Mục lục đồ án tốt nghiệp thiết kế công cụ dạy học xây dưng mô hình truyền thông plc s7 1200

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP. 10

1.1.    Tính tổng quan :10

1.2.    Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp. 11

1.3.    Các Loại mạng truyền thông hiện nay. 11

1.3.1      Mạng truyền thông công nghiệp Modbus. 11

1.3.2      Mạng truyền thông nối tiếp. 12

1.3.3      Mạng truyền thông DeviceNet13

1.3.4      Mạng truyền thông Profibus. 14

1.3.5      Mạng truyền thông HART. 14

1.3.6      Tính cấp thiết của đề tài15

1.3.7      plc s7-1200. 16

1.3.8      Khả năng truyền thông qua mạng Ethernet của PLC S7-1200:17

1.3.9      biến tần FR- D700 :19

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH CƠ KHÍ23

2.1.    Nhiệm vụ:23

2.2.    Thiết bị nâng cấp, cải tiến 23

2.2.1      Module  CM 1214 RS422/485. 23

2.2.2      Truyền thông Ethernet switch. 25

2.2.3      Xy lanh giảm chấn tác động kép. 26

2.2.4      Van tiết lưu khí nén M4. 27

2.2.5      Cảm biến từ xylanh 2 dây cảm biến hành trình 29

2.2.6      Cảm biến từ xylanh 3 dây cảm biến hành trình 30

2.3.    Thiết kế thi công bản vẽ cơ khí30

CHƯƠNG 3 : XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ HÌNH TRUYỀN THÔNG.. 38

3.1      Mô hình truyền thông. 38

3.1.1 Cách đấu dây của mô hình trên 39

3.1.2 Cài đặt thông số biến tần. 40

3.2      Bản vẽ điện. 40

3.3      Truyền thông MODBUS TCP/IP:49

3.4      Truyền thông MODBUS RTU.. 54

3.5      Xây dựng chương trình hệ thống 57

3.5.1 Khai báo cấu hình phần cứng:57

3.6      Chương trình điều khiển mô hình 58

3.7 Lập trinh HMI 66

3.7.1 Lập trình nút nhấn qua phần mềm Dopsoft66

Chương 4 : Tổng kết71

4.1      Sau quá trình thực hiện, đề tài đã đạt được các kết quả như sau. 71

Mục Lục Hình Ảnh

Hình 1. 1 sơ đồ vận hành. 10

Hình 1. 2 Mạng truyền thông MODBUS. 12

Hình 1. 3 Mạng truyền thông DEVICENET. 13

Hình 1. 4 Mạng Truyền thông PROFIBUS. 14

Hình 1. 5 Mô hình truyền thông S7-1200. 16

Hình 1. 6: CPU S7-1200. 17

Hình 1. 7: Truyền thông trực tiếp giữa 2 thiết bị qua mạng Ethernet18

Hình 1. 8: Truyền thông nhiều thiết bị trong PLC mạng Ethernet19

Hình 1. 9 biến tần FR-D700. 19

Hình 1. 10 Sơ đồ đấu dây cơ bản biến tần Mitsubishi D700. 21

Hình 1. 11 Chức năng cơ bản. 22

Hình 1. 12 chức năng ngõ vào. 22

Hình 1. 13 chức năng ngõ ra. 23

Hình 2. 1 MODULE 1214 RS485. 24

Hình 2. 2 Ethernet Switch 25

Hình 2. 3 cổng Athernet26

Hình 2. 4 Xy lanh giảm chấn tác động kép 27

Hình 2. 5 : Xy lanh tác động kép  27

Hình 2. 6 Van tiết lưu khí nén m4. 28

Hình 2. 7 Cảm biến từ xylanh 2 dây. 29

Hình 2. 8 Cảm biến từ xylanh 3 dây. 30

Hình 2. 9 Hệ Thống Tổng Thể. 31

Hình 2. 10 Bản vẽ Pat Xylanh 32

Hình 2. 11 Bản vẽ thân bộ chia khí32

Hình 2. 12 Bản vẽ thân đầu xi lanh. 33

Hình 2. 13 Bản vẽ lưng bản điện. 33

Hình 2. 14 Bãn vẽ hộp panel 34

Hình 2. 15 Bản vẽ hộp mô hình. 34

Hình 2. 16 Bản vẽ thùng máy. 35

Hình 2. 17 Bản vẽ mặt panel bàn. 35

Hình 2. 18 Cụm thân thùng máy. 36

Hình 2. 19 Cụm mặt bàn. 36

Hình 2. 20 Kit thực hành PLC – khí nén. 37

Hình 2. 21 Kit thực hành PLC – khí nén. 37

Hình 3. 1 Sơ đồ mô hình truyền thông. 38

Hình 3. 2 Sơ đồ đấu dây chân RJ45. 39

Hình 3. 3 Sơ đồ dấu dây Module CM1241. 40

Hình 3. 4 Trang Bìa. 41

Hình 3. 5 Mục Lục. 41

Hình 3. 6 Bảng Kí hiệu màu dây. 42

Hình 3. 7 Bảng tên thiết bị42

Hình 3. 8 Thiết bị PLC S7-1200. 43

Hình 3. 9 Thiết bị MODULE RS485. 43

Hình 3. 10 Thiết bị biến tầnFR-D700. 44

Hình 3. 11 Thiết bị Ethernet Switch. 44

Hình 3. 12 Bản vẽ nguồn. 45

Hình 3. 13 Đấu dây MODULE RS485. 45

Hình 3. 14 Đấu nguồn PLC 1. 46

Hình 3. 15 Đấu nguồn PLC 2. 46

Hình 3. 16 Đấu dây Switch. 47

Hình 3. 17 Đấu dây biến tần FR-D700. 47

Hình 3. 18 Đấu dây nguồn HIM Delta 48

Hình 3. 19 Kết nối HMI Delta 48

Hình 3. 20 Truyền thông Modbus TCP/IP. 49

Hình 3. 21 Communication. 50

Hình 3. 22 MB_CLIENT. 51

Hình 3. 23 MB_CLIENT. 51

Hình 3. 24 Khối MB_SERVER.. 52

Hình 3. 25 Khối địa chỉ53

Hình 3. 26 Khối địa chỉ53

Hình 3. 27 Truyền thông Modbus RTU.. 54

Hình 3. 28 Khối MB_COMM_LOAD.. 55

Hình 3. 29 Khối MB_Master56

Hình 3. 30Cấu trúc trạm PLC 1. 58

Hình 3. 31 Cấu trúc trạm PLC 2. 58

Hình 3. 32 Khối MB_CLIENT. 59

Hình 3. 33 Khối MB_CLIENT. 59

Hình 3. 34 Lệnh MOVE. 60

Hình 3. 35Khối MB_COMM_LOAD.. 60

Hình 3. 36 Lệnh CTU.. 60

Hình 3. 37 khối MB_MASTER.. 61

Hình 3. 38 khối MB_MASTER.. 61

Hình 3. 39MB_MASTER.. 61

Hình 3. 40MB_SERVER.. 62

Hình 3. 41Lệnh MOVE. 62

Hình 3. 42 Lệnh MOVE. 63

Hình 3. 43Khối MUL. 63

Hình 3. 44 Khối DIV.. 64

Hình 3. 45 Khối dữ liệu. 65

Hình 3. 46 Khối dữ liệu. 65

Hình 3. 47 Bảng Giới thiệu. 66

Hình 3. 48 Nút nhấn chạy nghịch. 66

Hình 3. 49 Nút nhất chạy thuận. 67

Hình 3. 50 Nút nhấn Stop. 67

Hình 3. 51 Thanh nhập tần số 68

Hình 3. 52 Tần số 68

Hình 3. 53 Dòng điện. 69

Hình 3. 54 Điện áp. 69

Hình 3. 55 Bảng điều khiển. 70

Hinh 4. 1 Kết quả mô hình truyền thông PLC biến tần. 68

LỜI CẢM ƠN

     Để luận văn này đạt kết quả tốt đẹp, chúng em đã nhận được sự hỗ trợ, giúp đỡ của nhiều giáo viên, bạn bè. Với tình cảm sâu sắc, chân thành, cho phép chúng em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến tất cả các cá nhân và nhà trường đã tạo điều kiện giúp đỡ trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.

     Trước hết chúng em xin gửi tới các thầy cô bộ môn Cơ điện tử trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng lời chào trân trọng, lời chúc sức khỏe và lời cảm ơn sâu sắc. Với sự quan tâm, dạy dỗ, chỉ bảo tận tình chu đáo của thầy cô, đến nay chúng em đã có thể hoàn thành luận văn, đề tài:

“Xây dựng mô hình truyền thông PLC S7-1200”

     Đặc biệt chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới thầy giáoNguyễn Công Hoàng đã quan tâm giúp đỡ, hướng dẫn chúng em hoàn thành tốt luận văn này trong thời gian qua.

     Chúng em xin bày tỏ lòng biết ơn đến lãnh đạo Trường cao đẳng kỹ thuật Cao Thắng, các Khoa Phòng ban chức năng đã trực tiếp và gián tiếp giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.

     Với điều kiện thời gian cũng như kinh nghiệm còn hạn chế của một học viên, luận văn này của chúng em không thể tránh được những thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được sự chỉ bảo, đóng góp ý kiến của quý các thầy cô để chúng em có điều kiện bổ sung, nâng cao ý thức của mình, phục vụ tốt hơn công việctrong thực tế sau này.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

     1.1.     Tính tổng quan :

Mạng truyền thông công nghiệp, thường gọi tắt là mạng công nghiệp (tên tiếng Anh là Industrial Communication Network) là cụm từ dùng để chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, truyền tín hiệu, thông tin nội bộ của một xí nghiệp, công ty, doanh nghiệp, cơ sở sản xuất,…  nhằm mục đích liên kết, ghép nối các máy tính, thiết bị công nghiệp với nhau thành một thể thống nhất, để chúng có thể  giao tiếp, truyền dữ liệu, theo một mạng lưới, hệ thống đồng nhất hoặc có sự phân cấp để dễ dàng đảm bảo tính an toàn, bảo mật và có sự kiểm soát chặt chẽ.

Hình 1. 1 sơ đồ vận hành

        Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp hiện nay thường liên kết mạng với nhau theo nhiều mức, cấp bậc, dựa trên cảm biến, cơ cấu thực hiện, phân cấp hiện trường, đến hệ thống máy tính, thiết bị điều khiển, quan sát, giám sát, điều hành, quản lý cơ sở, xí nghiệp, công ty, nó mang tính chất kiểm soát và toàn vẹn dữ liệu, nên có thể ứng dụng với quy mô từ nhỏ đến vô cùng lớn, môi trường khắc nghiệt.

Các cơ chế điều khiển thường được ứng dụng trong mạng truyền thông công nghiệp tự động hóa công nghệ bao gồm:

• Bộ điều khiển PLC logic lập trình 
• Hệ thống điều khiển DCS phân tán
• Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA

Các yếu tố này phụ thuộc nhiều đến yếu tố là: các thiết bị hiện trường, hệ thống thiết bị thông minh, PC tổng điều khiển – giám sát, bộ hiển thị HMI và bộ điều khiển I/O phân tán.

Để các máy tính, thiết bị, máy móc trong hệ thống công nghiệp có thể kết nối và giao tiếp với nhau, cần một mạng lưới truyền thông trung gian hoặc sơ đồ truyền thông thu – phát tín hiệu, dữ liệu mạnh mẽ và hiệu quả hơn, đồng thời phải rất khác biệt so với mạng truyền thống, để tạo thành một một đường dẫn liên lạc tách biệt giữa các máy tính, thiết bị hiện trường, với bộ điều khiển và PC điều khiển, giám sát tổng.

Các mạng truyền thông công nghiệp được sử dụng phổ biến hiện nay bao gồm: Modbus, Ethernet, Devicenet, Controlnet,…

     1.2.     Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp sẽ có cấu trúc như sau:

• Phương tiện truyền dẫn để truyền dữ liệu, tín hiệu, thông tin điều khiển, vận hành,… có thể phương tiện dẫn là có dây hoặc không dây.
• Trong trường hợp đường truyền có dây, cáp đường truyền thường dùng là cáp xoắn, cáp đồng trục hoặc cáp quang, tùy theo môi trường và loại mạng mà lựa chọn loại cáp mạng truyền cho phù hợp, vì mỗi loại cáp lại có những đặc tính, đặc điểm truyền dẫn tín hiệu riêng
• Trong trường hợp đường truyền không dây, tín hiệu, thông tin giao tiếp sẽ được thực hiện thông qua sóng radio.

     1.3.     Các Loại mạng truyền thông hiện nay

Mạng truyền thông dùng trong công nghiệp hiện nay có rất nhiều loại mạng khác nhau, mỗi loại mạng lại có kiểu thiết kế kết nối, giao thức truyền thông nhất định để liên kết các thiết bị, máy tính công nghiệp và các mô đun I/O với nhau.

   1.3.1   Mạng truyền thông công nghiệp Modbus

Modbus là một giao thức truyền thông theo mạng hệ thống mở, có thể dẫn truyền qua nhiều lớp vật lý, nên hiện nay nó là phương thức dẫn truyền mạng truyền thông được sử dụng rộng rãi nhất trong tự động hóa công nghiệp.

Hình 1. 2 Mạng truyền thông MODBUS

Nó sử dụng một kỹ thuật giao tiếp nối tiếp để hình thành mối quan hệ chủ/tớ (master/slave), từ đó xây dựng kết nối và thực hiện giao tiếp giữa các máy tính, thiết bị đã được liên kết với nhau trên mạng Modbus. Bởi nó có thể dẫn truyền qua nhiều lớp vật lý, nên có thể thực hiện trên mọi cáp truyền dẫn, nhưng 2 loại cáp được sử dụng phổ biến nhất theo chuẩn giao tiếp tương ứng là RS232 và RS485.

Mạng truyền thông công nghiệp Modbus dùng RS232 hoặc RS485 sẽ kết nối các thiết bị trên mạng với một bộ điều khiển như PLC, cho phép một thiết bị máy chủ có thể giao tiếp với tối đa 247 máy tính, thiết bị vận hành, với tốc độ truyền dữ liệu là 19,2 kbits/s.

Một phiên bản có nhiều cải tiến hơn Modbus RCP/IP là Ethernet, tuy cũng dùng các lớp vật lý để trao đổi dữ liệu giữa các PLC trong mạng truyền thông khác nhau, nhưng nó rất đa dạng, không phân biệt loại mạng, có thể truy cập và kiểm soát một thiết bị này bằng một thiết bị khác trong mọi điều kiện.

   1.3.2   Mạng truyền thông nối tiếp

Giao tiếp nối tiếp là hệ thống giao tiếp cơ bản được mọi bộ điều khiển như PLC sử dụng phổ biến. và mạng giao tiếp này sẽ thực hiện các tiêu chuẩn giao tiếp là:  RS232, RS422 và RS485.

Mạng truyền thông công nghiệp này sẽ tích hợp vào CPU hoặc mô đun xử lý, bộ điều khiển hoặc giao tiếp riêng trên một mô đun, từ đó sử dụng các giao diện RS để truyền dữ liệu, thông tin, tín hiệu với tốc độ cao và đường truyền xa, nên giúp người điều khiển có thể điều khiển, giám sát,… nhiều thiết bị từ xa thông qua việc đọc mã vạch, hệ thống camera, thiết bị vận hành,… và PLC.

Mạng truyền thông nối tiếp dùng chuẩn giao tiếp RS232 sẽ cần thiết kế với một máy phát và một máy thu, đường cáp dài tối đa 15 mét. Còn với chuẩn giao tiếp nối tiếp RS 422 (1Tx, 10Rx) sẽ dùng đường truyền có chiều dài tối đa 500m và RS485 (32Tx, 32Rx) sẽ dùng đường truyền có chiều dài tối đa 200m.

   1.3.3   Mạng truyền thông DeviceNet

Hình 1. 3 Mạng truyền thông DEVICENET

Đây là mạng truyền thông công nghiệp bus hệ thống mở đã được phát triển theo công nghệ CAN, chuyên dụng để kết nối các thiết bị, máy tính cấp chấp hành (như công tắc, màn hình bảng điều khiển, cảm biến, đầu đọc mã vạch,..) với một bộ điều khiển cấp cao hơn (như PLC). Mạng phát triển trên hệ thống này có thể hỗ trợ tối đa 2048 thiết bị và 64 điểm kết nối.

Mạng truyền thông công nghiệp hình thức này có ưu điểm là có thể làm nguồn cấp để cấp trực tiếp với nhiều thiết bị chấp hành cùng lúc, nên giảm đáng kể các điểm kết nối vật lý, từ đó giảm chi phí đường dây hơn, vì có tích hợp tất cả các thiết bị trên cáp bốn dây nguồn cấp và dữ liệu.

Nên mạng truyền thông này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp như ô tô, bán dẫn, dầu khí,…

   1.3.4   Mạng truyền thông Profibus

Hình 1. 4 Mạng Truyền thông PROFIBUS

Profibus là một mạng truyền thông công nghiệp dạng mở được sử dụng rất phổ biến hiện nay, đặc biệt sử dụng nhiều trong lĩnh vực tự động hóa quá trình và tự động hóa quy mô sản xuất, đặc biệt phù hợp với các nhiệm vụ giao tiếp phức tạp, cần đảm bảo an toàn, bảo mật và nhanh chóng.

Profibus hiện nay có 3 phiên bản khác nhau được sử dụng phổ biến là:

• Profibus-DP (phân cấp ngoại vi): Được sử dụng nhiều trong hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần.
• Profibus-PA (tự động hóa quy trình): Được dùng riêng cho các ứng dụng tại hiện trường, nơi hệ thống điều khiển và dụng cụ đo cần giao tiếp.
• Profibus-FMS (đặc tả thông điệp Fieldbus): Hỗ trợ việc giao tiếp trên các hệ thống tự động hóa.

   1.3.5   Mạng truyền thông HART

HART là một mạng truyền thông công nghiệp điều khiển quá trình mở, có hỗ trợ truyền tín hiệu, thông tin kỹ thuật số trên đường truyền tín hiệu 4-20mA, từ đó cho phép giao tiếp kỹ thuật số cả hai chiều cùng một lúc trên cùng một hệ thống dây truyền.

Do đó mạng truyền thông công nghiệp HART còn được gọi là mạng lai, thông tin, tín hiệu số truyền qua mạng gọi là tín hiệu HART. Mạng này thường sử dụng trong các ứng dụng SCADA.

Mạng truyền thông công nghiệp HART có thể hoạt động ở chế độ đa điểm hoặc điểm nối điểm theo đặc điểm như sau:

Mạng truyền thông HART đa điểm nhằm kết nối các thiết bị được đặt cách xa nhau là các thiết bị trường thông minh đa biến, và được sử dụngrất rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp hiện đại ngày nay

Mạng truyền thông HART chế độ điểm nối điểm, thì dùng dòng tín hiệu 4-20mA để điều khiển quá trình trong khi tín hiệu HART vẫn không bị ảnh hưởng.

   1.3.6   Tính cấp thiết của đề tài

Ngày nay, truyền thông trong các hệ thống đang dần chiếm ưu thế. Trong lĩnh vực biến tần, việc truyền thông giữa các PLC đang dần trở thành tiêu chuẩn kết nối của hệ thống bởi nó giảm thiểu độ phức tạp của sơ đồ kết nối giữa các PLC trong cùng một hệ thống nhưng vẫn đảm bảo thông tin cho hoạt động của các PLC. Điều khiển truyền thông cho các PLC có thể thực hiện thông qua các mạng Profibus, CAN, MOSBUS, Ethernet… Nhưng đối với các ứng dụng nhỏ thì việc thiết kế một mạng Ethernet sẽ cho hiệu quả kinh tế cao nhất do có thể sử dụng các thiết bị phổ biến hiện nay. Ngoài ra, mạng Ethernet cho phép truyền tải được lượng thông tin và số điểm kết nối lớn vượt hơn hẳn so với các mạng truyền thông khác.

 Làm việc trong môi trường yêu cầu cao về nghiên cứu, việc tiếp cận đến các lĩnh vực điều khiển mới để nâng cao chất lượng, đưa ra những giải pháp điều khiển, xây dựng các mô hình minh chứng lý thuyết và bài toán thực tế, chúng em đã lựa chọn đề tài “Xây dựng hệ thống truyền thông PLC s7-1200 thông qua mạng ethernet”

Hình 1. 5 Mô hình truyền thông S7-1200

Mục đích nghiên cứu: nghiên cứu về phương pháp, cách thức làm truyền thông với biến tần PLC qua mạng Ethernet. nhằm mục đích liên kết, ghép nối các máy tính, thiết bị công nghiệp với nhau thành một thể thống nhất, để chúng có thể giao tiếp, truyền dữ liệu, theo một mạng lưới, hệ thống đồng nhất hoặc có sự phân cấp để dễ dàng đảm bảo tính an toàn, bảo mật và có sự kiểm soát chặt chẽ. Từ đó đưa xây mạng truyền thông giữa nhiều PLC bằng Ethernet.

   1.3.7   plc s7-1200

Bộ điều khiển khả trình (PLC) S7-1200 mang lại tính linh hoạt và sức mạnh để điều khiển nhiều thiết bị đa dạng hỗ trợ các yêu cầu về điều khiển tự động. Sự kết hợp giữa thiết kế thu gọn, cấu hình linh hoạt và tập lệnh mạnh mẽ đã khiến cho S7-1200 trở thành một giải pháp hoàn hảo dành cho việc điều khiển nhiều ứng dụng đa dạng khác nhau.

 Kết hợp một bộ vi xử lý, một bộ nguồn tích hợp, các mạch ngõ vào và mạch ngõ ra trong một kết cấu thu gọn, CPU trong S7-1200 đã tạo ra một PLC mạnh mẽ. Sau khi người dùng tải xuống một chương trình, CPU sẽ chứa mạch logic được yêu cầu để giám sát và điều khiển các thiết bị nằm trong ứng dụng. CPU giám sát các ngõ vào và làm thay đổi ngõ ra theo logic của chương trình người dùng, có thể bao gồm các hoạt động như logic Boolean, việc đếm, định thì, các phép toán phức hợp và việc truyền thông với các thiết bị thông minh khác.

 Một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ việc truy xuất đến cả CPU và chương trình điều khiển:

• Mỗi CPU cung cấp một sự bảo vệ bằng mật khẩu cho phép người dùng cấu hình việc truy xuất các chức năng của CPU.
• Người dùng có thể sử dụng chức năng “know-how protection” để ẩn mã nằm trong một khối xác định.
• CPU cung cấp một cổng PROFINET để giao tiếp qua một mạng PROFINET. Các module truyền thông là có sẵn dành cho việc giao tiếp qua các mạng RS232 hay RS485.
• Các kiểu CPU khác nhau cung cấp một sự đa dạng các tính năng và dung lượng giúp cho người dùng tạo ra các giải pháp có hiệu quả cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Hình 1. 6: CPU S7-1200

   1.3.8   Khả năng truyền thông qua mạng Ethernet của PLC S7-1200:

Một mạng truyền thông được thiết lập bởi 2 thành phần truyền thông để ổn định mạng. Một kết nối được định nghĩa gồm:

• Các thiết bị truyền thông
• Kiểu kết nối (Ví dụ như 1 PLC, HMI hay các thiết bị kết nối mạng)
• Các thành phần của mạng

Các thiết bị truyền thông thực hiện các cài đặt (instruction) để thiết lập kết nối truyền thông. Ta có thể sử dụng các tham số để chỉ rõ các điểm cuối của mạng truyền thông. Sau khi kết nối được thiết lập và ổn định, nó sẽ tự duy trì và giám sát bởi CPU.

Hình 1. 7: Truyền thông trực tiếp giữa 2 thiết bị qua mạng Ethernet

Nếu kết nối bị ngắt (ví dụ như, đường truyền bị đứt) thì các thiết bị củ động của mạng (Active partner) sẽ thực hiện tái ổn định lại đường truyền. Do đó, ta không cần phải thiết lập lại truyền thông cho mạng này.

Một CPU S7-1200 có khả năng truyền thông với các thiết bị CPU khác,với các thiết bị lập trình, với màn hình công nghiệp HMI và với các thiết bị không phải của Siemens nhưng sử dụng giao thức truyền thông TCP.

Cổng Profinet trên các CPU 1211C, 1212C và 1214C không có thiết bị chuyển mạch Ethernet Switching. Nếu ta chỉ thực hiện một kết nối trực tiếp giữa 1 thiết bị lập trình hay 1 HMI tới 1 CPU thì mạng không yêu cầu phải có thiết bị chuyển mạch Ethernet Switching. Tuy nhiên, nếu trong mạng có nhiều hơn 2 CPU hay màn hình HMI thì cần phải có thêm các thiết bị chuyển mạch Ethernet Switching cho mạng này.

Hình 1. 8: Truyền thông nhiều thiết bị trong PLC mạng Ethernet

 

Riêng CPU1215C có sắn 2 cổng Ethernet Switching nên có thể sử dụng nó để truyền thông với các CPU S7-1200 mà không cần sử dụng Ethernet Switching, Tuy nhiên, ta cũng có thể gắn thêm các chuyển mạch CSM1277 4- port Ethernet Switching để kết nối nhiều CPU và màn hình HMI trong mạng.

   1.3.9   biến tần fr D700 :

Hình 1. 9 biến tần FR -D700

Biến tần Fr-D700 là dòng biến tần được sản xuất bởi hãng Mitsubishi của Nhật Bản. Thích hợp dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói, máy công cụ, máy ép,… Đây là dòng biến tần có thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian lắp đặt, thân thiện với môi trường.

– Đặc tính:

+ Dòng Fr-D700 có điện áp 220V, công suất từ 0,1 – 7,5 kW

Chế độ điều khiển V/F và điều khiển véc tơ từ thông nâng cao, giúp hiệu suất điều khiển cao nhất có thể.

+ Khả năng mở rộng các chân điều khiển và truyền thông

+ Chức năng nâng cao đáp ứng cho tất cả các ứng dụng

Những tính năng nổi bật cùa biến tần Mitsubishi D700 Biến tần hiệu suất cao nhất với kích thước nhỏ gọn:

+ Moment xoán cao đạt 200% ở 0.5Hz, được điều khiển vector từ thông nâng cao ( Với công suất 3.7Kw trở xuống.

+ Đối với công suất từ 5.5Kw đến 15Kw moment xoán đạt 150% tại 0.5Hz

+ Moment xoán cao là lý tưởng cho các ứng dụng nâng hạ ở tốc độ thấp như thang máy, cẩu trục, tời, băng tải,…

+ Công suất chịu quá tải trong thời gian ngắn được tăng lên 200% trong 3s

+ Dễ dàng cài đặt với bàn phím xoay của Mitsubishi

+ Card terminal đầu cuối dễ dàng tháo lắp và thay thế với card tiêu chuẩn

+ Tùy chọn lắp thêm bộ lọc tiếng ồn EMC theo tiêu chuẩn (EN61800-3)

+ Terminal đấu dây dạng lò xo, nâng cao độ tin cậy và dễ dàng đấu nối.

+ Chức năng dừng khẩn cấp an toàn, phù hợp tiêu chuẩn Châu Âu

+ Tích hợp nhiều giao thức truyền thông như MUDBUS RTU, RS485, CC-Link, PROFIBUS-DP, DeviceNet™, LONWORKS®, EtherCAT® (optional card).

+ Kích thước biến tần nhỏ gọn, nhưng hiệu suất cao, lắp đặt side by side với điều kiện nhiệt độ môi trường từ 40 độ C trở xuống.

+ Tiết kiệm năng lượng cho quạt và bơm bằng việc tối ưu hóa điều khiển và chọn tải phù hợp. Chức năng dừng giảm tốc mất điện / tiếp tục vận hành ở khi mất điện tức thời trong 1 thời gian ngắn.

-        Cách cài đặt biến tần Mitsubishi D700: Sơ đồ đấu dây:

Hình 1. 10 Sơ đồ đấu dây cơ bản biến tần Mitsubishi D700

-        Chức năng cơ bản của Biến tần Mitsubishi:

Hình 1. 11Chức năng cơ bản

-        Nhóm chức năng ngõ vào:

+ Nếu sử dụng các loại biến tần Mitsubishi cũ, để cài đặt về thông số mặc định của nhà sản xuất ta cài ALLC = 1.

Hình 1. 12chức năng ngõ vào

-        Chức năng cho các chân ngõ ra:

Nhiều chức năng khác có thể lựa chọn, vui lòng xem chi tiết ở sổ tay cài đặt biến tần Mitsubishi E700.

Hình 1. 13 chức năng ngõ ra

CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG MÔ HÌNH CƠ KHÍ

     2.1.      Nhiệm vụ:

• Nâng cấp sữa chữa thiết bị của mô hình kit thục hành PLC: xilanh, cảm biến, thiết bị truyền thông,thay thế các thiết bị hư hỏng cũa kit.
• Khắc phục các hạng chế của mô hình.

     2.2.      Thiết bị nâng cấp ,cải tiến :

             2.2.1   Module  CM 1214 RS422/485:

 Công dụng: Giúp truyền thông giữa 2 thiết bị là PLC và biến tần

Là module giao tiếp CM 1241 thuộc dòng SIMATIC S7-1200, giúp trao đổi dữ liệu nối tiếp nhanh chóng, cho hiệu suất cao thông qua dạng kết nối point-to-point từ điểm đến điểm. Cụ thể như:

• Hệ thống tự động hóa SIMATIC S7 và hệ thống của nhiều nhà sản xuất khác
• Máy in
• Điều khiển robot
• Modem
• Máy quét
• Đầu đọc mã vạch, v.v.

Module giao tiếp CM1241 có các giao thức đã triển khai như: ASCII, giao thức ổ đĩa USS, Modbus RTU, 3964(R). Đồng thời, có thể tải được cả các giao thức bổ sung và tham số hóa đơn giản với STEP 7 Basic.

Hình 2. 1 MODULE 1214 RS485

Các giao thức tiêu chuẩn sau đây có sẵn trên các Module Communication CM 1241:

Bảng mã ASCII:Để giao tiếp với các hệ thống của bên thứ ba bằng các giao thức truyền đơn giản, ví dụ như các giao thức có ký tự bắt đầu và kết thúc hoặc với các ký tự kiểm tra khối.

Giao diện có tín hiệu kết nối có thể được gọi và điều khiển thông qua chương trình người dùng.

Modbus: Để liên lạc theo giao thức Modbus với định dạng RTU:

Modbus Master: Mô hình giao tiếp Master-Slave với SIMATIC S7 với vai trò là Master.

Modbus Slave: Mô hình giao tiếp Master-Slave với SIMATIC S7 với vai trò là Slave. Khi đó, không thể có dữ liệu tin nhắn từ slave đến slave.

Giao thức ổ đĩa USS: Hướng dẫn cho kết nối các ổ đĩa giao thức USS được hỗ trợ đặc biệt. Trong trường hợp này, các ổ đĩa trao đổi dữ liệu qua RS485. Sau đó, có thể điều khiển các ổ đĩa này và đọc và ghi các tham số.

Tham số hóa: Tham số hóa mô-đun truyền thông CM 1241 đặc biệt thân thiện với người dùng và đơn giản với hướng dẫn STEP 7 Basic. Nhờ đó, người dùng có thể chỉ định các đặc điểm của mô-đun thông qua môi trường tham số hóa được tích hợp trong hướng dẫn STEP 7 Basic.

             2.2.2   Truyền thông ethernet switch

Hình 2. 2Ethernet Switch

• Công dụng: giúp kết nối mạng (internet), nhận và truyền dữ liệu từ thiết bị này sang thiết bị khác, có tốc độ truyền dữ liệu nhanh cùng với độ bảo mật và độ tin cậy cao.
• Switch chia làm 5 cổng mạng athernet, bộ chia mạng 4 cổng gắn rail TXE 173 công nghiệp.

Hình 2. 3 cổng Athernet

             2.2.3   Xy lanh giảm chấn tác động kép

Công dụng:Giúp chuyển hóa năng lượng của khí nén thành động năng, tác dụng làm piston của xi lanh chuyển động, thông qua đó truyền động đến thiết bị hoạt động, ngoài ra xilanh này còn có tính năng giảm chấn giúp giảm tiến ào khi piston chuyển động.

Nguyên lý hoạt động: Khi ta nạp khí piston trong xi lanh chuyển động qua lại để chuyển hóa năng lượng. Sự chuyển động này liên tục hoặc thành đợt mà không cần sự can thiệp của bất kì yếu tố nào. Tần suất chuyển động của piston được điều chỉnh để kiểm soát năng lượng đầu ra trong hệ thống. Để thực hiện chức năng của mình, xy lanh khí nén truyền một phần năng lượng bằng cách chuyển năng lượng tiềm năng của khí nén thành động năng. Điều này đạt được bởi khí nén có khả năng nở rộng, không cần năng lượng khác tác động. Tự nó biến đổi do áp lực được thiết lập bởi khí nén đang ở áp suất lớn hơn áp suất khí quyển.

Một khi được kích hoạt, không khí nén vào trong ống ở một đầu của piston và do đó, truyền tải lực trên piston. Sau đó, piston sẽ di chuyển nhờ khí nén.

 

Hình 2. 4 Xylanh giảm chấn tác động kép

Hình 2. 5 : Xylanh tác động kép

Ưu điểm cải tiến là : giảm chấn, giảm tiến ồn khi vận hành xi lanh, thời gian sử dụng lâu dài.

             2.2.4   Van tiết lưu khí nén M4

Hình 2. 6 Van tiết lưu khí nén M4

Cộng dụng: dùng để chỉnh lưu lượng theo 1 chiều, ngăn không điều chỉnh ở chiều ngược lại. Sử dụng loại van này rất đơn giản, trên núm vặn sẽ thể hiện hướng vặn.

• Kết cấu nhỏ gọn, đơn giản thuận tiện cho việc sửa chữa, lắp đặt
• Giá thành khá rẻ, phổ biến rộng rãi trên thị trường
• Chuẩn hóa được các mức lưu lượng, thuận tiện cho việc bàn giao thiết bị
• Điều chỉnh lưu lượng một cách chính xác, tốc độ phản ứng nhanh
• Có thể điều khiển tốc độ xylanh một chiều một cách nhanh chóng
• Làm giảm tốc độ dòng chảy của chất lỏng như: nước, dầu,…
• Độ bền, tuổi thọ của van lưu tiết một chiều cao
• Khả năng chống chịu lớn. Tuy nhiên không nên sử dụng van ở các điều kiện môi trường vượt quá mức khuyến nghị của hãng.

Ưu điểm của cải tiến là : điều chỉnh được lưu lượng vận hành khí xi lanh.

 

             2.2.5  

Cảm biến từ xylanh 2 dây cảm biến hành trình

Hình 2. 7 Cảm biến từ xylanh 2 dây

Công dụng:biến và chuyển đổi tín hiệu của cần xi lanh thành tín hiệu điện

-        Cảm biến từ xi lanh AIRTAC CS1-U chuyên dùng cho các loại xi lanh khí nén. Điện áp sử dụng: 5 ~ 240V AC/DC. Nhiệt độ : -10~70^oC

-        Nhỏ gọn, dễ gắn và tháo lắp, giá thành rẽ

-        Nhận và chuyển đổi tín hiệu tốt

             2.2.6   Cảm biến từ xylanh 3 dây cảm biến hành trình

Hình 2. 8 Cảm biến từ xylanh 3 dây

Công dụng:dùng để cảm biến từ trường trên thân xi lanh khí nén.Báo hành trình ra vào của xi lanh, hành trình quay theo góc của xi lanh xoay, dạng cảm biến này là cảm biến từ, nhận tín hiệu nam châm được tích hợp trong cái xi lanh của SMC.Kết nối theo kiểu PNP.

• Điện năng: 24VDC (10 tới 28 VDC)
• Dòng điện: từ 2.5 tới 40mA
• Dòng điện tiêu hao: 0.8 mA hoặc ít hơn
• Nhỏ gọn dễ tháo lắp, giá thành rẽ
• Nhận và chuyển đổi tín hiệu tốt
• Nhận và chuyển đổi tín hiệu tốt

     2.3.      Thiết kế thi công bản vẽ cơ khí

Chương 4 : Tổng kết

4.1 Sau quá trình thực hiện, đề tài đã đạt được các kết quả như sau:

 - Qua thời gian thực hiện đề tài Nghiên cứu về xây dựng mô hình truyền thông PLC S7-1200 sử dụng mạng Ethernet thì chúng ta đã hoàn thành và đưa ra được kết quả mong muốn là :

+      Cải tiến nâng cấp lại mô hình gồm : Xi lanh, cảm biến, thuyết bị truyền thông ,bố trí thiết bị hợp lý thẩm mỹ .

+      Nhóm em đã hoàn thành việc truyền thông PLC với PLC, PLC với biến tần thông qua các giao thức Modbus RTU và Modbus TCP/IP.

+      Tiến hành thực thi mô phỏng kiểm chứng lý thuyến trên mô hình mạng PLC S7-1200.

+      Hệ thống hoạt động tốt truyền dữ liệu giữa các giữa 2 PLC với biến tần nhanh chóng và chính xác.

+      Nhưng còn một phần mà nhóm em chưa thực hiện được là truyền thông PLC với nhiều biến tần.

Qua những ngày làm việc cùng nhau để tạo ra sản phẩm cuối cùng, nhóm chúng em đã có thêm nhiều kinh nghiệm trong việc thiết kế cơ khí, hệ thống điện, nâng cao được khả năng lập trình PLC. Bên cạnh đó phát triển được nhiều kỹ năng mềm như làm việc nhóm, giải quyết vấn đề và đưa ra được quyết định.

Chúng em được cảm ơn nhà trường cũng như thày Nguyễn Công Hoàng đã giảng dạy và tạo điều kiện cho chúng em có điều kiện để hoàn thành tốt đồ án của mình giúp chúng em có kỹ năng tốt khi ra trường . Chúng em xin cảm ơn.