Giải pháp ứng dụng tiến bộ kỹ thuật - Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus

Nội dung tóm tắt: Giải pháp ứng dụng tiến bộ kỹ thuật - Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus

1. GIẢI PHÁP ỨNG DỤNG TIẾN BỘ KỸ THUẬT PHẦN THỨ NHẤT : BÁO CÁO TÓM TẮT NỘI DUNG SÁNG KIẾN 1. Tên giải pháp: Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus. 2. Thực trạng tình hình Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt. Profibus là một mạng Fieldbus được thiết kế để giao tiếp giữa máy tính và PLC. Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, Profibus xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master và giữa masterslave, với khả năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì. Khoảng cách bus tối đa không dùng bộ lặp (repeater) là 200m và nếu dùng bộ lặp khoảng cách tối đa có thể đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu không có bộ lặp là 32 và là 127 nếu có bộ lặp. Trong môn học Điều khiển lập trình dành cho hệ cao đẳng mà nhà trường đang đào tạo, môn học có nhiều bài tập Trang 1
2. Hiện nay, trong các trường Đại học nói chung và trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang nói riêng trang bị các bộ thí nghiệm phục vụ cho việc dạy và học môn học này. Tuy nhiên, đối với kết nối hệ thống điều khiển Profibus không có tài liệu nào nói rõ và trình bày cụ thể cách thức liên kết hệ thống Profibus, chỉ nêu ra lý thuyết cho việc điều khiển. Từ đó, người học cảm thấy khó hiểu và không thể ứng dụng Profibus trong hệ thống điều khiển tự động. Từ những lý do trên, cùng với lòng yêu nghề của bản thân, qua kinh nghiệm trong thời gian giảng dạy và nghiên cứu, quyết định chọn đề tài: Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus trong môn học Điều khiển lập trình, nhằm tạo cho người học có một tâm thế thoải mái, hứng thú với việc học của mình, tiếp thu bài học nhanh hơn tốt hơn. Hiện nay, trong nhà trường chưa tài liệu nào hoàn chỉnh đáp ứng được trong giảng dạy cho học sinh – sinh viên, trong chương trình môn học Điều khiển lập trình cũng chưa đưa vào. Do đó, đây là giải pháp hoàn toàn mới, được áp dụng lần đầu tiên tại trường. 3. Kết quả thực hiện và phạm vi áp dụng nhân rộng. - Hiệu quả trong công tác giảng dạy: Kể từ khi đề tài được triển khai, áp dụng cho sinh viên khoa Điện – Điện tử, kết quả thu được cho thấy, chất lượng giờ giảng tăng lên rất nhiều so với trước đây. Người học cảm thấy hứng thú hơn, tiếp thu bài học tốt hơn, bài tập mà giáo viên giao cho người học về nhà chuẩn bị trước đều đáp ứng đúng yêu cầu, do đó thời gian chỉnh sửa bài tập giảm đi đáng kể. Công việc giảng dạy của giáo viên đơn giản hơn rất nhiều, hiệu quả tăng cao. - Sáng kiến, kinh nghiệm này được áp dụng trong Khoa Điện – Điện tử trường CĐ. KT – KT Kiên Giang và các cơ sở giáo dục dạy nghề có đào tạo ngành Điện công nghiệp, ngoài ra còn ứng dụng trong hệ thống dây chuyền sản suất của các nhà máy. Trang 2
3. PHẦN THỨ HAI : NỘI DUNG Trong bản giải pháp ứng dụng tiến bộ kỹ thuật này gồm có các phần sau : I. DẪN NHẬP II. NHỮNG KHÓ KHĂN III. NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC KHÓ KHĂN IV. KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐẠT ĐƯỢC V. KẾT LUẬN Trang 3
4. I. DẪN NHẬP Để đảm bảo chất lượng trong quá trình đào tạo thì người dạy phải tiến hành các hoạt động làm cho các em ham học, có động cơ học tập đúng đắn thì sẽ học tốt. Người học cũng phải dành nhiều thời gian cho việc tự nghiên cứu bài học của mình. Vậy, làm thế nào để bài giảng được sinh động, cuốn hút sự chú ý tham gia của người học, thúc đẩy động cơ học tập đúng đắn của học sinh - sinh viên, giúp cho người học hoạt động học tập tốt, nâng cao chất lượng sinh viên khi ra trường. Nhằm tạo môi trường học tập sinh động, thúc đẩy tính độc lập, chủ động, sáng tạo cũng như thu hút sự quan tâm của học sinh - sinh viên là mối quan tâm của mỗi giáo viên trong nhà trường. Giáo viên luôn tích cực cải tiến các phương pháp dạy học sao cho phù hợp với người học. Tạo cho người học có một tâm thế thoải mái, hứng thú với việc học của mình. Một trong những biện pháp đáp ứng được các yêu cầu trên, đó là người giáo viên cần phải có những biện pháp hướng dẫn phù hợp, tích cực nhất. Đồng thời, bài giảng đó, môn học đó cũng có những bài tập minh họa sinh động, những bài thí nghiệm gắn liền với thực tiễn. Từ những trăn trở trên, cùng với lòng yêu nghề của bản thân, qua kinh nghiệm trong thời gian giảng dạy, người viết quyết định chọn đề tài: Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus. Trang 4
5. II. NHỮNG KHÓ KHĂN Profibus phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. Profibus được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. Profibus phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như: thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Trong môn học Điều khiển lập trình nâng cao, trong các trường Đại học nói chung và trường Cao đẳng Kinh tế - Kỹ thuật Kiên Giang nói riêng đã trang bị mô hình thí nghiệm phục vụ cho việc dạy và học môn học này. Tuy nhiên, đây là các thiết bị mới đòi hỏi người sử dụng có thời gian nghiên cứu, thí nghiệm trực tiếp và kinh nghiệm của người lập trình. Tài liệu hướng dẫn hạn chế hầu như chỉ giới thiệu và nguyên lý cơ bản. Vì thế, việc tiếp cận hệ thống điều khiển Profibus mất rất nhiều thời gian, dễ gây nhầm lẫn cho người học. Từ đó, người học cảm thấy chán, không hứng thú với môn học này. III. NHỮNG GIẢI PHÁP KHẮC PHỤC KHÓ KHĂN Đứng trước những khó khăn và thách thức đặt ra là làm thế nào giúp cho người dạy và người học có thể giải quyết những khó khăn trên. Giúp cho người học thuận tiện hơn trong liên kết mạng điều khiển Profibus. Qua quá trình nghiên cứu ứng dụng TIA Portal đã đáp ứng được các yêu cầu cơ bản trong việc kết nối hệ thống mạng Profibus. Giới thiệu sơ lược TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus: Mỗi hệ thống Profibus-DP bao gồm nhiều loại thiết bị cài đặt tùy theo tính năng hoạt động. Cơ bản có 3 loại sau được phân theo công việc: Trạm chủ DP cấp 1(DP Master Class 1): Trang 5
6. o Các thiết bị này trao đổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu trình được định trước. o Trạm chủ DP cấp 1 thường là các bộ điều khiển trung tâm: o PLC, PC, hoặc các module của bộ điều khiển trung tâm. Trạm chủ DP cấp 2(DP Master Class 2): o Là các máy lập trình, công cụ đặt cấu hình vận hành, chẩn đoán hệ thống bus. o Các thiết bị này được dùng khi khởi động hệ thống để đăt cấu hình cho hệ thống DP. o Ngoài các dịch vụ cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các hàm đặc biệt phục vụ đặc cấu hình hệ thống, chẩn đoán trạng thái, truyền nạp chương trình, Trạm tớ(DP Slave): o Không có vai trò kiểm soát truy cập bus. o Là các thiết bị vào/ra. o Các thiết bị trường(bộ truyền động, màn hình HMI, van, cảm biến) Trang 6
7. Thêm module IE/PB Link PN IO vào Network: 1. Double click “Devices & networks” 2. Chọn “Network components” 3. Chọn “Gateways” 4. Chọn “IE/PB Link PN IO” 5. Chọn model “6GK1 411-5AB00” 6. Click vào kéo thả vào vị trí như hình 7. Ta được module IE/PB như hình Cấu hình module IE/PB Link PN IO: Chọn thiết bị điều khiển cho module IE/PB (PROFINET IO Controller) Trang 7
8. 1. Click vào “Not assigned” 2. Chọn module Master CPU 412-2 PN ta được hình sau Trang 8
9. Cấu hình cho module IE/PB Link PN IO Trong phần “Device view” chọn “Gateway_1” hoặc double click vào “IE/PB Link PN IO” như trong hình (trong phần “Network view”) Trang 9
10. Trong phần “General”, ta có thể thay đổi tên của module IE/PB nếu muốn tại mục “Name” Trong phần “Network gateway” chọn “Network gateway as PROFINET IO proxy” Trong phần “PROFINET interface [X1]” => “Ethernet addresses”, tại đây ta có thể thay đổi IP address của module IE/PB Trang 10
11. Trong phần “DP/MPI interface [X2]” => chọn “PROFIBUS address”, tại đây click chọn “Add new subnet” để tạo 1 mạng Profibus mới => ta được hình sau Muốn thay đổi thông số của mạng Profibus, ta làm như sau 1. Right click vào đường mạng Profibus 2. Chọn “Properties” => Bảng tiếp theo Trang 11
12. Trong phần “Network settings”, ta có thể thay đổi tốc độ truyền của mạng Profibus (ở đây ta chọn 500kbps) Các thông số khác để mặc định: Liên kết các Slave với Master thông qua module IE/PB: 1. Chọn “Not assigned” 2. Chọn “Gateway_1 ” Làm tương tự cho các Slave còn lại, ta được như sau: Trang 12
13. Cấu hình cho các Module: Cấu hình cho CPU S7-1200 AC/DC/Rly: 3. Chọn “Slave 1 ” 4. Chọn module Profibus CP1242-5 Trang 13
14. 5. Trong phần “DP interface” => “Operating mode” => chọn “I-slave communication” 6. Trong phần này, ta quy định vùng địa chỉ truyền nhận giữa Slave 1 và Master. Ví dụ: như trong hình, nếu ta muốn ngõ vào I0.0 (Master) điều khiển ngõ ra Q0.0 (Slave1) thì ta phải làm theo các bước sau - Trong chương trình của Master: Xuất I0.0 (Master) => Q50.0 (DP Slave1) - Trong chương trình của Slave1: Đọc I60.0 (DP Slave1) => Q0.0 (Slave1) - Trong module profibus của Slave1: Q50.0 => I60.0 (quá trình này là hoàn toàn tự động bên trong module profibus). Cấu hình cho CPU S7-1200 DC/DC/DC: Tương tự như cho Slave 1 Trang 14
15. Cấu hình cho CPU S7-300: Tương tự như cho Slave 1 Trang 15
16. Chương trình để truyền dữ liêu với CPU S7-300 trong Master cũng giống như CPU S7-1200 trên. Tuy nhiên, không giống như module Profibus của S7-1200, module Profibus của S7-300 CP342-5 truyền nhận dữ liệu với Master thông qua 2 hàm DP_RECV và DP_SEND Chức năng: Gửi dữ liệu từ Slave sang Master CPLADDR: địa chỉ bắt đầu của I/O address, được xác định bằng cách Trang 16
17. SEND: dữ liệu được gửi đi (Lưu ý: Nếu trong phần cấu hình của DP Slave3, ta chọn vùng dữ liệu là 1 byte thì ở lệnh DP_SEND ta phải gửi 1 byte, nếu là 2 byte thì ta phải gửi 2 byte, nếu không Profibus sẽ báo lỗi) Cũng tương tự như lệnh DP_SEND, lệnh này nhận dữ liệu từ Master gửi về IV. KẾT QUẢ THỰC HIỆN ĐẠT ĐƯỢC : Sau khi ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus giảng dạy cho nhóm Công nghệ kỹ thuật Điện – điện tử Cao đẳng Khóa 7 của môn học phần thay thế tốt nghiệp, kết quả thu được cho thấy: - Chất lượng giờ giảng tăng lên rất nhiều, sinh viên cảm thấy hứng thú hơn, tiếp thu bài học tốt hơn, bài tập mà giáo viên giao cho người học về nhà chuẩn bị trước đều đáp ứng đúng yêu cầu, do đó thời gian chỉnh sửa bài tập giảm đi đáng kể. - Ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus tạo cơ sở quan trọng cho các giáo viên tìm hiểu, nghiên cứu từ đó tiếp tục nghiên cứu sâu hơn chức năng liên kết giữa các thiết bị điều khiển để ứng dụng rộng hơn về điều khiển, giám sát. - Phát huy và triển khai hết tính năng của thiết bị của nhà trường, phục vụ tốt công tác đào tạo, tham gia tư vấn tự động điều khiển cho các xí nghiệp nhà máy sản suất. Trang 17
18. Kết quả khảo sát sự tiếp thu bài học của người học đạt được như sau: Nhóm có 08 sinh viên Công nghệ kỹ thuật Điện – điện tử Cao đẳng Khóa 7 của môn học phần thay thế tốt nghiệp, kết quả thu được cho thấy 100% hiểu và thực hiện tốt việc ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus. V. KẾT LUẬN Trên đây chỉ là một kinh nghiệm nhỏ mà người viết đã áp dụng vào công tác giảng dạy môn học Điều khiển lập trình và đã bước đầu đạt được các kết quả cao. Người viết không dám quả quyết rằng, chỉ ứng dụng trên là có thể giải quyết được tình trạng học tốt của sinh viên. Bởi vì, đây cũng chỉ là một phần hỗ trợ trong việc giải quyết vấn đề khó trong hệ thống điều khiển Profibus. Tuy nhiên, với tâm huyết nghề nghiệp, xem chất lượng giáo dục là mối quan tâm hàng đầu, tôi nghĩ với ứng dụng TIA Portal kết nối hệ thống mạng Profibus này cũng một phần giúp cho người dạy và người học cảm thấy dễ dàng hơn trong việc tiếp thu môn học, hiểu bài sâu hơn, chất lượng giờ học từ đó cũng tăng lên đáng kể. Rạch Giá, ngày 16 tháng 05 năm 2016 DUYỆT Người viết Trang 18