T ổng quan về mạng công nghiệp Allen Bradley
Gi ới thiệu mạng truyền thông công nghiệp
Mạng truyền thông công nghiệp (MCN) là hệ thống mạng truyền thông số, cho phép kết nối các thiết bị công nghiệp thông qua việc truyền bit nối tiếp Hiện nay, các hệ thống truyền thông này hỗ trợ liên kết ở nhiều cấp độ khác nhau, từ cảm biến và cơ cấu chấp hành dưới cấp trường đến máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, và các máy tính cấp điều hành doanh nghiệp, giúp quản lý hiệu quả hơn trong sản xuất.
Sự khác biệt giữa hệ thống mạng truyền thông công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông, mạng máy tính chủ yếu nằm ở phạm vi và mục đích sử dụng, dẫn đến những yêu cầu kỹ thuật và kinh tế khác nhau Kiến trúc giao thức của mạng máy tính thường phức tạp hơn do cần kết nối nhiều nền tảng khác nhau và phục vụ nhiều ứng dụng đa dạng Ngược lại, trong các hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt ở các cấp độ thấp, các yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản và chi phí thấp luôn được ưu tiên hàng đầu.
1.1.2 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất
Cấu trúc đơn giản giúp tiết kiệm dây nối và giảm chi phí thiết kế lắp đặt hệ thống Việc thay thế nhiều cáp truyền bằng một đường duy nhất không chỉ làm cho quá trình thiết kế trở nên dễ dàng hơn mà còn giảm đáng kể chi phí nguyên vật liệu và công lắp đặt.
Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin là một ưu điểm quan trọng của kỹ thuật truyền thông số Phương pháp truyền liệu cổ điển dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, làm thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị không thể nhận biết Trong khi đó, truyền thông số không chỉ giảm thiểu sai lệch thông tin mà còn cho phép các thiết bị mạng tự phát hiện và chẩn đoán lỗi Hơn nữa, việc giảm thiểu các chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số giúp nâng cao độ chính xác của thông tin truyền đi.
Nâng cao độ linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế cho phép sử dụng thiết bị từ nhiều nhà sản xuất khác nhau, đồng thời dễ dàng thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng Khả năng tương tác giữa các thành phần phần cứng và phần mềm được cải thiện nhờ các giao diện chuẩn Việc tham số hóa, chẩn đoán và định vị lỗi của thiết bị trở nên đơn giản và tiện lợi hơn, khi các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu quá trình, dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và chẩn đoán qua một đường truyền duy nhất Hơn nữa, các thiết bị có thể tích hợp khả năng tự chẩn đoán, và các trạm trong mạng có thể cảnh báo lẫn nhau, cho phép cấu hình, lập trình và đưa vào vận hành từ xa qua một trạm kỹ thuật trung tâm.
Hệ thống truyền thông công nghiệp mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới, cho phép triển khai các kiến trúc điều khiển hiện đại như điều khiển phân tán, giám sát từ xa và chẩn đoán lỗi qua Internet Điều này giúp tích hợp thông tin giữa hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin quản lý sản xuất và công ty, nâng cao hiệu quả vận hành.
1.1.3 Phân loại và đặc trưng của hệ thống mạng công nghiệp Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp sản xuất như được minh họa trên Hình 1.1
Hệ thống truyền thông được chia thành bốn cấp tương ứng với năm cấp chức năng Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống, thuật ngữ "bus" thường được sử dụng thay cho "mạng" vì hầu hết các hệ thống mạng ở cấp này có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu bus.
Hình 1.1 Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp
Bus trường, bus thiết bị
Bus trường (fieldbus) là hệ thống bus nối tiếp sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị điều khiển như PC, PLC với các thiết bị chấp hành và thiết bị trường Chức năng chính của các thiết bị chấp hành bao gồm đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu khi cần thiết Các thiết bị có khả năng nối mạng bao gồm vào/ra phân tán, cảm biến, transducer, transmitter và cơ cấu chấp hành như actuator và valve, tất cả đều tích hợp khả năng xử lý truyền thông Một số kiểu bus trường được thiết kế đặc biệt để kết nối cảm biến và cơ cấu chấp hành với bộ điều khiển, thường được gọi là bus chấp hành/cảm biến.
Trong ngành công nghiệp chế tạo, đặc biệt là trong tự động hóa dây chuyền sản xuất, gia công và lắp ráp, khái niệm bus thiết bị ngày càng trở nên phổ biến, tương tự như trong tự động hóa tòa nhà và sản xuất xe hơi Mặc dù bus thiết bị và bus trường có chức năng tương đương, nhưng do đặc thù riêng của từng ngành, một số tính năng của chúng có sự khác biệt Tuy nhiên, sự khác biệt này đang dần mờ nhạt khi phạm vi ứng dụng của cả hai loại ngày càng được mở rộng và giao thoa Trên thực tế, nhiều người cũng sử dụng chung khái niệm bus trường để chỉ cả hai loại bus này.
Bus trường đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tải dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển và gửi quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, do đó tính năng thời gian thực là yêu cầu hàng đầu Thời gian phản ứng thường dao động từ 0,1 đến vài miligiây, trong khi lượng thông tin trong một bức điện chỉ giới hạn ở vài byte, dẫn đến tốc độ truyền thông cần thiết thường chỉ ở mức Mbit/s hoặc thấp hơn Thông tin trao đổi về các biến quá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ và tuần hoàn, bên cạnh các thông tin tham số hóa hoặc cảnh báo bất thường.
Các hệ thống bus trường phổ biến hiện nay bao gồm PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus và Foundation Fieldbus Ngoài ra, DeviceNet, AS-i, EIB và Bitbus cũng là những hệ thống bus cảm biến/chấp hành tiêu biểu trong lĩnh vực tự động hóa.
Bus hệ thống, bus điều khiển
Các hệ thống mạng công nghiệp, hay còn gọi là bus hệ thống (system bus) và bus quá trình (process bus), được sử dụng để kết nối các máy tính điều khiển và máy tính giám sát trong lĩnh vực điều khiển quá trình Qua bus hệ thống, các máy tính điều khiển có khả năng phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát, cũng như nhận lệnh và tham số điều khiển từ các trạm cấp cao hơn Thông tin được trao đổi không chỉ theo chiều dọc mà còn theo chiều ngang giữa các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và trạm chủ Hệ thống này cũng cho phép kết nối các máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu Tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, yêu cầu về tính năng thời gian thực có thể khác nhau, với thời gian phản ứng thường trong khoảng vài trăm miligiây và lưu lượng thông tin lớn hơn nhiều so với bus trường, trong khi tốc độ truyền thông của bus hệ thống dao động từ vài trăm Kbit/s đến vài Mbit/s.
Khi bus hệ thống chỉ được sử dụng để kết nối ngang giữa các máy tính điều khiển, nó được gọi là bus điều khiển Bus điều khiển có vai trò quan trọng trong việc trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trong hệ thống phân tán Mặc dù bus điều khiển thường có tốc độ truyền không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực lại rất khắt khe.
Các phương thức truyền sử dụng trong đề tài
Truyền thông Netlinx kết hợp các thiết bị trong mạng để cung cấp gói thông tin liền mạch và kiểm soát dữ liệu hiệu quả Tất cả các mạng trong Netlinx sử dụng mô hình Producer/Consumer và tuân thủ các tiêu chuẩn mở để trao đổi dữ liệu.
NetLinx gồm 3 loại mạng: EtherNet/IP (đường màu xanh lá), ControlNet (đường màu xanh dương), DeviceNet (đường màu đỏ)
Dưới Đây là mô hình truyền thông Netlinx
Hình 1.4 Mạng truyền thông Netlink
DeviceNet là hệ thống bus do Allen-Bradley phát triển, dựa trên công nghệ CAN, nhằm kết nối các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành.
DeviceNet không chỉ là chuẩn giao thức cho lớp ứng dụng của CAN, mà còn cung cấp các chi tiết về lớp vật lý và các phương thức giao tiếp như Peer-to-Peer và Master/Slave Cấu trúc mạng của DeviceNet bao gồm đường trục và đường nhánh, với chiều dài đường nhánh tối đa là 6 m Mạng này hỗ trợ ba tốc độ truyền là 125 kbit/s, 250 kbit/s và 500 kbit/s, tương ứng với chiều dài tối đa của đường trục lần lượt là 500 m, 250 m và 100 m.
Mạng DeviceNet cho phép kết nối tối đa 64 trạm, với mỗi trạm được gán một địa chỉ duy nhất từ 0-63, gọi là MAC-ID Khác với CAN, việc thêm hoặc loại bỏ trạm có thể thực hiện ngay cả khi mạng vẫn đang hoạt động.
Mạng DeviceNet hoạt động theo mô hình nhà sản xuất/người tiêu dùng, cho phép giao tiếp hiệu quả trong các bài toán điều khiển Mô hình này hỗ trợ nhiều hình thức giao tiếp, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và quản lý thiết bị.
• Điều khiển theo sự kiện: Một thiết bị chĩ gửí dữ liệu mỗi khi dữ liệu có thay đổi
• Điều khiển theo thời gian: Một thiết bị có thể gửi dữ lỉệu một cách tuần hoàn theo chu kỳ do người sử dụng đặt
• Gửi đồng loạt: Thông báo được gửi đồng thời tớỉ tất cả hoặc một nhóm các thiết bị
• Hỏi tuần tự: Phương pháp cổ điển cho các hệ thống có cấu hình chủ/tớ (một trạm chủ) a) Ưu điểm của mạng DeviceNet
• Là một giải pháp mạng hiệu quả với các thiết bị đơn giản
• Trực tiếp kết nối của các thiết bị cấp thấp
• Có khả năng truyền dữ liệu theo kiểu Master-Slave hay điểm-điểm
• Cung cấp kiểu Producer/Consumer trên một mạng đơn
• Đỡ tốn dây hơn với cách mắc truyền thống
• Cho phép liên kết với 64 nút
• Tốc độ truyền từ 125-500Kbps b) Cấu trúc vật lý trong DeviceNet
DeviceNet là một mạng truyền thông có cấu trúc dạng đường trục và đường nhánh, với chiều dài tối đa của đường trục lên đến 500m, được kết thúc bằng trở đầu cuối 120 Ohm, 0.25W Các đường nhánh, có chiều dài tối đa 6m, được sử dụng để kết nối các nút mạng với đường trục chính Hệ thống này hỗ trợ ghép nối tối đa 64 trạm, mang lại hiệu quả cho việc quản lý và truyền tải dữ liệu trong mạng.
Hình 1.5 Mô hình một mạng DeviceNet.
DeviceNet chỉ sử dụng một sợi dây cáp Dây này vừa là dây nguồn vừa là dây truyền dữ liệu
Trở đầu cuối đóng vai trò quan trọng trong việc đánh dấu điểm kết thúc của mạng DeviceNet, cho phép kết nối tối đa 64 trạm Tuy nhiên, thực tế số trạm thường ít hơn nhiều Nếu không có trở đầu cuối, bộ xử lý sẽ quét toàn bộ 64 trạm, dẫn đến lãng phí thời gian Để khắc phục tình trạng này, việc lắp đặt trở đầu cuối giúp bộ xử lý nhận diện điểm kết thúc và quay lại quét từ đầu, nâng cao hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Về kỹ thuật truyền dẫn, DeviceNet không quy định cụ thể về chuẩn truyền và môi trường truyền thông, tương tự như Can Trong thực tế, cáp dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 và cáp quang được sử dụng phổ biến trong hệ thống cáp của DeviceNet.
Bảng 1.1 Bảng quy định màu và chức năng của từng sợi
Dây màu Tín hiệu Cáp tròn Cáp dẹt
Trắng CAN_H DN tín hiệu Tín hiệu DN
Xanh CAN_L DN tín hiệu DN tín hiệu
Dây trần Dòng máng Bảo vệ Không sử dụng Đen V- Điện Điện Đỏ V- Điện Điện
DeviceNet sử dụng một sợi cáp duy nhất, vừa làm dây nguồn vừa là dây truyền dữ liệu Loại cáp này thường có 5 sợi: hai dây cấp nguồn một chiều, hai dây truyền dữ liệu và một dây drain.
Hình 1.6 Cấu trúc bên trong của cáp
Có 4 loại cáp tiêu chuẩn là: Cáp dày, trung bình, mỏng và phẳng Tuy nhiên loại cáp thường được sử dụng là cáp dày cho đường truyền dài và cáp mỏng cho đường truyền ngắn
Tốc độ truyền cũng phụ thuộc vào khoảng cách giữa 2 điểm xa nhất trong mạng hoặc tổng các mạch nhánh thì khoảng cách càng xa tốc độ càng giảm
Bảng 1.2 Mối quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài của cáp
Tốc độ truyền 125 Kbps 250 Kbps 500 Kbps
Chiều dài tối đa của cáp chính thân dày 500 m 250 m 100 m Chiều dài tối đa của cáp chinh thân mỏng 100 m 100 m 100 m
Chiều dài tối đa của cáp nhánh là 6 m hoặc 7 m, với ba loại đầu nối cơ bản: Mở, mini-sealed và micro-sealed Việc lựa chọn cách ghép nối phù hợp sẽ phụ thuộc vào ứng dụng và đặc tính của thiết bị.
Hình 1.7 Mini-sealed connector và Micro-sealed connector
- Ngoài ra còn có các thiết bị khác như là DevicePort, DeviceBox dùng đề kết nối giữa những cáp nhánh với cáp chính, giữa cáp chính với cáp chính
- DeviceBox Tap: Chỉ sử dụng cho các thiết bị tương thích với mạng DeviceNet, kết nối từ 4 đến 8 thiết bị
ControlNet is a member of the Common Industrial Protocol (CIP) family, developed by Rockwell Automation and currently managed by the ControlNet International User Organization This communication network is widely used for real-time applications within Rockwell Automation technology and is certified by the ControlNet International User Organization.
ControlNet được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn EN 50170 của Châu Âu, sử dụng cáp xoắn với tốc độ truyền đạt 5 Mbit/s Phương pháp truy cập phương tiện tối ưu hóa mô hình sản xuất và tiêu dùng, cho phép các bộ điều khiển quản lý I/O trên cùng một đường dây.
Khả năng truyền dữ liệu này tăng cường hiệu năng I/O và giao tiếp ngang hàng trong bất kỳ hệ thống nào hoặc ứng dụng
ControlNet nổi bật với hệ thống cáp và khả năng truyền thông được thiết kế chính xác và bảo mật cao, khác biệt so với các mạng khác Lớp vật lý và lớp mạng cơ bản của ControlNet không sử dụng các gói dữ liệu Rockwell Automation cung cấp phần mềm chuyên dụng để phân tích quá trình truyền thông trên mạng ControlNet.
Mạng ControlNet cung cấp tốc độ truyền dữ liệu cao, tùy thuộc vào loại module sử dụng, và là kết nối chủ chốt cho ControlLogix, PLC-5, cùng với phần cứng giám sát và giao tiếp trong hệ thống điều khiển phân phối.
T ổng kết về mạng
Chương 1 cung cấp cái nhìn tổng quan về mạng truyền thông trong công nghiệp, nhấn mạnh tầm quan trọng của các cấu trúc điều khiển ở các cấp độ khác nhau như cấp trường, cấp điều khiển và cấp điều khiển giám sát Qua đó, chúng ta hiểu nguyên tắc hoạt động của mạng truyền thông cơ bản để phân tích yêu cầu đồ án Tiếp theo, bài viết sẽ đi sâu vào ba mạng chính: DeviceNet, ControlNet và EtherNet/IP Mỗi mạng được lựa chọn dựa trên cấu trúc vật lý, tốc độ và khoảng cách truyền dẫn, nhằm tối ưu hóa ưu nhược điểm của từng mạng: DeviceNet cho cấp trường (đo lường, truyền động), ControlNet cho cấp điều khiển (điều chỉnh, bảo vệ) và EtherNet cho cấp điều khiển giám sát (giám sát, vận hành).
Kiến thức đã tìm hiểu sẽ là cơ sở để khám phá sâu hơn về bảng thí nghiệm của Allen Bradley, bao gồm các PLC, các module truyền thông chính cho từng mạng, và phương pháp kết nối giữa các thiết bị nhằm đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho hệ thống.
Tìm hi ểu hệ thống truyền thông của bảng thí nghiệm
Các thi ết bị sử dụng trong mạng
PLC (Bộ điều khiển Logic có thể lập trình) là thiết bị điều khiển đa năng phổ biến trong công nghiệp, cho phép điều khiển hệ thống theo chương trình do người sử dụng viết Nhờ vào khả năng lập trình, PLC có thể điều khiển nhiều loại máy móc khác nhau chỉ bằng cách thay đổi chương trình và cách kết nối Việc thay đổi quy luật hoạt động của máy móc hay hệ thống sản xuất cũng trở nên đơn giản thông qua việc cập nhật chương trình điều khiển PLC có khả năng điều khiển đa dạng các thiết bị như máy bơm, máy cắt, máy khoan, lò nhiệt, cũng như các hệ thống phức tạp như băng tải, hệ thống chuyển mạch tự động (ATS), thang máy và dây chuyền sản xuất.
2.1.1 ControlLogix 1756 và các module truyền thông
Hình 2.1 Bộ điều khiển ControlLogix
Bộ điều khiển ControlLogix là giải pháp mạnh mẽ cho các ứng dụng điều khiển quá trình, tuần tự và truyền động Với khả năng kết hợp linh hoạt nhiều bộ điều khiển, module truyền thông và module I/O, hệ thống này không chỉ hiệu quả mà còn tiết kiệm chi phí.
Bộ điều khiển ControlLogix có thể được lắp đặt vào bất kỳ khe nào trong khung ControlLogix I/O, cho phép nhiều bộ điều khiển cùng hoạt động trong một khung Các bộ điều khiển này giao tiếp với nhau qua mạch nền (backplane) nhưng vẫn hoạt động độc lập.
Bộ điều khiển ControlLogix có khả năng giám sát và điều khiển các đầu vào ra I/O thông qua backplane hoặc liên kết I/O Nó cũng hỗ trợ giao tiếp qua các mạng như EtherNet/IP, ControlNet và DeviceNet.
Để đảm bảo khả năng giao tiếp cho bộ điều khiển ControlLogix, cần lắp đặt các module giao diện tương ứng vào khung, bao gồm DH+, Remote I/O, và RS-232-C (DF1/DH-485 protocol) cùng nhiều thiết bị mạng khác.
- Bộ nhớ trong 2MB, Bộ nhớ I/O: 478KB (L61) – 980KB (L71)
- Phần mềm lập trình: RSLogix 5000 Enterprise Series
- Các ngôn ngữ lập trình: Relay ladder, Function block diagram, Structured text, Sequential function block
- Các cổng truyền thông: 1 EtherNet/IP port và 1 RS-232 serial port
- Các lựa chọn truyền thông: EtherNet/IP, ControlNet, DeviceNet, Data Highway Plus, Remote I/O, SynchLink
- Giao tiếp nối tiếp: ASCII, DF1 full/half-duplex, DF1 radio modem, DH-485, Modbus via logic
- Khả năng mở rộng: 16 modules 1769
- Cơ chế giao tiếp: Hỏi đáp tuần tự
- Tốc độ vòng quét: Đối với các module số và tương tự
- Số lượng kết nối tối đa: 250 (L61) – 500 (L71)
- Đầu vào/ra số lớn nhất: 128000
- Đầu vào/ra tương tự lớn nhất: 4000
Các loại Nguồn cơ bản: 1756-PA72, 1756-PB72, 1756-PA75, 1756-PB75, 1756- PC75, 1756-PH75; Các loại nguồn dành cho bộ điều khiển ControlLogix-XT: 1756- PBXT Các bộ nguồn dự phòng: 1756-PA75R, 1756-PB75R
Nguồn dành cho bộ điều khiển ControlLogix được sử dụng với khung 1756 để cung cấp điện áp 1.2V, 3.3V, 5V và 24V DC tới mạch nền của khung
Loại nguồn sử dụng ở phòng thí nghiệm là loại nguồn chuẩn 1756-PA75/B, được lắp ở ngoài cùng bên trái của khung, điện áp đầu vào 85265V AC, điện áp ra
120/240V AC, dải tần số 47-63 Hz, công suất đầu vào max 100VA/100W, công suất đầu ra max 75W; dòng điện khởi động max 20A
Hệ thống ControlLogix là một giải pháp tự động hóa modul được thiết kế với khung 1756 I/O, cho phép lắp đặt các module ở bất kỳ khe nào Tất cả các khung đều có khả năng ghép nối theo chiều ngang với mạch nền, giúp tăng cường khả năng giao tiếp tốc độ cao giữa các module.
- Loại khung đuợc dùng ở phòng thí nghiệm: 1756-A10 gồm 10 slot
The ControlLogix 1756-L61 features various communication modules, including Ethernet/IP, ControlNet, DeviceNet, Data Highway Plus, Remote I/O, Foundation Fieldbus, Serial, DH-485, and Synchlink In our laboratory, we utilize three specific modules: Ethernet/IP, ControlNet, and DeviceNet.
Hình 2.3 Module Ethernet/IP 1756 – EN2T Điều khiển các module I/O và drive thông qua mạng EtherNet/IP -Hoạt động như
1 adapter cho các I/O phân tán trên các liên kết EtherNet/IP từ xa Dẫn thông điệp tới các thiết bị mạng khác
- Điều khiển các module I/O và drive
- Cần 1 adapter cho các I/O 1756 phân tán trên các liên kết EtherNet/IP
- Tryền thông với các thiết bị EtherNet/IP khác
- Tạo cầu liên kết EtherNet/IP để truyền thông điệp tới các thiết bị trên mạng
Thông số : + Tốc độ truyền: 10/100 Mbps
+ Thời gian cập nhật: 2-100ms
+ Chiều dài cáp: 1000m với 2 thiết bị
250m với tối đa là 48 thiết bị
Số lượng Node tối đa là 99
+ Lượng tiêu thụ điện năng: 700mA - 5V DC, 10mA - 24V DC, 4.00W
Có 2 loại module ControlNet: 1756-CNB và 1756-CNBR Chữ “R” của module1 756-CNBR là viết tắt cho Redundant Media
Mô-đun giao diện Allen-Bradley 1756-CNBR sử dụng mạng ControlNet, cho phép truyền dữ liệu kiểm soát liên tục và hỗ trợ truyền tải dữ liệu không thời gian Với mạng DH-485, mô-đun này giúp gửi và nhận tin nhắn từ các bộ điều khiển khác, cho phép lập trình và giám sát từ xa qua Studio 5000 Hệ thống ControlLogix cho phép xác định số lượng kết nối của bộ điều khiển, trong khi chất lượng mô-đun có khả năng chống lại các vấn đề hiện tại, đáp ứng tốt nhu cầu mạng của bạn.
Mô-đun 1756-CNBR được thiết kế với nhiều thông số kỹ thuật nhằm nâng cao khả năng kết nối và tối ưu hóa hiệu suất cho hệ thống hiện tại của bạn.
• Mô-đun 1756-CNBR có tốc độ truyền thông là 5 Mbps bao gồm 40 48 kết nối giao tiếp Logix
• Thiết bị này có hỗ trợ tối đa 64 kết nối và 99 nút cho hiệu suất tối ưu
• Mô-đun này thể hiện mức hòa hiện tại ở mức 5.1V DC 970 mA và mức hiện tại ở 24V DC 1,7 mA
• Sản phẩm cũng cung cấp kết nối bổ sung với kết nối USB, từ USB đến bảng nối đa năng và USB đến ControlNet
Các mô-đun Allen-Bradley 1756-CNBR có thể hoạt động độc lập hoặc trong chế độ điều khiển dự phòng Để sử dụng độc lập, chỉ cần một mô-đun Trong khi đó, để thiết lập điều khiển dự phòng, cần hai khung điều khiển ControlLogix với các cặp mô-đun giống hệt nhau, được gọi là đối tác.
Module scanner có thể được sử dụng ở nhiều cách, phụ thuộc vào chế độ hoạt động Có 4 chế độ hoạt động : Null, Master, Slave, Dual
• Tốc độ truyền thông: 125 Kb / giây (tối đa 500 m), 250 Kb / giây (tối đa 250 m),
• Số lượng nút tối đa: 64
• Cổng: 1 DeviceNet, phích cắm tuyến tính 5 chân kiểu mở, 1 cổng USB
• Dải thiết bị hiện tại của DeviceNet: 11-25V DC
• Rút dòng điện tối đa của DeviceNet: 60 mA
• Hiện tại rút ra: 850 mA - 5.1V DC; 3 mA - 24V DC
Vị trí mô-đun có thể được đặt ở bất kỳ vị trí nào trong Khung điều khiển LogLog Các loại cáp tương thích bao gồm KwikLink, phương tiện truyền thông phẳng, phương tiện truyền thông tròn dày và phương tiện truyền thông mỏng.
Giao diện giữa các thiết bị DeviceNet sử dụng chương trình Logix5550, cho phép giao tiếp qua mạng để đọc dữ liệu đầu vào từ thiết bị, ghi kết quả đầu ra, tải xuống dữ liệu cấu hình và theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị.
2.1.2 CompactLogix L32E và các module truyền thông ền thông compact với bộ nhớ lên đến 1.5 MB và khả năng mở rộng tối đa 30 module Compact I/O, hệ thống CompactLogix là giải pháp hữu ích cho tính kinh tế, độ tin cậy của các hệ thống điều khiển độc lập Mặc dù nhỏ nhưng nhờ cấu trúc linh hoạt của các I/O hệ thống compactLogix có thể đáp ứng được những ứng dụng đa nhiệm, và những yêu cầu điều khiển phức tạp khác
Bộ điều khiển CompactLogix, giống như các dòng bộ điều khiển Logix khác, được lập trình và cấu hình I/O bằng phần mềm RSLogix 5000 Bạn có thể lựa chọn từ nhiều loại bộ điều khiển CompactLogix khác nhau để đáp ứng các yêu cầu cụ thể của ứng dụng.
PLC CompactLogix L32E mang đến giải pháp điều khiển hiệu quả với khả năng kết nối và các cổng vào ra tiện lợi trong một thiết kế nhỏ gọn Đây là lựa chọn lý tưởng cho các hệ thống nhỏ và các ứng dụng điều khiển mức, máy móc.
CompactLogix 1769-L32E sử dụng CPU L32E Các thông số chính:
- Phần mềm lập trình: RSLogix 5000 Enterprise Series
- Các ngôn ngữ lập trình: Relay ladder, Function block diagram, Structured text, Sequential function block
- Các cổng truyền thông: 1 EtherNet/IP port và 1 RS-232 serial port
- Các lựa chọn truyền thông: EtherNet/IP ,ControlNet ,DeviceNet
- Khả năng mở rộng: tối đa là 16 modules 1769
- Tốc độ vòng quét: 1 4 modules: 1.0 ms
- Xử lí đồng thời 6 tác vụ (task) trong đó có duy nhất 1 tác vụ mặc định
CompactLogix L32E có các module vào ra:
• Vào/ra số sử dụng tín hiệu một chiều
Tìm h ệ thống mạng trong bảng thí nghiệm
2.2.1 Hệ thống mạng Ethernet/IP
Mạng Ethernet/IP được phát triển nhằm kết nối và trao đổi thông tin giữa các bộ điều khiển và hệ thống máy tính giám sát tại phòng điều khiển trung tâm (CCR) Trước đây, các bộ điều khiển độc lập không có khả năng liên lạc với nhau, nhưng nhờ vào công nghệ Ethernet, hệ thống điều khiển DCS (Distributed Control System) đã ra đời, giúp giải quyết nhiều bài toán điều khiển phức tạp và truyền tải lượng lớn thông tin đa dạng Điều này mang lại sự thuận tiện và dễ dàng hơn cho người vận hành trong việc quản lý thiết bị so với các hệ thống giám sát trước đây Với tốc độ truyền tín hiệu lên tới 10Mbit/s, Ethernet vượt trội hơn so với các mạng khác, đảm bảo tốc độ xử lý và chẩn đoán nhanh chóng.
Chúng em đã chọn mạng Ethernet cho hệ thống điều khiển giám sát do yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực Thời gian phản ứng cần thiết thường chỉ trong vài trăm miligiây, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông của bus hệ thống dao động từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s.
Hình 2.9 Sơ đồ mạng EtherNet trong bảng thí nghiệm
Hệ truyền thông giao tiếp bằng mạng Ethernet/IP gồm có 3 PLC (ControlLogix
1756 L71, ControlLogic 1756 L61 và CompactLogix L32E) kết nối với hệ thống giám sát và điều khiển gồm có ba mà hình hiển thị PanelView 600 và một máy tính
• Màn hình 1 (Điều khiển biến tần bằng 7 cốc tốc độ từ L61) qua mạng DeviceNet của L71)
• Màn hình 3 (Điều khiển hệ chuyển động cắt vật liệu qua I/O mở rộng của L32E)
Kết nối với máy tính qua một router wifi cho phép giám sát và điều khiển toàn bộ hệ thống từ một màn hình duy nhất Thiết bị Switch được sử dụng như trung gian trong việc vận chuyển dữ liệu.
Switch mạng, hay thiết bị chuyển mạch, là một phần quan trọng trong công nghệ thông tin, dùng để kết nối các đoạn mạng theo mô hình mạng hình sao Trong mô hình này, switch mạng hoạt động như thiết bị trung tâm, kết nối tất cả các máy tính PLC và màn hình HMI trong hệ thống mạng Các loại switch mạng nhận tín hiệu vật lý, chuyển đổi dữ liệu từ một cổng, kiểm tra địa chỉ đích và gửi tới cổng tương ứng.
Router wifi, hay còn gọi là thiết bị định tuyến, là một phần quan trọng trong mạng máy tính, giúp chuyển các gói dữ liệu qua các liên mạng Thiết bị này thường được trang bị một hoặc nhiều cổng mạng LAN và có thể bao gồm cả ăng-ten phát sóng Wifi, cho phép kết nối không dây hiệu quả.
Trong ngành công nghiệp, việc sử dụng mạng WiFi để truyền tín hiệu điều khiển và giám sát thường bị hạn chế do các vấn đề về bảo mật, tốc độ truyền dữ liệu và khả năng truyền xa, thường chỉ từ 5-10m tùy thuộc vào địa hình và vị trí đặt Tuy nhiên, trong môi trường phòng thí nghiệm, yêu cầu về khoảng cách và độ tin cậy không cao, việc sử dụng Router WiFi mang lại lợi ích lớn khi cho phép nhiều sinh viên kết nối dễ dàng với hệ thống chỉ qua một kết nối WiFi mà không cần dây nối.
Cáp Ethernet đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng tín hiệu và đường truyền trong môi trường công nghiệp, nơi có nhiều nhiễu điện từ và điều kiện khắc nghiệt về nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và hóa chất Việc lựa chọn cáp tín hiệu phù hợp là thiết yếu để triển khai và vận hành hệ thống mạng hiệu quả Trong khi cáp CAT5e thường được sử dụng cho văn phòng với tốc độ truyền 100MB, cáp CAT6 là lựa chọn tối ưu cho môi trường công nghiệp, cho phép tốc độ truyền đạt lên đến 1GB ở khoảng cách 100m và 10GB ở khoảng cách 55m.
Cáp CAT6 vượt trội hơn cáp CAT5 và CAT5e nhờ khả năng chống nhiễu điện từ và nhiễu xuyên âm tốt hơn Bên cạnh đó, cáp CAT6 được thiết kế vật lý phù hợp với môi trường công nghiệp Tuy nhiên, khi lắp đặt cáp CAT6, cần chú ý rằng các đầu nối RJ45 và jack cũng phải đạt tiêu chuẩn CAT6 để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
Hình 2.13 Nối đất trong mạng
Khi lắp đặt cáp trong môi trường công nghiệp, việc sử dụng cáp có bọc giáp đúng cách là rất quan trọng Lắp đặt không đúng có thể gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng hơn so với việc không sử dụng bọc giáp Cáp có bọc giáp hoạt động hiệu quả hơn trong các môi trường có độ nhiễu cao.
Cáp bọc giáp yêu cầu phải đấu nối đất chính xác, chỉ cần nối đất một đầu cáp Nối đất ở nhiều điểm trên đường truyền có thể tạo ra vòng nối đất, gây ra chênh lệch điện áp và làm tăng nhiễu trên cáp.
Để đảm bảo hiệu suất tối ưu cho cáp Ethernet, cần tránh xa các nguồn gây nhiễu như động cơ điện, bộ điều khiển động cơ và thiết bị đóng cắt Trong tủ điện, nên tách biệt cáp Ethernet khỏi các cáp động lực và điều khiển để giảm thiểu ảnh hưởng từ nhiễu.
Khi một hệ thống phức tạp có nhiều thiết bị liên kết để trao đổi dữ liệu, việc sử dụng kết nối dây thông thường sẽ tạo ra nhiều đường dây rắc rối và khó khăn trong việc kết nối Do đó, nhiều kiểu mạng đã được phát triển, trong đó nổi bật là mạng ControlNet.
Mạng ControlNet được tích hợp trong thiết kế bảng thí nghiệm không chỉ nhờ vào khả năng ứng dụng nhiều phương thức truyền thông khác nhau mà còn bởi những đặc điểm nổi bật Lớp vật lý của mạng này không sử dụng gói dữ liệu, giúp đảm bảo tính chính xác và bảo mật cao Với tốc độ trao đổi lên đến 5Mbps, ControlNet tạo ra kết nối hiệu quả cho ControlLogix Hơn nữa, mạng này cho phép các bộ điều khiển kiểm soát I/O trên cùng một đường dây, giúp tiết kiệm chi phí so với EtherNet, nơi cần nhiều dây hơn.
Hình 2.14 Sơ đồ mạng ControlNet trong bảng thí nghiệm thông qua module ControlNet 1756 – CNBR gửi tín hiệu đến các I/0 số mở rộng là:
Bài viết đề cập đến việc sử dụng các module 1794-IB32 và 1794-OB16 để gửi tín hiệu điều khiển đến biến tần PowerFlex700s, nhằm điều chỉnh tốc độ biến tần theo phương pháp 7 cấp tốc độ Đặc biệt, hai PLC ControlLogix được kết nối qua mạng ControlNet, mang lại giải pháp dự phòng hiệu quả Trong trường hợp PLC chính gặp sự cố, việc có thêm một PLC phụ sẽ đảm bảo tiếp tục điều khiển hệ thống, giảm thiểu rủi ro và đảm bảo an toàn cho toàn bộ hệ thống.
Trên sơ đồ, việc kết nối giữa các module được thực hiện thông qua cáp đồng trục, với hai đầu được trang bị trở đầu cuối (terminating resistance) để đảm bảo tín hiệu ổn định.
K ết quả thu được
Chương này sẽ giúp chúng ta khám phá một mô hình mạng truyền thông chuẩn, tích hợp nhiều phương thức truyền thông khác nhau trong một hệ thống duy nhất Ngoài ra, nó cũng đề cập đến các thành phần cơ bản cần thiết để xây dựng một mạng truyền thông, bao gồm các bộ phận thiết yếu.
Switch EtherNet sử dụng nhiều loại dây cáp khác nhau, mỗi loại có tốc độ truyền thông riêng biệt Việc ghép nối tại các điểm rẽ nhánh đến các thiết bị chấp hành cũng rất quan trọng để đảm bảo hiệu suất tối ưu trong mạng lưới.
Các màn hình hiển thị HMI và các module cho từng mạng truyền thông khác nhau được kết hợp để đáp ứng hầu hết các yêu cầu của một mạng cơ bản Điều này bao gồm khả năng điều khiển, truyền thông khoảng cách xa, và đọc tín hiệu từ cảm biến encoder.
Dựa trên những kết quả đã đạt được, em sẽ áp dụng hệ thống mạng đã xây dựng để điều khiển biến tần và mô hình cắt vật liệu trong chương tiếp theo.
