Xây dựng module truyền thông kết nối giữa PLC và Arduino

+ Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực …) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng) dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch,..) thường phức tạp hơn nhiều so với mạng công nghiệp. + Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó cong người đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dư liệu. Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm duy nhất là dữ liệu.

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TRUYỀN THÔNG 5

1 Tổng quan về truyền thông 5

1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì? 5

1.2.Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp 6

1.3 Chế độ truyền tải của mạng truyền thông công nghiệp 7

1.3.1 Chế độ truyền tải song song 7

1.3.2 Truyền bit nối tiếp 7

1.3 Truyền thông của PLC 8

1.4 Truyền thông giữa PLC và PC 10

1.4.1 Kết nối truyền thông phần cứng 11

1.4.2 Cấu hình các thiết bị 11

1.4.3 Gán các địa chỉ IP (Internet Protocol) 12

1.5 Giao tiếp giữa PLC và PLC 14

1.5.1Cấu hình kết nối mạng logic giữa hai CPU 15

1.5.2 Cấu hình các thông số truyền (phát) và nhận 16

1.5.3 Cấu hình các thông số truyền (gửi) của lệnh TSEND_C 16

1.6 Giao thức điều khiển truyền dữ liệu (TCP) 18

1.7 Nêu bài toán và lựa chọn giải pháp 20

1.8 Kết luận chương 1 20

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 21

2.1 Giới thiệu về Arduino 21

2.2 Giới thiệu về PLC S7-1200 24

2.3 Giới thiệu về Arduino ethernet shield 28

2.4 Kết luận chương 2 29

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 30

3.1 Sơ đồ khối 30

3.2 Phân tích và thiết kế hệ thống 31

3.3 Lưu đồ thuật toán 31

3.4 Các bước cấu hình địa chỉ ip cho Arduino 34

3.5 Các bước cấu hình địa chỉ ip cho PLC 40

3.6 Kết luận chương 3 43

KẾT LUẬN 44

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 45

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Nối dây truyền thông(a) và nối mạng công ngiệp(b) 6

Hình 1.2 Truyền bit song song 7

Hình 1.3 Truyền bít nối tiếp 8

Hình 1.4 Bộ chuyển đổi bus song song và nối tiếp 8

Hình 1.5 Cổng Ethernet 11

Hình 2.1: Arduino Uno R3 21

Hình 2.2: PLC S7-1200 24

Hình 2.3: Arduino Thernet Shield 28

Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống 30

Hình 3.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống 31

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay tự động hóa đang phát triển mạnh mẽ giúp con người làm việc nhẹnhàng hơn, tự động hóa là việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển cho các thiết bị hoạtđộng như máy móc, xử lý tại các nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt, chuyển mạch trongmạng điện thoại, chỉ đạo và ổn định của tàu, máy bay và các ứng dụng khác với conngười can thiệp tối thiểu hoặc giảm Một số quy trình đã được hoàn toàn tự động

Sự xuất hiện của các loại vi điều khiển đem lại lợi ích rất lớn cho tự động hóa là

nó tiết kiệm lao động, và nó cũng được sử dụng để tiết kiệm năng lượng và nguyên vậtliệu cũng như nâng cao chất lượng với độ chính xác cực kì cao Đặc biệt trong số đóphải nói đến PLC, nó được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy hiện nay

Tuy nhiên số đầu tín hiệu analog trên PLC còn ít nên việc điều khiển các bàitoán về tín hiệu analog còn gặp nhiều khó khăn, trên thực tế để có thể điều khiển cácbài toán như vậy người ta sử dụng module kết nối truyền thông cho PLC nhưng giá

thành rất đắt cho nên việc thực hiện đề tài: “Xây dựng module truyền thông kết nối giữa PLC và Arduino” Giúp cho sinh viên có thêm được nhiều hiểu biết cũng như

thực hiện đề này

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG TRUYỀN THÔNG

1 Tổng quan về truyền thông

1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì?

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp hay mạng công nghiệp

là một khái niệm chung chỉ các hệ thống thông số, truyền bít nối tiếp, được sử dụng đểghép nối các thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổbiến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, thiết bịquan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản

lý công ty

Để thấy rõ đề cập của lĩnh vực truyền thông công nghiệp, ta cần phân biệt vớicác hệ thống mạng viễn thông và mạng máy tính Về cơ sở kỹ thuật, mạng côngnghiệp và các hệ thống mạng viễn thông có rất nhiều điểm tương đồng, tuy nhiên cónhững điểm khác biệt sau:

+ Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơnrất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thờigian thực …) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng)dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch, ) thường phức tạp hơn nhiều so vớimạng công nghiệp

+ Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật,trong đó cong người đóng vai trò chủ yếu Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi baogồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dư liệu Đối tượng của mạng công nghiệp thuầntúy là các thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm duy nhất là dữ liệu

Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máytính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở các điểm giống nhau và khácnhau như sau:

+ Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của 2 lĩnh vực+ Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi

là một phần( ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty)trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp

+ Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trongmôi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạngmáy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường yêu cầu cao hơn về độ bảomật.

+ Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau có thể nhỏ như mạng Lancho một nóm vài máy tính hoặc lớn như mạng Internet Trong nhiều trường hợp mạngmáy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông Trong khi đó,cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạtđộng tương đối hẹp

Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt là ở các cấp dưới thì cácyêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản, giá thành hạ lại đượcđặt ra hàng đầu

1.2.Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp

Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin là một trong những vấn đề cơ bản trong bất

cứ một giải pháp tự động hóa nào Một bộ điều khiển cần được kết nối với cảm biến và

cơ cấu chấp hành Giữa các hộ điều khiển trong hệ thống điều khiển phân tán cũng cầntrao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển cả quá trình sản xuất Ởmột cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghépnối và giao tiếp với các bộ điều khiển để theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất

và hệ thống điều khiển

Hình 1.1 Nối dây truyền thông(a) và nối mạng công ngiệp(b)

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để thay thếcách nối điểm-điểm cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mang lại những lợi ích sau:

+ Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp

+ Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống trở nên dế dàng hơn + Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin.

+ Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống

+ Đơn giản hóa, tiện lợi hóa việc tham số hóa chuẩn đoán, định vị lỗi, sự cốcủa các thiết bị

+ Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống: Điềukhiển phân tán, điều khiển phân tán với các thiết bị trường, điều khiển giám sát hoặcchuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển giám sátvới thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty

1.3 Chế độ truyền tải của mạng truyền thông công nghiệp

1.3.1 Chế độ truyền tải song song

Phương pháp truyền bít song song ( hình 1.2) được dùng phổ biến trong các bus

nội bộ của máy tính như bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển Tốc độ truyền tảiphụ thuộc vào số kênh dẫn, hay cũng chính là độ rộng của bus song song, ví dụ 8 bit, 6bit, 32 bit hay 64 bit Chính vì nhiều bus được truyền đi đồng thời, vấn đề đồng bộ hóa

và nơi nhận tín hiệu phải được giải quyết Điều này gây trở ngại lớn khi khoảng cáchgiữa các đối tượng truyền thông tăng lên Ngoài ra giá thành cho các bus song songcũng là một yếu tố dẫn đến phạm vi ứng dụng của các phương pháp này chỉ hạn chế ởkhoảng cách nhỏ, có yêu cầu rất cao về tốc độ truyền

Hình 1.2 Truyền bit song song

1.3.2 Truyền bit nối tiếp

Với phương pháp truyền bit nối tiếp, từng bước được chuyển đi một cách tuần

tự qua một đường truyền duy nhất( hình 1.3)

Hình 1.3 Truyền bít nối tiếp

Tuy tốc độ bít vì thế bị hạn chế, nhưng cách thực hiện lại đơn giản, độ tin cậycủa dữ liệu cao Tất cả các mạng truyền thông công nghiệp đều sử dụng phương pháptryền này

Một mạng tryền thông công nghiệp có nhiệm vụ kết nối các thiết bị kỹ thuật cókhả năng xử lý thông tin hay nói cách khác là xử lý dữ liệu Những thiết bị đó dù tồntại dưới dạng này hay dạng khác cũng đều là những máy tính, có bộ vi xử lý và hệthống bus nội bộ song song Vì vậy, để có thể dùng phương pháp truyền nối tiếp, tacần trọn các bộ chuyển đổi giữa bus song song và nối tiếp, như được minh họa trên

hình 1.4

Hình 1.4 Bộ chuyển đổi bus song song và nối tiếp

1.3 Truyền thông của PLC

CPU S7-1200 có một cổng PROFINET được tích hợp, hỗ trợ cả tiêu chuẩntruyền thông Ethernet và dựa trên TCP/IP Các giao thức ứng dụng sau đây được hỗ

 Kết nối trực tiếp: sử dụng kết nối trực tiếp khi ta đang sử dụng một thiết bịlập trình, HMI hay một CPU khác được kết nối đến một CPU riêng lẻ.

 Kết nối mạng: sử dụng các truyền thông mạng khi ta đang kết nối với hơnhai thiết bị (ví dụ các CPU, HMI, các thiết bị lập trình, và các thiết bị khôngphải của Siemens)

Kết nối trực tiếp: thiết bị lập trìnhđược kết nối đến CPU S7-1200

Kết nối trực tiếp: HMI được kết nốiđến CPU S7-1200

Kết nối trực tiếp: một CPU S7-1200được kết nối đến một CPU S7-1200khác

Kết nối mạng: cónhiều hơn 2 thiết bịđược kết nối vớinhau, bằng cách sửdụng một bộ chuyểnmạchEthernet

CSM1277 

Một bộ chuyển mạch Ethernet là không cần thiết đối với một kết nối trực tiếpgiữa một thiết bị lập trình hay HMI với một CPU Bộ chuyển mạch Ethernet chỉđược yêu cầu cho một mạng với nhiều hơn 2 CPU hay các thiết bị HMI Bộ chuyểnmạch Ethernet 4 cổng CSM1277 của Siemens có thể được dùng để kết nối các CPU

và các thiết bị HMI Cổng PROFINET trên CPU S7-1200 không chứa một thiết bịchuyển mạch Ethernet

Số lượng tối đa các kết nối đối với cổng PROFINET

Cổng PROFINET trên CPU hỗ trợ các kết nối truyền thông đồng thời sau đây:

 3 kết nối đối với truyền thông HMI đến CPU

 1 kết nối đối với truyền thông thiết bị lập trình (PG) đến CPU

 8 kết nối đối với truyền thông chương trình S7-1200 bằng cách sử dụng cáclệnh khối T (TSEND_C, TRCV_C, TCON, TDISCON, TSEN, TRCV)

 3 kết nối đối với một CPU S7-1200 thụ động giao tiếp với một CPU S7 tích cực

- CPU S7 tích cực sử dụng các lệnh GET và PUT (S7-300 và S7-400) hay cáclệnh ETHx_XFER (S7-200)

- Một kết nối truyền thông S7-1200 tích cực chỉ có thể thực hiện với các lệnhkhối T

Các TSAP bị hạn chế hay các số hiệu cổng đối với truyền thông ISO và TCP tích cực

Nếu ta sử dụng lệnh “TCON” để thiết lập và tạo thành một kết nối truyềnthông tích cực, các địa chỉ cổng sau đây bị hạn chế và không nên được dùng:

 TSAP ISO (tích cực): 01.00, 01.01, 02.00, 02.01, 03.00, 03.01

 Cổng TCP (tích cực): 5001, 102, 123, 20, 21, 25, 34962, 34963, 34964, 80

1.4 Truyền thông giữa PLC và PC

Một CPU có thể giao tiếp với một thiết bị lập trình STEP 7 Basic trên một mạng

Cần chú ý đến những điềusau khi thiết lập truyền thông giữamột CPU và một thiết bị lập trình

 Cấu hình/thiết lập: cấu hình phần cứng được yêu cầu

 Không có một bộ chuyển mạch Ethernet nào được yêu cầu đối với truyềnthông một đối một; một bộ chuyển mạch Ethernet được yêu cầu cho nhiềuhơn hai thiết bị trong một mạng

1.4.1 Kết nối truyền thông phần cứng.

Các giao diện PROFINET thành lập các kết nối vật lý giữa một thiết bị lậptrình và một CPU Bởi vì chức năng Auto-Cross-Over được tích hợp bên trong CPU,một cáp Ethernet tiêu chuẩn hoặc xuyên chéo có thể được sử dụng cho giao diện.Một bộ chuyển mạch Ethernet không được yêu cầu để kết nối một thiết bị lập trìnhmột cách trực tiếp đến một CPU

Thực hiện theo các bước sau đây để tạo ra kết nối phần cứng giữa thiết bị lậptrình và một CPU:

1 Lắp đặt CPU

2 Cắm cáp Ethernet vào trong cổng PROFINET được thể hiện dưới đây

3 Kết nối cáp Ethernet đến thiết bị lập trình

dưới đây, một CPU được hiển thị trong mục “Device View” của TIA Portal.

1.4.3 Gán các địa chỉ IP (Internet Protocol)

1.4.3.1 Gán các địa chỉ IP đến các thiết bị lập trình và các thiết bị mạng

Nếu thiết bị lập trình đang sử dụng một mạch giao tiếp tích hợp được kết nối

đến mạng LAN của nhà máy (và world-wide web là có sẵn), Network ID của địa chỉ IP

và màn chắn mạng con của CPU và mạch giao tiếp tích hợp của thiết bị lập trình phảigiống nhau một cách chính xác Network ID là phần đầu tiên của địa chỉ IP (ba nhóm

8 bit đầu tiên) (ví dụ 211.154.184.16) xác định mạng IP nào mà ta đang kết nối Màn

chắn mạng con thường có một giá trị là 255.255.255.0; tuy nhiên, vì máy tính của ta

đang ở trên một mạng LAN của nhà máy, màn chắn mạng con có thể có các giá trị

khác nhau (ví dụ 255.255.255.0) nhằm mục đích thiết lập các mạng con đồng nhất

Màn chắn mạng con, khi được kết nối với địa chỉ IP trong phép toán ANDthuộc về toán học, sẽ xác định các giới hạn của một mạng con IP

Trong một chuỗi sự kiện world-wide web, nơi mà các thiết bị lập trình, các thiết

bị mạng và các bộ định tuyến (router) IP sẽ giao tiếp với toàn thế giới, các địa chỉ IP

đơn nhất phải được gán để tránh sự xung đột với các người dùng mạng khác Để gáncác địa chỉ IP ta nên liên hệ với nhân sự tại phòng IT trong công ty

Nếu thiết bị lập trình đang sử dụng một mạch giao tiếp Etherner – USB đượckết nối đến một mạng bị cô lập, Network ID của địa chỉ IP và màn chắn mạng con củaCPU và của mạch giao tiếp Etherner – USB trong thiết bị lập trình phải giống nhau

một cách chính xác Network ID là phần đầu tiên của địa chỉ IP (ba nhóm 8 bit đầu

tiên) (ví dụ 211.154.184.16) xác định mạng IP nào mà ta đang kết nối Màn chắn mạng con thường có một giá trị là 255.255.255.0 Màn chắn mạng con, khi được kết nối với

địa chỉ IP trong một phép toán AND thuộc về toán học, sẽ xác định các giới hạn của IP

Một mạch giao tiếp Ethernet – USB là hữu ích khi ta không cần CPU nằm trênmạng LAN của công ty Trong suốt các kiểm tra kiểm chứng hay thử nghiệm ban đầu,

sự bố trí này là đặc biệt hữu ích

Mạch giao

tiếp thiết bị

lập trình

Kiểu mạng

Mạch giao

tiếp tích hợp

Được kết nối đến mạng LAN của nhà máy (và

world- wide web

là có sẵn)

Network ID của CPU

và của mạch giao tiếp trong thiết bị lập trình phải giống nhau một cách chính xác.

Network ID là phần đầu tiên của địa chỉ IP

(ba nhóm 8 bit đầu

tiên) (ví dụ 211.154.184.16) xác định mạng IP nào mà

ta đang kết nối.

Màn chắn mạng con của CPU và mạch giao tiếp tích hợp phải giống nhau một cách chính xác.

Màn chắn mạng con thường có một giá trị là

255.255.255.0; tuy nhiên, vì máy tính của ta

đang ở trên một mạng LAN của nhà máy, màn chắn mạng con có thể có các giá trị khác

nhau (ví dụ 255.255.254.0) nhằm mục đích

thiết lập các mạng con đồng nhất Màn chắn mạng con, khi được kết nối với địa chỉ IP trong phép toán AND thuộc về toán học, sẽ xác định các giới hạn của một mạng con IP.

bị cô lập

Network ID của CPU

và của mạch giao tiếp Ethernet-USB trong thiết bị lập trình phải giống nhau một cách chính xác.

Network ID là phần đầu tiên của địa chỉ IP

(ba nhóm 8 bit đầu

tiên) (ví dụ 211.154.184.16) xác định mạng IP nào mà

ta đang kết nối.

Màn chắn mạng con của CPU và mạch giao tiếp tích hợp phải giống nhau một cách chính xác.

Màn chắn mạng con thường có một giá trị là

255.255.255.0 Màn chắn mạng con, khi được

kết nối với địa chỉ IP trong một phép toán AND thuộc về toán học, sẽ xác định các giới hạn của một mạng con IP.

1.5 Giao tiếp giữa PLC và PLC

Một CPU có thể giao tiếp với một CPU khác trên một mạng bằng cách sửdụng các lệnh TSEND_C và TRCV_C

Cần chú ý đến những điều sau đây khi thiết lập truyền thông giữa hai CPU:

 Cấu hình/Thiết lập: cấu hình phần cứng được yêu cầu

 Các chức năng được hỗ trợ: đọc/ghi dữ liệu đến một CPU ngang hàng

 Không có chuyển mạch Ethernet nào được yêu cầu đối với truyền thông mộtđối một; chuyển mạch Ethernet chỉ cần thiết đối với trường hợp trong mạng

có từ hai thiết bị trở lên

Các bước cần thiết trong việc cấu hình truyền thông giữa hai CPU

1

Thành lập kết nối truyền thông phần cứng

Một giao diện PROFINET thành lập kết nối vật lý giữa một HMI và một CPU Dochức năng Auto-Cross-Over được thiết kế bên trong CPU, ta có thể sử dụng cả cápEthernet loại tiêu chuẩn hay loại xuyên chéo cho giao diện Kết nối giữa một HMIđến một CPU không yêu cầu chuyển mạch Ethernet

2 Cấu hình các thiết bị

Ta phải cấu hình hai đề án với CPU trong mỗi đề án

3 Cấu hình các kết nối mạng logic giữa hai CPU.

4

Cấu hình một địa chỉ IP trong đề án

Sử dụng cùng một quá trình cấu hình, tuy nhiên ta phải cấu hình các địa chỉ IP cho

cả hai CPU

Cấu hình các thông số truyền (gửi) và nhận

Ta phải cấu hình các lệnh TSEND_C và TRCV_C trong cả hai CPU để kích hoạt truyền thông giữa chúng

6 Kiểm tra mạng PROFINET

Ta phải tải xuống cấu hình cho mỗi CPU

1.5.1Cấu hình kết nối mạng logic giữa hai CPU.

Sau khi cấu hình CPU trên thanh đỡ, bây giờ ta sẵn sàng để cấu hình các kết nốimạng

Trong cổng “Devices and Networks”, sử dụng “Network view” để tạo ra các kếtnối mạng giữa các thiết bị trong đề án Để tạo ra kết nối PROFINET, lựa chọn hộpmàu xanh lá (PROFINET) trên PLC đầu tiên Kéo một đường đến hộp PROFINETtrên PLC thứ hai Thả chuột và kết nối PROFINET đã được nối

Lựa chọn “Network view” để hiển thị

các thiết bị dùng để kết nối

Lựa chọn cổng trên một thiết bị và kéo

kết nối đến cổng trên thiết bị thứ hai

Thả chuột để tạo ra kết nối mạng

1.5.2 Cấu hình các thông số truyền (phát) và nhận

Truyền thông khối truyền phát (T-block) được sử dụng để thành lập các kết nốigiữa hai CPU Trước khi CPU có thể liên hợp vào truyền thông PROFINET, ta phảicấu hình các thông số dành cho các thông điệp truyền (gửi) và các thông điệp thu Cácthông số này thể hiện cách thức truyền thông hoạt động khi các thông điệp đang đượctruyền phát hay thu nhận từ một thiết bị đích

1.5.3 Cấu hình các thông số truyền (gửi) của lệnh TSEND_C

Từ mục Device Configuration trong STEP 7 Basic, ta có thể cấu hình cách thức

mà lệnh TSEND_C truyền phát dữ liệu Để bắt đầu, ta chèn lệnh vào trong chươngtrình từ thư mục “Communication” trong “Extended Instruction” Lệnh sẽ được hiểnthị, cùng với hộp thoại “Call Options” mà tại đó ta gán một DB để lưu trữ các thông sốcủa lệnh TSEND_C

Ta có thể gán các vùng nhớ thẻ ghi đến các ngõ vào và ngõ ra, như được thểhiện trong hình dưới đây:

Cấu hình các thông số General

Ta xác định các thông số truyền thông trong hộp thoại cấu hình Properties củalệnh TRCV_C Hộp thoại này xuất hiện gần phía dưới của trang khi ta đã lựa chọn bất

kỳ một phần nào của lệnh TRCV_C

Cấu hình các thông số Connection

Mỗi CPU có một cổng PROFINET được tích hợp hỗ trợ truyền thôngPROFINET tiêu chuẩn Các giao thức Ethernet được hỗ trợ sẽ được miêu tả trong haikiểu kết nối sau đây:

TCP Giao thức điều khiển truyền tải Truyền tải các khung dữ liệu

Thích hợp với lượng dữ liệu từ cỡ vừa đến cỡ lớn (tối đa 8192 byte)

Trái ngược với TCP, các thông điệp thể hiện một nhận dạng kết thúc dữ liệu vàđược định hướng theo thông điệp

Có khả năng định tuyến, có thể được sử dụng trong mạng WAN

Bài toán đặt ra: Hiện nay trên thực tế để truyền thông kết nối PLC người ta

phải dùng các module mở rộng để kết nối truyền thông Nhưng giá thành rất đắt tốn rấtnhiều chi phí Do đó ta cần xây dựng module có thể truyền thông giúp PLC có thể giảiquyết vấn đề điều khiển tín hiệu analog mà có thể tiết kiệm chi phí

1.6 Giao thức điều khiển truyền dữ liệu (TCP)

TCP là một giao thức tiêu chuẩn được miêu tả bởi RFC 793: giao thức điềukhiển truyền dữ liệu (Transmission Control Protocol) Mục đích chủ yếu của TCP là

để cung cấp một dịch vụ kết nối đáng tin cậy và an toàn giữa hai quá trình Giao thứcnày có các chức năng sau đây:

Một giao thức truyền thông hiệu quả được liên kết một cách chặt chẽ tới phần cứng

Thích hợp với lượng dữ liệu từ cỡ vừa đến cỡ lớn (tối đa 8192 byte)

Cung cấp nhiều một cách đáng kể các chức năng dành cho ứng dụng, đáng chú

ý là:

- Khôi phục lỗi

- Điều khiển dòng

- Đáng tin cậy

Một giao thức được định hướng theo kết nối

Có thể được sử dụng rất linh hoạt với các hệ thống của bên thứ ba có hỗ trợ TCP một cách chuyên biệt

Có khả năng định tuyến

Chỉ có các độ dài dữ liệu tĩnh là có thể sử dụng

Các thông điệp được báo nhận

Các ứng dụng được định địa chỉ bằng cách sử dụng các số hiệu cổng

Hầu hết các giao thức ứng dụng người dùng, như là TELNET và FTP, đều sửdụng TCP

Việc cố gắng lập trình được yêu cầu đối với sự quản lý dữ liệu do bởi giao diện lập trình SEND/RECEIVE

General

End point: Partner Tên được gán cho CPU đồng hành (thu nhận)

Interface Tên được gán cho các giao diện

Subnet Tên được gán cho các mạng con

Address Các địa chỉ IP được gán

Connection type Kiểu giao thức Ethernet

Connection ID Số hiệu ID

Connection data Vùng lưu trữ dữ liệu của CPU cục bộ (Local) và CPU đồng hành

(Partner)Active connection

setup

Nút bấm radio để lựa chọn CPU Local hay CPU Partner đóng vai trò làkết nối chủ động

Address details

Port (thập phân) Port của CPU Local theo định dạng thập phân

1.7 Nêu bài toán và lựa chọn giải pháp

1.7.1 Nêu bài toán: Vì giá thành hiện nay của PLC cao và các ngõ đầu vào tín hiệu

analog trên PLC còn hạn chế cho nên việc xử lý các bài toán về điều khiển bằng tínhiệu analog hoặc ghép nối nhiều cảm biến còn khá khó khăn chính Việc điều khiển nócần có các module mở rộng bên ngoài mà giá thành rất cao, vì vậy ta cần xây dựngchương trình để có thể giải quyết vấn đề này

1.7.2 Lựa chọn giải pháp: - Do PLC có cổng kết nối Ethernet và trên PLC được hỗ

trợ cũng như dễ dàng kết nối với các module bên ngoài, chính vì vậy ta chọn giải phápkết nối PLC qua cổng mạng Ethernet sẽ giúp ta đơn giản hơn trong việc giải quyết cácvấn đề đặt ra

1.8 Kết luận chương 1

Qua chương 1 em có thể hiểu được về mạng truyền thông công nghiệp, cáchthức truyền thông, các bước cấu hình kết nối cho PLC, có thể ghép nối truyền thôngPLC với PLC, với PC hay với các module mở rộng khác bằng các chuẩn giao tiếp khácnhau, tuy nhiên ta cần lựa chọn thiết bị để dễ dàng kết nối truyền thông cho PLC

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Giới thiệu về Arduino

Arduino là một board mạch vi xử lý, nhằm xây dựng các ứng dụng tương tác với

nhau hoặc với môi trường được thuận lợi hơn Phần cứng bao gồm một board mạchnguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM Atmel 32-bit.Những Model hiện tại được trang bị gồm 1 cổng giao tiếp USB, 6 chân đầu vào analog,

14 chân I/O kỹ thuật số tương thích với nhiều board mở rộng khác nhau

Được giới thiệu vào năm 2005, Những nhà thiết kế của Arduino cố gắng mangđến một phương thức dễ dàng, không tốn kém cho những người yêu thích, sinh viên vàgiới chuyên nghiệp để tạo ra những thiết bị có khả năng tương tác với môi trườngthông qua các cảm biến và các cơ cấu chấp hành Những ví dụ phổ biến cho nhữngngười yêu thích mới bắt đầu bao gồm các robot đơn giản, điều khiển nhiệt độ và pháthiện chuyển động Đi cùng với nó là một môi trường phát triển tích hợp (IDE) chạytrên các máy tính cá nhân thông thường và cho phép người dùng viết các chương trìnhcho Aduino bằng ngôn ngữ C hoặc C++

Hình 2.1: Arduino Uno R3

Một mạch Arduino bao gồm một vi điều khiển AVR với nhiều linh kiện bổ sunggiúp dễ dàng lập trình và có thể mở rộng với các mạch khác Một khía cạnh quan trọng

của Arduino là các kết nối tiêu chuẩn của nó, cho phép người dùng kết nối với CPU

của board với các module thêm vào có thể dễ dàng chuyển đổi, được gọi là shield Vài

shield truyền thông với board Arduino trực tiếp thông qua các chân khách nhau, nhưngnhiều shield được định địa chỉ thông qua serial bus I²C-nhiều shield có thể được xếpchồng và sử dụng dưới dạng song song Arduino chính thức thường sử dụng các dòngchip megaAVR, đặc biệt là ATmega8, ATmega168, ATmega328, ATmega1280, vàATmega2560 Một vài các bộ vi xử lý khác cũng được sử dụng bởi các mạch Aquinotương thích Hầu hết các mạch gồm một bộ điều chỉnh tuyến tính 5V và một thạch anhdao động 16 MHz (hoặc bộ cộng hưởng ceramic trong một vài biến thể), mặc dù mộtvài thiết kế như LilyPad chạy tại 8 MHz và bỏ qua bộ điều chỉnh điện áp onboard dohạn chế về kích cỡ thiết bị Một vi điều khiển Arduino cũng có thể được lập trình sẵnvới một boot loader cho phép đơn giản là upload chương trình vào bộ nhớ flash on-chip, so với các thiết bị khác thường phải cần một bộ nạp bên ngoài Điều này giúpcho việc sử dụng Arduino được trực tiếp hơn bằng cách cho phép sử dụng 1 máy tínhgốc như là một bộ nạp chương trình

Các thông số của Arduino

Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit

Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB)

Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC

Điện áp vào giới hạn 6-20V DC

Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM)

Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit)

Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA

Một số chân digital có các chức năng đặc biệt như sau:

 2 chân Serial: 0 (RX) và 1 (TX): dùng để gửi (transmit – TX) và nhận (receive

– RX) dữ liệu TTL Serial Arduino Uno có thể giao tiếp với thiết bị khác thông

qua 2 chân này Kết nối bluetooth thường thấy nói nôm na chính là kết nốiSerial không dây Nếu không cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng 2chân này nếu không cần thiết

 Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, và 11: cho phép bạn xuất ra xung PWM với độ

phân giải 8bit (giá trị từ 0 → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) bằng hàmanalogWrite() Nói một cách đơn giản, bạn có thể điều chỉnh được điện áp ra ởchân này từ mức 0V đến 5V thay vì chỉ cố định ở mức 0V và 5V như nhữngchân khác

 Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngoài các

chức năng thông thường, 4 chân này còn dùng để truyền phát dữ liệu bằng giaothức SPI với các thiết bị khác

 LED 13: trên Arduino UNO có 1 đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút

Reset, bạn sẽ thấy đèn này nhấp nháy để báo hiệu Nó được nối với chân số 13.Khi chân này được người dùng sử dụng, LED sẽ sáng

Arduino UNO có 6 chân analog (A0 → A5) cung cấp độ phân giải tín hiệu10bit (0 → 210-1) để đọc giá trị điện áp trong khoảng 0V → 5V Với chân AREF trên

board, bạn có thể để đưa vào điện áp tham chiếu khi sử dụng các chân analog Tức lànếu bạn cấp điện áp 2.5V vào chân này thì bạn có thể dùng các chân analog để đo điện

áp trong khoảng từ 0V → 2.5V với độ phân giải vẫn là 10bit