BÁO cáo môn học hệ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP đặc điểm và tính năng của PROFINET

Tuy nhiên, một hệ thống giao tiếp tích hợp như PROFINET thực sự cần thiết để kíchhoạt tính năng tích hợp tập trung các thông số quá trình của nhà máy với các ứng dụng hạ nguồnkết hợp các

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP

Đặc điểm và tính năng của PROFINET

(Principles and Features of PROFINET)

Giảng viên:

Học viên Lớp KTVT16A:

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 3

102.1 Giới thiệu 4

102.2 PROFINET 4

102.3 Thiết bị phân tán 7

102.4 Tự động hóa phân phối 10

102.5 Truyền thông PROFINET 14

102.6 Kỹ thuật cài đặt PROFINET 17

102.7 Tích hợp IT 19

102 8 Tích hợp Hệ thống trạm trường 22

102 9 PNO Offer 24

LỜI CẢM ƠN 28

MỞ ĐẦU

Trước khi trình bày các vấn đề nghiên cứu trong chủ đề lần này, nhóm xin chân thành

cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Khang đã tận tình hướng dẫn, đã cung cấp các kiến thức, thông

tin, tài liệu hữu ích để nhóm hoàn thiện phần nghiên cứu

Với hơn ba triệu các điểm lắp đặt, PROFINET từ lâu đã trở thành một tính năng quenthuộc của tự động hóa sản xuất và xu hướng của các ứng dụng kỹ thuật PROFINET thu hút sựquan tâm của ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát vì số lượng lớn các quy trìnhthượng nguồn và hạ nguồn Các ngành công nghiệp hóa chất, dầu khí và dược phẩm cũng bày tỏ

sự quan tâm đến công nghệ PROFINET

PROFIBUS PA đã được sử dụng rộng rãi ở các nhà máy trong các lĩnh vực công nghiệpkhác nhau Tuy nhiên, một hệ thống giao tiếp tích hợp như PROFINET thực sự cần thiết để kíchhoạt tính năng tích hợp tập trung các thông số quá trình của nhà máy với các ứng dụng hạ nguồnkết hợp các quá trình riêng lẻ như điền đầy và đóng gói

Vì lý do này mà PI (PROFIBUS & PROFINET International) thiết lập một nhóm làmviệc bao gồm các công ty sản xuất (ABB, Emerson, Endress+Hauser, Pepperl+Fuchs, Siemens,Softing, Stahl, và Yokogawa) với nhiệm vụ ban đầu là xác định đặc điểm cụ thể của các cácngành công nghiệp quá trình Ngoài ra, cũng là để đáp ứng đề xuất của NAMUR (một hiệp hộingười sử dụng toàn cầu về công nghiệp quá trình) Bên cạnh việc mở rộng chu kỳ sản xuất, vậnhành nhà máy liên tục, các cơ cấu chấp hành và cảm biến phức hợp một thử thách chính là sốlượng của các thiết bị (lên đến 100000 tín hiệu I/O)

Trước tình hình đó, nhóm đã được giao thực hiện nghiên cứu đề tài về “Đặc điểm và tínhnăng của PROFINET”

Hơn nữa, trong công nghệ tự động hóa ngày nay, công nghệ thông tin (CNTT) với cáctiêu chuẩn được thiết lập, chẳng hạn như TCP/IP và XML, mệnh lệnh ngày càng thay đổi Tíchhợp công nghệ thông tin vào tự động hóa đang mở ra những tiến bộ đáng kể trong việc lựa chọngiao tiếp giữa các hệ thống tự động hóa, cấu hình và các cách chuẩn đoán, và chức năng dịch vụ

mở rộng Các chức năng này đã được một thành phần cố định của PROFINET từ đầu

PROFINET là tiêu chuẩn mở cho tự động hóa công nghiệp dựa trên Ethernet côngnghiệp PROFINET cho phép tự động hóa phân phối, tích hợp các thiết bị hiện có, và hoạt độngcủa yêu cầu, các ứng dụng thời gian quan trọng (như kiểm soát chuyển động)

Ngoài việc sử dụng các công nghệ IT, bảo hộ đầu tư cũng đóng một vai trò quan trọngvới PROFINET PROFINET cho phép các hệ thống bus trường hiện có như PROFIBUS đượctích hợp mà không sửa đổi với các thiết bị hiện có Điều này bảo vệ các khoản đầu tư của cácnhà khai thác nhà máy, các công ty máy móc/xây dựng nhà máy, và các nhà sản xuất thiết bị

Yêu cầu công nghệ tự động hóa được bao phủ hoàn toàn bởi PROFINET Đó là có thểchuyển những năm nhiều kinh nghiệm trong lĩnh vực PROFIBUS đến PROFINET tiêu chuẩnhóa Việc sử dụng các tiêu chuẩn mở, khả năng xử lý đơn giản, và tích hợp thành các đơn vị nhàmáy hiện tại đã xác định PROFINET từ đầu PROFINET hiện được tích hợp trong IEC 61158

102.2 PROFINET

Thiết bị phân tán (PROFINET IO)

Thiết bị hiện trường đơn giản được tích hợp trong PROFINET sử dụng PROFINET IO vàđược mô tả bởi quan điểm IO quen thuộc trong PROFIBUS DP Các tính năng thiết yếu của hộinhập này là việc sử dụng các thiết bị hiện trường phân cấp với đầu vào và đầu ra dữ liệu của họ,được xử lý trong chương trình người dùng PLC (Hình 102.1)

PROFINET IO mô tả một mô hình thiết bị để phân biệt khe và kênh trong một cáchtương tự như mô hình cho PROFIBUS DP Các tài sản thiết bị được mô tả bởi một tập tin mô tảdựa trên XML (GSD).

Thiết bị PROFINET IO được thiết kế bằng cách sử dụng phương pháp tương tự mà từ lâu

đã quen thuộc với các nhà tích hợp hệ thống PROFIBUS DP Điều này bao gồm phân công củacác thiết bị lĩnh vực phân cấp cho một bộ điều khiển trong cấu hình dữ liệu sản xuất sau đó đượctrao đổi giữa các bộ điều khiển và các thiết bị lĩnh vực được giao

Phân phối tự động hóa

Hệ thống tự động phân phối thường bao gồm nhiều phần có hoạt động độc lập đối, phốihợp với mỗi tín hiệu sử dụng khác cho đồng bộ hóa, điều khiển trình tự, và các thông tin trao đổi,giao dịch

Hình 102.1 Kiến trúc của PROFINET IOCác mô hình thành phần PROFINET đề cập đến là các môđun công nghệ Các mô-đuncông nghệ tạo thành một đơn vị chức năng thông minh Thông qua việc sử dụng các công nghệ

đã được chứng minh trong lĩnh vực CNTT, các chức năng tổng thể của một mô-đun công nghệđược gói gọn trong một thành phần phần mềm liên quan một thành phần này được mô phỏngnhư một đối tượng và được coi là một hộp đen Một giao diện thành phần công nghệ bên ngoàiđược xác định theo thứ tự cho các thành phần giao tiếp với các thành phần khác trong hệ thốngphân phối

Một mô-đun công nghệ được mô tả trong PROFINET trong mô hình thành phần sử dụngPROFINET mô tả hợp phần (PCD) PCD là dựa trên XML và sản xuất, hoặc bởi một máy phátđiện thành phần của một công cụ cấu hình nhà sản xuất cụ thể hoặc các PROFINET phần biêntập

Kỹ thuật của hệ thống tự động phân phối phân biệt giữa lập trình logic điều khiển cho

hệ thống Một ứng dụng toàn hệ thống được hình thành trong ba bước: tạo các thành phần, cácthành phần kết nối, và thông tin tải về kết nối.

Truyền thông

Thông số, dữ liệu cấu hình và thông tin kết nối mà không phải là quan trọng đối với thờigian được chuyển giao trong PROFINET qua các kênh tiêu chuẩn dựa trên TCP/UDP và IP.Điều này đáp ứng các điều kiện tiên quyết mức tự động hóa với các mạng khác (MES, ERP) Đểchuyển dữ liệu quá trình trong nhà máy sản xuất, các kênh thời gian thực được là có sẵn Kênhnày được thực hiện như phần mềm trên cơ sở của các bộ điều khiển hiện có

Tích hợp IT

Việc quản lý mạng lưới bao gồm các chức năng để quản lý các thiết bị PROFINET trongmạng Ethernet Điều này bao gồm các cấu hình thiết bị, cấu hình mạng, và chẩn đoán mạng.Trong trường hợp của tích hợp web, PROFINET làm cho việc sử dụng các công nghệ dựa trênEthernet và cho phép truy cập vào một thành phần PROFINET bằng công nghệ Internet chuẩn

Để duy trì một kết nối mở với các loại hệ thống khác, PROFINET hỗ trợ OPC DA và DX

Tích hợp Bus

Một khía cạnh quan trọng của PROFINET là sự chuyển đổi liền mạch từ các giải pháp xebuýt lĩnh vực hiện có như PROFIBUS DP để PROFINET Ethernet-based Điều này góp phầnđáng kể vào việc bảo vệ các khoản đầu tư của các nhà sản xuất thiết bị, kỹ sư hệ thống cơ khíxây dựng nhà máy, và người dùng cuối (Hình 102.3)

 Tích hợp các thiết bị Bus trường bằng phương tiện của các proxy: Các proxy là người đạidiện cho các thiết bị mức thấp trên Ethernet Thông qua các nguyên tắc proxy,PROFINET cung cấp một quá trình chuyển đổi hoàn toàn trong suốt từ hiện tại cho cácđơn vị nhà máy mới được cài đặt

 PN-IO điều khiển: PLC mà trên đó các chương trình tự động chạy.

 Thiết bị PN-IO: thiết bị hiện trường phi tập trung được gán cho một bộ điều khiển PN-IO(như IO từ xa, thiết bị đầu cuối van, bộ chuyển đổi tần số)

 PN-IO giám sát: thiết bị hoặc máy tính Lập trình với vận hành và chức năng chẩn đoán

Dữ liệu có thể được chuyển giao giữa các bộ điều khiển IO và thiết bị IO bằng phươngtiện của các kênh sau:

 Dữ liệu người dùng Cyclic qua các kênh thời gian thực

 Event-kích hoạt ngắt (chẩn đoán) thông qua kênh thời gian thực

 Giao thông số và cấu hình cũng như đọc các thông tin chẩn đoán thông qua các kênh tiêuchuẩn dựa trên UDP / IP

Lúc đầu, một mối quan hệ truyền thông gọi là ứng dụng quan hệ (IO-AR) được thiết lậpgiữa các bộ điều khiển IO và các thiết bị IO dựa trên kênh UDP / IP mạch hở Sau đó, bộ điềukhiển IO chuyển dữ liệu cấu hình cho các thiết bị IO bằng kênh thành lập này Dựa trên các dữliệu cấu hình: (1) các chế độ hoạt động chính xác được xác định, ví dụ, và các thiết bị IO đượcxác định duy nhất, (2) tốc độ cao, chu kỳ hữu dụng trao đổi dữ liệu thông qua thời gian thực

kênh (IO-CR) là bắt đầu Nếu chẩn đoán sự kiện xảy ra (chẳng hạn như một break dây), một ngắtđược gửi đến bộ điều khiển IO thông qua tốc độ cao, mạch hở thời gian thực kênh (gián đoạnCR) để chế biến trong chương trình PLC nằm trên bộ điều khiển IO (Hình 102.5).

Hình 102.4 Loại thiết bị trong PROFINET IO

Hình 102.5 Giao tiếp trong PROFINET IO

Mô hình thiết bị

Một mô hình thiết bị đồng bộ đã được quy định cho các thiết bị PROFINET IO Mô hìnhnày được hướng tới các tính năng chính trong PROFIBUS DP và mở rộng những lợi thế của cáctính năng này trong tương lai (Hình 102.6)

Một thiết bị có cấu hình mô-đun IO gồm khe trong những mô-đun lắp Các module cóchứa các kênh trên đó quá trình tín hiệu được đọc hoặc đọc ra Đại diện của các thiết bị IO làmodule giao diện, mà nhận được dữ liệu từ bộ điều khiển IO và chuyển tiếp đến các mô-đunthông qua xe buýt backplane Ngược lại, nó nhận được quá trình và các thông tin chẩn đoán từcác mô-đun thông qua các xe buýt bảng nối đa năng và chuyển tiếp thông tin này để điều khiển

IO Mỗi thiết bị IO nhận dạng thiết bị toàn cầu được gán duy nhất trong khuôn khổ củaPROFINET IO số thiết bị ID 32-bit này được chia thành một định sản xuất 16-bit và một dạngthiết bị 16-bit ID thiết bị này được sự phân công của tổ chức sử dụng PROFIBUS (PNO)

Miêu tả thiết bị

Mô tả (GSD), trong đó có chứa tất cả các thông tin cần thiết:

 Thuộc tính của các thiết bị IO (ví dụ, các thông số liên lạc)

 Số loại

 Dữ liệu cấu hình cho mô-đun riêng (ví dụ, 4-20 mA đầu vào tương tự)

 Các thông số của mô-đun

 Văn bản lỗi cho chẩn đoán (ví dụ, nghỉ dây, ngắn mạch)

XML là cơ sở mô tả cho GSD của các thiết bị PROFINET IO Vì XML là một chuẩn mở,rộng rãi, và được chấp nhận để mô tả dữ liệu, công cụ thích hợp và tài sản có nguồn gốc tự động

có sẵn, bao gồm:

 Sáng tạo và xác nhận thông qua một công cụ tiêu chuẩn,

 Tích hợp ngôn ngữ nước ngoài, và

 Thứ bậc cấu trúc

Cấu trúc GSD tương ứng với ISO 15.745 và bao gồm một tiêu đề, mô tả thiết bị trong lớpứng dụng (ví dụ, dữ liệu cấu hình và các thông số mô-đun), và các thuộc tính truyền thông mô tảtrong các lớp truyền tải

Hình 102.6 Mô hình PROFINET IO tương đương với PROFIBUS DP

Cấu hình và trao đổi dữ liệu

Các tập tin mô tả của các thiết bị IO được nhập khẩu vào công cụ cấu hình địa chỉ IOđược gán cho các kênh IO cá nhân của các thiết bị hiện trường Các địa chỉ đầu vào IO chứa cácgiá trị quá trình nhận được Các chương trình người dùng đánh giá và xử lý các giá trị Cácchương trình người dùng tạo các giá trị đầu ra IO và xuất chúng đến quá trình thông qua các địachỉ đầu ra IO Ngoài ra, các thông số được gán cho module IO cá nhân hoặc các kênh trong công

cụ cấu hình, ví dụ, 4-20 mA phạm vi hiện tại cho một kênh analog

Sau khi kết luận về cấu hình, dữ liệu cấu hình được tải xuống với bộ điều khiển IO Cácthiết bị IO được giao và được cấu hình tự động bằng cách điều khiển IO và đó tham gia vào việctrao đổi dữ liệu theo chu kỳ (Hình 102,7)

vụ tham số và cấu hình của các thiết bị hoặc mô-đun

Các thông tin chẩn đoán được cấu trúc theo thứ bậc:

 Loại kênh (đầu vào/đầu ra)

 Nguyên nhân lỗi (ví dụ, nghỉ dây, ngắn mạch)

 Thông tin nhà sản xuất cụ bổ sung

Khi một lỗi xảy ra trong một kênh, các thiết bị IO tạo ra một báo động chẩn đoán để điềukhiển IO Báo động này gây nên một cuộc gọi trong chương trình điều khiển các thói quen lỗithích hợp Sau khi chế biến của các thói quen lỗi, điều khiển IO thừa nhận lỗi để các thiết bị IO

cơ chế thừa nhận này đảm bảo rằng một chế lỗi liên tục là có thể có trong các bộ điều khiển IO

102.4 Tự động hóa phân phối

Mô đun công nghệ

Chức năng của một nhà máy tự động hoặc máy cho một quá trình sản xuất hàng hóa được sản xuất bởi một sự tương tác được xác định về các khía cạnh logic/phần mềm cơ khí, điện/điện tử và điều khiển Theo nguyên tắc này, PROFINET xác định các khía cạnh logic/phần mềm

-cơ khí, điện/điện tử và điều khiển cho một mô-đun công nghệ

Thành phần PROFINET

Đại diện của một mô-đun công nghệ trong nhà máy cơ khí là cái gọi là thành phầnPROFINET Mỗi thành phần PROFINET có một giao diện có chứa các biến công nghệ được traođổi với các thành phần khác

Các thành phần PROFINET được mô hình hóa bằng cách sử dụng công nghệ COMchuẩn hóa Các thành phần được đặc trưng bởi sự hình thành của các đơn vị hoàn toàn có thể cómối quan hệ với các thành phần khác Cũng giống như các khối, các thành phần có thể được kếthợp linh hoạt và dễ dàng tái sử dụng, không phụ thuộc vào cách thức chúng được thực hiện trongnội bộ cơ chế truy cập vào giao diện thành phần được quy định thống nhất trong PROFINET

Mức độ chi tiết của module công nghệ

Khi các chi tiết của mô-đun đã được chỉ định, khả năng tái sử dụng các module trong cácnhà máy khác nhau phải được kiểm tra với chi phí và sẵn có trong tâm trí Mục tiêu là để có thểkết hợp các thành phần riêng lẻ thành một nhà máy tổng thể như linh hoạt như có thể theonguyên tắc xây dựng khối Một mặt, với một chi tiết quá tốt quan điểm công nghệ của nhà máy

có thể trở nên phức tạp hơn, dẫn đến chi phí kỹ thuật cao hơn Mặt khác, với quá thô granularity,mức độ có thể dùng lại được giảm Điều này, đến lượt nó, dẫn đến chi phí thực hiện cao hơn

Thành phần cấu tạo

Các thành phần được tạo ra như là một hình ảnh của các mô-đun công nghệ của cácdoanh nghiệp máy móc thiết bị, xây dựng nhà máy Thiết bị được lập trình và cấu hình như trướcđây với các công cụ sản xuất cụ thể tương ứng Bằng cách đó, các chương trình sử dụng có sẵn

và các bí quyết của các lập trình viên và nhân viên phục vụ có thể tiếp tục được sử dụng Sau đó,

sử dụng phần mềm được đóng gói trong các hình thức của một thành phần PROFINET Khi làmnhư vậy, một mô tả thành phần (PCD) dưới hình thức của một tập tin XML được tạo ra Nộidung mô tả thành phần được quy định trong PROFINET Những mô tả thành phần được nhậpkhẩu vào thư viện của các biên tập viên kết nối (Hình 102.8)

 Mô tả các thành phần như các yếu tố thư viện: ID, tên của thành phần.

 Mô tả phần cứng: lưu trữ địa chỉ IP, truy cập dữ liệu chẩn đoán, kết nối download

 Mô tả chức năng phần mềm: giao tiếp phần mềm và phần cứng, giao diện thành phần,tính chất của các biến chẳng hạn như tên công nghệ, kiểu dữ liệu, và hướng (đầu vàohay đầu ra).

 Vị trí lưu trữ của dự án thành phần Thư viện thành phần được tạo ra để hỗ trợ tái sửdụng

Bộ biên dịch liên kết

Nói chung, một bộ biên dịch kết nối có hai góc nhìn: Góc nhìn plant và góc nhìn mạng.Đối với góc nhìn plant, các thành phần yêu cầu cần được nhập từ các thư viện và đặt trênmàn hình, và các mối liên kết riêng rẽ được thành lập Điều này mang lại một cơ cấu công nghệ

và các mối quan hệ cục bộ trong một plant Ngược lại, các cấu trúc topo của các hệ thống tựđộng được tạo ra theo góc nhìn mạng Ở đây, các thiết bị trường và các thiết bị tự động được gắnvào một một hệ thống truyền thông hoặc hệ thống bus, và các địa chỉ thiết bị được xác định theocác quy tắc của hệ thống bus (Hình 102.11 và 102.12)

Hình 102.11 Góc nhìn Plant trong bộ biên dịch liên kết chỉ ra các thành phần liên kết

Hình 102.12 Góc nhìn mạng trong bộ biên dịch liên kết chỉ ra các thiết bị trường được kết nối

PROFINET Runtime