BÀI tập lớn MẠNG TTCN và hệ SCADA MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFINET và PROFIBUS

Loại kết nối: Truyền thông mở với gửi/nhận các khối dữ liệu mạng Profinet/ mạng công nghiệp Ethernet Kết nối Tới đối Giao diện người dùng Khối truyền thông *1 AG_xSEND/ AG_xREC TRUY CẬP,

*ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA ĐIỆN

BÀI TẬP LỚN MẠNG TTCN & HỆ SCADA

MẠNG TRUYỀN THÔNG PROFINET VÀ PROFIBUS

GVHD: TS Nguyễn Kim Ánh

Đà Nẵng, 2016

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1 Giới thiệu chung:

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung để chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp

Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức độ khác nhau Từ cảm biến trở, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển dám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu nhưng khái niệm cơ bản về hai mạng truyền thông: Profinet (PN) và Profibus (PB)

1.1 Mạng truyền thông Profibus:

Mạng Profibus được phát triển đầu tiên tại Đức , sau đó áp dụng rộng rãi

ở Châu Âu theo chuẩn EN 50170 Đây là mạng ở mức tế bào và mức trường, thông tin được truyền trên cáp hai sợi hoặc sợi quang, vận tốc truyền thấp hơn so với mạng Ethernet, từ 9.6kb/s đến 12Mb/s theo chuẩn RS485

Profibus có tốc độ truyền I/O cao, sử dụng an toàn, có tính chẩn đoán cao

1.1.1 Đặc điểm mạng truyền thông Profibus:

- Truyền thông giữa các bộ điều khiển SIMANTIC

- Truyền thông giữa các bộ điều khiển bên thứ 3

1.1.2 Các loại truyền thông của Profibus:

- Truyền thông đặc trưng : SIMANTIC S7

+ Truyền thông cơ bản S7 + Truyền thông S7

- Tiêu chuẩn mở:

+ Truyền thông mở với gửi/nhận các khối bộ nhớ + Truyền thông FMS

+ Truyền thông DP

1.2 Mạng truyền thông Profinet:

Mạng truyền thông Profinet ra đời dựa trên nhưng ưu điểm của mạng Ethernet kết hợp với nhưng ưu điểm của mạng profibus

Profinet có tốc độ truyền dữ liệu cao, tính không dây, mở rộng các thiết bị kết nối

1.2.1 Đặc điểm mạng truyền thông Profinet:

Tương tự như profibus, mạng profinet có nhưng đặc điểm:

- Truyền thông giữa các bộ điều khiển SIMANTIC

- Truyền thông giữa các bộ điều khiển bên thứ 3

1.2.2 Các loại truyền thông Profinet:

- Truyền thông đặc trưng : SIMANTIC S7

CHƯƠNG 2 CHI TIẾT VỀ MẠNG PROFINET VÀ PROFIBUS

1 Mạng truyền thông Profinet:

Trong phần này ta chỉ tìm hiểu các vấn đề liên qua đến tiêu chuẩn mở của profinet

1.1 Truyền thông mở gửi/nhận các khối dữ liệu:

- Truyền thông thông qua CP

- Truyền thông qua các kết nối được cấu hình

- Truyền thông qua các giao tiếp: TCP, ISO dựa trên giao tiếp TCP, UDP, ISO

- Lượng dữ liệu cho mỗi thao tác truyền thông: <=8Kbytes

- Theo cấu trúc hệ thống truyền từ xa ( không cho giao thức UDP)

- Không có sự xác nhận của phần mềm ứng dụng từ xa

* Thiết lập cấu hình kết nối:

Nhưng cấu hình kết nối được thiết lập trong chương trình STEP 7 Quá trình nối và ngắt được thực hiện thông qua hệ điều hành Khi các kết nối được thiết lập, các thông số không thể bị thay đổi trong suốt quá trình chạy chương trình thực

* Các loại giao thức kết nối:

- Giao thức TCP

- Giao thức ISO dựa trên giao thức TCP

- Giao thức UDP ( giao thức này không có sẵn trong STEP7 mà phải được thiết lập thử công trong chương trình)

Các giao thức trên đều có thể kết nối đến các đối tường từ xa nhưng giao thức TCP không thể kiểm tra phát hiện trong quá trình truyền dữ liệu kết thúc ở đâu khi người gửi biết có bao nhiêu dữ liệu mà nó có thể gửi

1.1.2 Các loại giao thức kết nối:

Các loại giao thức kết nối được liệt kê chi tiết như sau

Loại kết nối: Truyền thông mở với gửi/nhận các khối dữ liệu (mạng Profinet/ mạng công nghiệp Ethernet)

Kết nối Tới đối

Giao diện người dùng

Khối truyền thông (*1) AG_xSEND/

AG_xREC

TRUY CẬP, GHI

AG_xSEND/

AG_xREC

TRUY CẬP, GHI

AG_xSEND/

AG_xREC

TRUY CẬP, GHI

AG_xSEND/

AG_xREC Lượng dữ liệu cực đại <= 8Kbytes <= 8Kbytes <= 8Kbytes <=

2Kbytes

trạm

S7 chi có máy chủ

Máy trạm/máy trạm

S7 chi có máy chủ

Máy trạm/máy trạm

S7 chi có máy chủ

Máytrạm/máy trạm

Chú thích cho bảng trên

(*1) Lượng dữ liệu lớn nhất phụ thuộc vào:

 Đối tượng truyền thông (S7-300, S7-400,…)

 Khối truyền thông (AG_SEND, AG_LSEND, AG_SSEND)

 Giao thức (TCP,…)

Trong đó:

- Giao thức TCP theo tiểu chuẩn phần tài liệu RFC 793

- Giao thức ISO dựa trên TCP theo thiểu chuẩn trong phần tài liệu RFC

1006

- Giao thức UDP theo tiểu chuẩn phần tài liệu RFC 768 ( giao thức này phải được thiết lập trong chương trình STEP 7 khi kết nối đến các đối tượng truyền thông từ xa)

1.1.3 Tông quan về giao diện người dùng:

- Để gửi/nhận các khối dữ liệu phụ thuộc vào tập hợp các khối truyền thông khác nhau (S7-300, S7-400) được sử dụng Khối truyền thông được lưu trữ trong chương trình STEP 7 ở những thư viện khác nhau

- Ở S7-300 chỉ sử dụng được khối lệnh truyền thông : AG_SEND / AG_RECV Khối truyền thông đó nằm trong thư viện SIMATIC_NET_CP / CP300

- Ở S7-400 thì sử đụng được các khối lệnh truyền thông: AG_SEND / AG_RECV, AG_LSEND / AG_LRECV, AG_SSEND / AG_SRECV Nằm trong thư viện SIMATIC_NET_CP / CP400

- Trong các CP của PLC S7-300 và S7-400 thì cách khối lệnh truyền thông trên được thể hiện thông qua các khối : (FC 5, FC6, FC 50, FC60 là các hàm truyền thông )

a) Giao diện người dùng AG_xSEND, AG_xRECV:

- Trong đó:

+ AG_xSEND là viết tắt của : AG_SEND, AG_LSEND, AG_SSEND

+ AG_xRECV là viết tắt của : AG_RECV, AG_LRECV, AG_SRECV

- Khi x=L:Các khối truyền thông được tối ưu hóa cho quá trình chuyển dữ liệu (L là viết tắt của "long")

- Khi x=S: Các khối truyền thông được tối ưu hóa thời gian (S là viết tắt của "speed")

 Tối ưu hóa truyền thông giữa CPU và CP trong một trạm

 Không bị ảnh hưởng bởi truyền thông qua mạng

* Các tham số của AG_SEND, AG_LSEND, AG_SSEND

- Khôi lệnh truyền thông AG_SEND

- Trong đó:

ACT BOOL Kích hoạt thao tắc gửi

ID INT Tham chiếu đến các kết nối tương ứng LADDR WORD Địa chỉ của module

LEN INT Độ dài dữ liệu được gửi

Đầu ra Loại dữ liệu Chú thích

DONE BOOL Khối thúc thao tác

ERROR BOOL Thông tin báo lỗi

* Các tham số của AG_RECV, AG_LRECV, AG_SRECV

- Khôi lệnh truyền thông AG_SEND

- Trong đó :

ID INT Tham chiếu đến các kết nối tương ứng

( từ các kết nối được cấu hình trong chương trình STEP 7)

LADDR WORD Địa chỉ của module ( từ cấu hình phần

cứng trong STEP 7)

LEN INT Độ dài dữ liệu được gửi

Đầu ra Loại dữ liệu Chú thích

DONE BOOL Khối thúc thao tác

ERROR BOOL Thông tin báo lỗi

Ở đây, chiều dài quy định theo các tham số của REV

Khi công việc nhận dữ liệu được hoàn thành, màn hình hiển thị NDR = 1 ngay sau khi một khối lượng dữ liệu tương đương với chiều dài quy định đã được ghi vào vùng nhận được Điều này có nghĩa, NDR chỉ được thiết lập nếu vùng nhận đã được nhận được hoàn toàn LEN luôn cho ta thấy chiều dài của vùng nhận được

b) Giao diện FETCH, WRITE (Server):

Trong S7-CPU của máy chủ không có các khối truyền thông được yêu cầu cho việc trao đổi dữ liệu

+ Xử lý bản sao đầu vào và đầu ra + I / O

+ Truy cập, thời gian

* Các loại kết nối

Để truy cập với FETCH hoặc WRITE một kết nối trong S7-CPU (server) phải được cấu hình để FETCH thụ động hoặc WRITE chế độ thụ động

Các loại kết nối sau đây có thể là: ISO, ISO trên TCP, TCP

* Phối hợp truy cập thông qua các chương trình sử dụng STEP 7

Các khối (FC) AG_LOCK và AG_UNLOCK có sẵn cho việc phối hợp truy cập Với những khối các quyền truy cập vào dữ liệu có thể được phối hợp bằng cách ngăn chặn hoặc cho phép các kết nối

1.2 Truyền thông với "Khối T":

- Truyền thông qua:

+ Các kết nối được thiết lập hay được lập trình: TCP, IoT, UDP

+ Kết nối cấu hình: ISO

- Truyền thông qua giao thức: TCP, ISO trên TCP, UDP, ISO

- Lượng dữ liệu cho mỗi thao tác truyền thông: <= 64 Kbytes

- Theo cấu trúc hệ thống truyền từ xa ( không cho giao thức UDP)

- Không có sự xác nhận của phần mềm ứng dụng từ xa

* Lập trình kết nối

- Quá trình kết nối và ngắt kết nối được lập trình trong chương trình STEP 7 Có hai lựa chọn:

+ Gọi các khối kết nối (TCON, )

- + Gọi các khối truyền thông được tích hợp sẵn các tính năng kết nối hay ngắt kết nối (TSEND_C, …)

Do đó các thông số kết nối của chương trình kết nối có thể được sửa đổi trong thời gian chạy (trong chế độ RUN của CPU)

* Các loại giao thức kết nối:

- Giao thức TCP

- Giao thức ISO dựa trên giao thức TCP

- Giao thức UDP

1.2.2 Các loại giao thức kết nối:

Các loại giao thức kết nối được liệt kê chi tiết như sau:

Loại kết nối: Truyền thông mở với gửi/nhẬn các khối dữ liệu (mạng Profinet/ mạng công nghiệp

Kết nối Tới đối

động/tĩnh TSEND/TRCV: động + tĩnh

TSEND_C/TRCV_C: động

TSEND/TRCV: động + tĩnh TSEND_C/TRCV_C: động

động + tĩnh

Giao diện người dùng

Khối truyền thông (*1) TSEND / TRCV

TSEND_C / TRCV_C

TSEND / TRCV TSEND_C / TRCV_C

TUSEND / TURCV

Lượng dữ liệu cực đại <= 64 Kbytes <= 64 Kbytes = 1472 bytes

Mô hình Máy trạm/máy trạm Máy trạm/máy trạm Máytrạm/máy trạm

Chú thích cho bảng trên

(*1) Lượng dữ liệu lớn nhất phụ thuộc vào:

 Đối tượng truyền thông (S7-300, S7-400,…)

 Khối truyền thông (AG_SEND, AG_LSEND, AG_SSEND)

Trong đó:

- Giao thức TCP theo tiểu chuẩn phần tài liệu RFC 793

- Giao thức ISO dựa trên TCP theo thiểu chuẩn trong phần tài liệu RFC 1006

- Giao thức UDP theo tiểu chuẩn phần tài liệu RFC 768 ( Đối với UDP, kết nối với các đối tác truyền thông từ xa không được thành lập.)

1.2.3 Tông quan về giao diện người dùng:

- Các khối truyền thông tích hợp sẵn các tính năng kết nối và ngắt kết nối:

TURCV

FB 67/FB 68 FB 67/FB 68 SFB 100 /

SFB 101

SFB 150 / SFB 151 TSEND_C /

- Khối truyền thông trong STEP 7:

Giao diện Có sẵn trong STEP

S7-300, S7-400 STEP 7 (not TIA) Thư viện: Standard Library

/ Comunicaltion Blocks S7-1200, S7-1500 STEP 7 (TIA) Lệnh: communication

- Máy chủ của Fetch/Write:

Tổng quan: Các khối truyền thông

Các khối truyền thông trong STEP 7:

Giao diện Có sẵn trong STEP 7

Các khối truyền thông của máy chủ sử dụng khối T:

+ TSEND / TRCV (gửi và nhận dữ liệu)

+ TCON / TDISCON (kết nối và ngắt kết nối)

a) Giao diện người dùng TSEND/TRCV:

- Mô tả: Khối truyền thông TSEND gửi dữ liệu đến khối truyền thông TRCV Dữ liệu có thể được chuyển thông qua các kết nối được cấu hình

hoặc các kết nối được lập trình

* Giao diện người dùng TSEND

- Thông số của TSEND:

S7-300, S7-400 S7-1200, S7-1500

* Giao diện người dùng TRCV:

- Thông số của TRCV:

S7-300, S7-400 S7-1200, S7-1500

nối tương ứng

được gửi

được

c) Giao diện người sử dụng TUSEND/ TURCV:

- Khối truyền thông TUSEND gởi dữ liệu đến khối truyền thông

TURCV Dữ liệu được chuyển qua lập trình với các kết nối (gọi khối kết nối) Ở đây, chỉ có các giao thức UDP (dịch vụ gói dữ liệu không được được báo nhận) là có thể

* Giao diện người sử dụng TUSEND

- Thông số TUSEND:

S7-300, S7-400 S7-1200, S7-1500

nối tương ứng

được gửi

* Giao diện người sử dụng TURCV

được

ADD_R ANY TADDR_Param Địa chỉ của nơi gởi

d) Giao diện người sử dụng cho các khối kết nối:

- Mô tả: Các khối kết nối TCON được sử dụng để thành lập kết nối, khối kết nối TDISCON chấm dứt kết nối

* Giao diện người sử dụng của TCON:

- Thông số TCON:

S7-300, S7-400

S7-1200, S7-1500

REQ BOOL BOOL BOOL Kích hoạt gửi công việc

ID WORD CONN_OUC CONN_OUC Tham chiếu đến các kết nối

tương ứng

DONE BOOL BOOL BOOL Công việc hoàn thành kết thúc

* Giao diện người sử dụng của TDISCON:

- Thông số TDISCON:

e) Giao diện người dùng TSEND_C/TRCV_C:

- Mô tả: Khối truyền thông TSEND_C gửi dữ liệu đến các khối truyền thông TRCV_C Dữ liệu có thể được truyền qua kết nối cấu hoặc thông qua kết nội được lập trình

- TSEND_C: Thiết lập một kết nối với các đối tác, gửi dữ liệu và cũng

có thể chấm dứt kết nối một lần nữa TSEND_C kết nối các chức năng của TCON, TDISCON và TSEND

- TRCV_C: Thiết lập một kết nối với các đối tác, nhận dữ liệu và cũng

có thể chấm dứt kết nối một lần nữa TRCV_C kết nối chức năng của TCON,

TDISCON và TRCV

* Giao diện người dùng TSEND_C

- Thông số của TSEND_C

S7-1200, S7-1500

tương ứng

S7-300, S7-400 S7-1200, S7-1500

-(chỉ có trên S7-1500) cho giao thức UDP

nó chỉ đến địa chỉ của đối tượng nhận CONNET TCON_Param VARIANT Mô tả kết nối

* Giao diện người dùng TRCV_C

- Thông số TRCV_C

S7-300, S7-400 S7-1200, S7-1500

được

-(chỉ có trên S7-1500) cho giao thức UDP

nó chỉ đến địa chỉ của đối tượng nhận CONNET TCON_Param VARIANT Mô tả kết nối

f) Giao diện người dùng FETCH, WRITE (Server)

- Mô tả: Một SIMATIC S7-CPU có thể làm máy chủ cho FETCH/RITE

làm công việc của bộ điều khiển khác (bộ điều khiển của bên thứ ba, SIMATIC

S5)

- Các khối truyền thông của máy chủ nội bộ sử dụng cho T-blocks:

+ TSEND/TRCV ( gửi và nhận dữ liệu) + TCON, TDISCON ( kết nối và ngắt kết nối)

- FW_TCP

+ Khối truyền thông của máy chủ, sử dụng giao thức TCP

- FW_IOT

+ Khối truyền thông của máy chủ, sử dụng giao thức ISO dựa trên giao thức TCP

* Thông số của FW_TCP

ENABLE BOOL Kết nối và quá trình ngắt kết nối

CONNECT ANY Mô tả các kết nối TCP

ADDRMODE INT Giải quyết chế độ S5 hoặc S7

NDR BOOL Dữ liệu của công việc WRITE đã được

thông qua

MODE BYTE Thực hiện công việc FETCH hoặc

WRITE

STATUS WORD Hiển thị trạng thái

* Thông số của FW_IOT

ENABLE BOOL Kết nối và quá trình ngắt kết nối

CONNECT ANY Mô tả các kết nối TCP

ADDRMODE INT Giải quyết chế độ S5 hoặc S7

NDR BOOL Dữ liệu của công việc WRITE đã được

thông qua

MODE BYTE Thực hiện công việc FETCH hoặc

WRITE 1.3 Truyền thông CBA (PN/IE : CBA):

 Giao tiếp máy – máy dọc theo dây chuyền sản xuất

 Cấu hình đồ họa của các thông tin liên lạc

Thành phần PROFINET: một thành phần PROFINET là một đơn vị chức

năng tái sử dụng:

 Đóng gói các chức năng tự động hóa trong một đơn vị phần mềm

 Giao diện thành phần duy nhất cho việc trao đổi dữ liệu với các thành phần khác

Đặc điểm:

 Cấu hình đồ họa cho các thông tin liên lạc

 Việc thực hiện các giao tiếp có thể được tính toán ẩn

 Giao tiếp giữa các nhà cung cấp

CBA và PNIO:

CBA (PROFINET CBA)

 Trao đổi dữ liệu theo chu kì và không theo chu kì giữa các bộ điều khiển

PNIO (PROFINET IO)

 Trao đổi dữ liệu theo chu kì giữa PN và các thiết bị điều khiển PN tương ứng

1.3.2 Các giao diện người dùng:

Các truyền thông giữa các thành phần PROFINET xảy ra thông qua kết nối đồ họa Do đó nó không yêu cẩu bất các thứ gì để lập chương trình trong chương trình người dùng STEP 7 cho truyền thông, làm cho giao diện người dùng không cần thiết

1.4 Truyền thông PNIO (PN/IE PNIO):

1.4.1 Đặc điểm:

Nhận xét sơ bộ:

Truyền thông với PNIO là trường hợp đặc biệt của truyền thông CPU-CPU

Ở đây, cơ chế truyền thông của IO phân tán được cho truyền thông CPU :

CPU- Một CPU đươc cắm điện tại trạm trung tâm

 Các CPU khác được cắm tại trạm phân câp

Đặc điểm:

Truyền thông với PNIO được đặc trưng bởi các đặc điểm sau:

 Trao đổi tuần hoàn giữa bộ điều khiển IO và thiết bị IO thông qua giao thức PROFINET IO:

- Bộ điểu khiển IO gửi dữ liệu đến thiết bị IO

- Thiết bị IO gửi dữ liệu đến bộ điều khiển IO

 Việc trao đổi dữ liệu được thực hiện thống nhất trên toàn bộ chiều dài