nhau

- Để xây dựng giao diện người-máy thường qua các bước: Sử dụng phần mềm lập trình để xây dựng giao diện, Download xuống thiết bị HMI, Kết nối thiết bị HMI với PLC, Đọc ghi các thông tin từ PLC và hiển thị trên màn hình

Trong chương này sẽ giới thiệu một phần mềm để thiết kế HMI được sử dụng khá rộng

rãi của SIEMENS để thực hiện nhiệm vụ này - WINCC

4.2 WINCC

Win CC là phần mềm IHMI (Intergrated Human Machine Interface) do hãng SIEMENS phát triển, đây là phần mềm dễ sử dụng, có khả năng điều khiển trên phạm vi rộng, với giao diện Window cho phép truy nhập vào nhiều lớp điều khiển Với Win CC chúng ta có thể xây dựng giao điện điều khiển từ phòng điều khiển trung tâm đến các máy

- Tạo trạm PLC: Insert -> Sation->2 SIMATIC 300 Sation

40

- Kích đúp chuột vào biểu tượng SIMATIC 300 (1) ở cửa sổ bên phải Sau đó kích đúp chuột vào biểu tượng Hardware ở cửa sổ bên phải thì cửa sổ thiết lập cấu hình phần cứng xuất hiện: