Bài giảng Mạng profibus

3/25/2008 1 Chương 3: MẠNG PROFIBUS Nội dung: „ Mô hình mạng ISO. „ Mạng truyền thông SIMATIC NET. „ Giới thiệu về mạng Profibus. „ Profibus DP. „ Module EM-277. „ Điều khiển thiết bị qua mạng Profibus. 3/25/2008 2 Mô hình mạng ISO „ Đây là mô hình mạng cho hệ thống truyền thông mở đối với mạng hỗn hợp, không đồng nhất. „ Mô hình này hình thành nguyên tắc tiêu chuẩn cho các thủ tục truyền thông. „ Mô hình này tạo ra một khung chuẩn hóa trong truyền thông gồm 7 lớp. „ Các nhà sản xuất thiết bị tự động, thiết bị dữ liệu đầu cuối đều dựa theo mô hình này để thực hiện. 3/25/2008 3 Mô hình mạng ISO 3/25/2008 4 Mạng truyền thông SIMATIC NET „ SIMATIC NET là hệ thống truyền thông mở, không đồng nhất với nhiều mạng nội bộ. „ Mạng này dựa trên các tiêu chuẩn của mô hình ISO. „ SIMATIC NET cung cấp các loại mạng theo nhiều yêu cầu khác nhau gồm: ‰ Ethernet công nghiệp: mạng ở cấp cell (tế bào) và management (quản lý) ‰ Profibus: mạng truyền thông ở cấp cell và field (trường) ‰ AS – Interface: mạng đối với cấp sensor và actuator. 3/25/2008 5 Mạng truyền thông SIMATIC NET 3/25/2008 6 Mạng Profibus „ Profibus là mạng trong vùng cell và field của hệ thống truyền thông SIMATIC NET, „ Mạng được dự định thực hiện đầu tiên trong môi trường công nghiệp. „ Là hệ thống truyền thông hiệu quả đối với các ứng dụng giá thấp. „ Profibus dựa vào tiêu chuẩn EN 50 170 và mô hình mạng ISO. „ Profibus không thực hiện đầy đủ 7 lớp của mạng ISO, chỉ có lớp 1, 2 và 7. 3/25/2008 7 Cấu trúc Profibus 3/25/2008 8 Cấu trúc mạng Profibus 3/25/2008 9 Phân loại mạng Profibus 3/25/2008 10 Các giao thức Profibus (theo ISO) 3/25/2008 11 Các giao thức Profibus (theo ISO) „ FMS – Fieldbus Messaging System Truyền đồng cấp (peer to peer). „ DP – Decentralized Periphery Trao đổi dữ liệu rất nhanh. „ PA – Process Automation Môi trường an toàn. 3/25/2008 12 Xử lý bus Profibus Mạng Profibus xử lý bus theo cách kết hợp truyền Multi-Master và Master-Slave 3/25/2008 13 Điểm chung của FMS và DP 3/25/2008 14 Điểm chung của FMS và DP „ 2 mạng này thực hiện theo lớp 1 và lớp 2. „ 1 Master có thể phục vụ nhiều Slave. „ Nhiều Master có thể tham gia trên bus. „ Tốc độ truyền từ 9.6Kb đến 12Mb. „ Dữ liệu truyền từ 1 đến 244 byte. „ Có thể kết nối 126 trạm. „ Hệ thống bao gồm nhiều phân đoạn. „ Các thành phần chung: cáp, đầu nối, trạm lặp 3/25/2008 15 Điểm chung của PA và DP 3/25/2008 16 Điểm chung của PA và DP „ DP và PA sử dụng cùng hệ thống Master. „ Giống nhau đầu trang thông điệp và chiều dài dữ liệu. „ Các công cụ đặt cấu hình là như nhau. „ Dữ liệu truyền từ 1 đến 244 byte. 3/25/2008 17 Điểm chung của PA và DP 3/25/2008 18 Đặc điểm Profibus FMS „ Được tối ưu hóa cho việc truyền của các thiết bị chủ thông minh ở cấp cell. „ Một trạm tớ có thể được gán đến nhiều trạm chủ. Nhiều trạm chủ có thể tác động đến cùng một trạm tớ. „ Kết nối truyền thông ở dạng tạm thời hoặc lâu dài. „ Phạm vi ứng dụng: ‰ Truyền các dữ liệu, chương trình có dung lượng lớn. ‰ Tích hợp các phần xử lý phân cấp thành qui trình chung. ‰ Truyền thông giữa các trạm thông minh. 3/25/2008 19 Qui trình xử lý FMS 3/25/2008 20 Đặc điểm Profibus PA „ Dựa trên giao thức Profibus-DP mở rộng và tiêu chuẩn truyền IEC 1158-2. „ Sử dụng 2 dây dẫn cho dữ liệu và nguồn. „ Kết nối thiết bị và hệ thống điều khiển qua bus nối tiếp „ Điều khiển, điều chỉnh, giám sát qua cáp đôi xoắn. „ Có sẵn các thông tin chẩn đoán và bảo dưỡng thiết bị. „ Điều khiển công suất thấp. „ Khoảng cách truyền lên đến 1900m trên mỗi đoạn. 3/25/2008 21 Cấu hình tiêu biểu Profibus PA 3/25/2008 22 Đặc điểm Profibus DP „ Truyền thông DP là liên tục và tuần hoàn. „ Dữ liệu truyền được xác định trong cấu hình (tối ưu hóa trao đổi dữ liệu). „ Duy nhất một Master có thể xuất ngõ ra (an toàn). „ Dữ liệu được đọc bằng việc điều khiển và Master cấp 2. „ Báo hiệu bằng tín hiệu. „ Hệ thống fieldbus nhanh nhất (lên đến 12Mb). „ Dữ liệu lên đến 244 byte vào/244 byte ra mỗi trạm 3/25/2008 23 Thiết bị DP „ Trạm chủ DP cấp 1 (DP Master Class 1): ‰ Các thiết bị này trao đổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu trình được quy định. ‰ Là các bộ điều khiển trung tâm: PLC hoặc PC, hoặc các Module thuộc bộ điều khiển trung tâm. „ Trạm chủ DP cấp 2 (DP master Class 2): ‰ Máy lập trình, công cụ đặt cấu hình, vận hành, chẩn đoán hệ thống bus. ‰ Ngoài các dịch vụ cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các hàm đặc biệt phục vụ đặt cấu hình hệ thống, chẩn đoán trạng thái, truyền nạp chương trình, v.v… 3/25/2008 24 Thiết bị DP „ Trạm tớ (DP Slave): ‰ Không có vai trò kiểm soát truy cập bus. ‰ Các thiết bị vào/ra. ‰ Các thiết bị trường (bộ truyền động, màn hình HMI, van, cảm biến). ‰ PLC đóng vai trò là một Slave thông minh. 3/25/2008 25 Thủ tục xử lý DP 3/25/2008 26 Nối dây Profibus „ Cáp đồng xoắn có vỏ bọc. „ Cáp quang. „ Hồng ngoại. „ Đối với đường truyền tốc độ >1.5Mbd cần có thêm các yêu cầu đặc biệt. „ Profibus FMS và DP đều theo chuẩn RS485 3/25/2008 27 Profibus FMS/DP theo chuẩn RS485 „ Cần có điểm kết thúc mạng. „ Mở rộng mạng qua các phân đoạn. „ Cáp 2 dây thường được mã hóa màu. „ Đề nghị: ‰ Luôn nối dây đỏ với tín hiệu B (pin 3 – TXD/RXD dương) ‰ Luôn nối dây xanh với tín hiệu A (chân 8 – TXD/RXD âm) „ Vỏ cáp nối với vỏ máy. 3/25/2008 28 Điểm đầu cuối mạng (RS485) „ Mỗi phân đoạn cần được giới hạn ở 2 đầu. „ Điểm đầu cuối luôn được cấp nguồn. „ Nên có một điểm đầu cuối tại mỗi Master. 3/25/2008 29 3/25/2008 30 3/25/2008 31 Mạng Profibus – tiết kiệm chi phí 3/25/2008 32 Module mạng EM 277 „ EM 277 là module mở rộng của PLC S7200. „ Kết nối S7-200 làm Slave trong mạng Profibus DP. 3/25/2008 33 Led và Công tắc chọn địa chỉ 3/25/2008 34 Thông số kỹ thuật 3/25/2008 35 Thông số kỹ thuật 3/25/2008 36 Kết nối S7200 vào mạng Profibus 3/25/2008 37 Trao đổi dữ liệu Master – Slave „ Qui tắc trao đổi dữ liệu: ‰ Dữ liệu từ Master đến Slave gọi là dữ liệu ngõ ra. ‰ Dữ liệu từ Slave đến Master gọi là dữ liệu ngõ vào. „ Địa chỉ Slave phải phù hợp với địa chỉ trong cấu hình của Master. „ Master trao đổi dữ liệu với Slave bằng cách gởi dữ liệu từ ngõ ra của nó đến bộ đệm ngõ ra của Slave (receive mailbox). „ Slave đáp ứng bằng cách tạo lại vùng đệm ngõ vào (send mailbox) để Master lưu vào ngõ vào của nó. 3/25/2008 38 Đặt cấu hình EM 277 „ EM 277 được Master đặt cấu hình để nhận dữ liệu ngõ ra và tạo dữ liệu ngõ vào. „ Các vùng đệm dữ liệu ngõ vào và ra nằm trong miền V của S7-200. „ Khi đặt cấu hình cho Master, phải xác định vùng đệm ngõ ra trong miền V. „ Cũng cần xác định cấu hình I/O khi có dữ liệu ra ghi vào CPU S7-200 cũng như khi có dữ liệu vào trả lại từ CPU S7-200. „ Master sẽ ghi các tham số và thông tin cấu hình I/O vào module EM 277, kế đến EM 277 sẽ chuyển địa chỉ miền V và dữ liệu vào/ra đến CPU S7-200. 3/25/2008 39 Ví dụ miền nhớ V và địa chỉ I/O 3/25/2008 40 Led báo trạng thái EM 277 „ Sau khi CPU S7-200 mở, led DX MODE tắt. Mỗi lần EM 277 trao đổi dữ liệu led này sáng màu xanh. „ Nếu việc trao đổi bị mất (EM 277 thoát khỏi mode trao đổi dữ liệu) thì led DX MODE tắt, led DP ERROR sáng màu đỏ. Điều kiện này duy trì đến khi tắt CPU hoặc phục hồi lại mode trao đổi dữ liệu. „ Xảy ra lỗi trong cấu hình I/O hoặc lỗi các thông tin do Master ghi vào EM 277 thì led DP ERROR chớp đỏ. „ Nếu không có nguồn 24V thì led POWER tắt. „ Led CPU FAULT tắt khi Module hoạt động tốt, và sáng đỏ khi có lỗi bên trong Module. 3/25/2008 41 Điều khiển thiết bị qua mạng Prfibus