Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp - Chương 4: Giới thiệu hệ thống Simatic PCS 7

ới yêu cầu chất lượng điều khiển khá cao. Việc sử dụng 
Frofibus làm bus hệ thống bạn có thể kết nối tới 9 nút/trạm tới PCS 7. 
Tốc độ truyền dữ liệu trong bus này từ 9.6 kbps đến 1.5 Mbps, chuẩn giao 
thức sử dụng trên bus Profibus là FMS 
Tất cả các thành phần của PCS 7 đều có thể được kết nối tới bus hệ thống 
Profibus dựa trên các phương thức sau: 
- Trung tâm điều khiển logic lập trình được (PLCs) thông qua mô đun 
giao diện CP 343-3 (đối với S7 300) và CP 443-5 đối với S7 400 
- OS và ES thông qua card giao diện CP 5412 A2 
Môi trường truyền thông: 
- Đôi dây vặn xoắn 
- Cáp quang (có sự kết hợp với mô đun OLM) 
Để tăng độ tin cậy cho hệ thống, kết nối redundant cũng có thể được thực 
hiện trong bus này. 
4.3.4 Kết nối bus trường (Field Bus) trong hệ thống PCS 7: 
Nhu cầu về sự trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị điều khiển logic khả trình 
với các thiết bị vào/ra phân tán cũng như các thiết bị trường thông minh là rất 
lớn, hệ thống các bus trường đã làm giảm thời gian và độ phức tạp cho các kỹ sư 
hệ thống trong quá trình lắp đặt, bảo dưỡng và khắc phục sự cố. Nó rất thuận lợi 
trong truyền thông số cũng như mang đến các giải pháp cao cho việc đo lường 
các giá trị, năng lực chuẩn đoán hệ thống, ấn định các giá trị từ xa. Có các bus 
trường sau: 
- Profibus-DP 
- Profibus-PA 
- AS-Interface 
- HART (Highway Addressable Remote Transducer) 
Hình 4.16 Kết nối hệ thống các bus trường trong PCS 7 
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7 
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 63 
Bạn có thể lựa chọn bus trường một cách mềm dẻo tùy theo yêu cầu ứng 
dụng của bạn. Với Profibus-PA được tạo ra để phục vụ cho những nơi có môi 
trường nguy hiểm (nhiệt độ và áp suất cao). 
Ø Profibus-DP: 
 Trong hệ thống PCS 7, Profibus-DP được tiêu chuẩn hóa để sử dụng cho 
kết nối tới các mô đun phân tán, đó là mô đun ET 200M cũng như các thiết bị 
trường. Profibus-DP cho phép bạn kết nối tới 32 trạm trên một đường DP (DP-
line), với tốc độ tuyền lên đến 12 Mbps. 
 Trong một số PLC S7 300, S7 400 đã được tích hợp giao diện Profibus-
DP, các PLC còn lại muốn kết nối tới Profibus-DP phải thông qua các mô đun 
giao diện CP (ví dụ như: CP 343-5, CP443-5). 
 PCS 7 hỗ trợ tối đa tới 9 DP-line trên bộ điều khiển trung tâm (S7 400). 
Môi trường truyền có thể là đôi dây vặn xoắn hoặc là cáp quang. 
 Bạn có thể cấu hình hệ thống redundant cho Profibus-DP thông qua PLC 
S7-417H. 
Ø Mô đun phân tán ET 200M: 
Nói về hệ thống các bus trường không thể không nói tới vai trò rất quan 
trọng trong vấn đề điều khiển thệ thống các thiết bị trường thông qua mô đun 
phân tán ET 200M. 
 Trong suốt quá trình vận hành, các thiết bị ở cấp trường hoặc các mô đun 
phân tán được cung cấp dữ liệu. Chính những thiết bị này đã làm giảm đáng kể 
các khối dữ liệu truyền thông giữa thiết bị trường, mô đun phân tán với các bộ 
điều khiển PLC. 
 Trong quá trình cấu hình thiết bị trường, các khối được thay thế dễ dàng 
nhờ vào các khối chức năng dành riêng CFC /FSC chart. Những khối này được 
cung cấp bởi thư viện các khối thiết bị trường (Field Device Blocks) của PCS 7. 
Các thiết bị trường này được quản lý bởi phần mềm quản lý thiết bị trường 
(Process Device Manager software) được tích hợp cho ES. 
Kết nối redundant đối với ET 200M: 
Hình 4.17 Kết nối redundant trong Profibus-DP 
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7 
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 64 
Trong nhà máy yêu cầu cấu trúc dự phòng (redundant) thì hệ thống các 
mô đun vào/ra phân tán ET 200M được sử dụng cho mục đích này thông qua bus 
Profibus-DP. Bạn sử dụng mô đun giao diện IM 153 với năng lực dự phòng ghép 
nối với ET 200M để thực hiện kết nối tới PLC S7 417H thông qua 2 đường bus 
Profibus-DP. Nếu một đường bị lỗi thì hệ thống sẽ tự động chuyển mạch sang 
đường còn lại (nếu đường này vẫn còn nguyên vẹn) để thay thế. 
Ø Profibus-PA: 
Profibus-PA là chuẩn giao thức IEC 1158-2 truyền thông mở rộng tương thích 
với Profibus-DP. Bằng công nghệ truyền dẫn đặc biệt nó có thể làm việc trong 
những vùng có môi trường nguy hiểm (Siemens quy ước vùng này là vùng 1). 
Với Profibus-PA, bộ phát và cơ cấu chấp hành trong vùng nguy hiểm có thể 
truyền thông với các thiết bị điều khiển như PLC ở khoảng cách xa. Thông tin và 
nguồn cung cấp được truyền đi bằng 2 dây cáp, thông thường là cáp ITP. 
 Bạn có thể kết nối tới 30 thiết bị trường đối với vùng không nguy hiểm và 
10 thiết bị trường đối với nguồn nguy hiểm trên một đoạn (segment) bus 
Profibus-PA.. Tốc độ truyền dữ liệu 31.25 kbps. 
Có hai cách kết nối Profibus-PA với Profibus-DP: 
 - DP/PA coupler 
- DP/PA link 
Phương pháp cấu hình với DP/PA Coupler: 
DP/PA Coupler không có địa chỉ (có nghĩa là bạn không cần phải thiết lập 
địa chỉ cho nó khi cấu hình hệ thống). Mỗi trạm PA được xem là một DP slave và 
do đó nó nhận một địa chỉ trong cấu hình của bus DP. Tốc độ truyền của 
Profibus-DP phải tương thích với Profibus-PA. 
Phương pháp cấu hình với DP/PA link: 
 DP/PA link bao gồm mô đun đầu cuối IM 157 và một hay nhiều DP/PA 
coupler. DP/PA link là một DP slave và do đó phải có địa chỉ bus cho nó. Bạn có 
thể kết nối tới 5 DP/PA coupler tới một DP/PA link. Do DP/PA link được bổ 
sung công nghệ truyền dẫn decoupling giữa DP và PA do đó no nâng tốc độ 
truyền dẫn lên tới 12 Mbps trên Profibus-DP. 
Kết nối redundant với Profibus-PA: 
 Bạn có thể cấu hình redundant cho việc truyền dẫn giữa Profibus-DP tới 
Hình 4.18 Kết nối giữa DP và PA thông qua DP/PA link và DP/PA Coupler 
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7 
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 65 
Profibus-PA., trong đó DP/PA link có năng lực redundant là được kết nối tới hệ 
thống Profibus-DP master. 
Ø AS-Interface (Actuator/Sensor): 
AS-i là một mạng cho cảm biến và cơ cấu chấp hành trong giới hạn cấp 
trường thấp nhất. Ứng dụng chính của bus AS-i là truyền một lượng nhỏ thông 
tin như là một bộ chuyển mạch. Mỗi AS-i slave có thể truyền thông một lượng 4 
bit. 
Kết nối AS-i với hệ thống PCS 7 theo nguyên tắc master-slave, cảm biến 
và cơ cấu chấp hành đóng vai trò như là các slave được điều khiển bởi master. 
Đối với PCS 7, các thành phần sau đây được sử dụng để kết nối AS-i: 
- AS-Interface CP 342 master cho ET 200M 
- DP/AS interface link cho kết nối giữa AS-i với Profibus-DP. Mô đun xử 
lý truyền thông CP 342-2 là mô đun master của AS-i. 
Mô đun CP 342-2 đóng vai trò là master của AS-i: 
Được sử dụng để kết nối AS-i với mô đun ET 200M. Truyền thông này 
không cần phải cấu hình trong phần mềm cấu hình hệ thống và dây nối không đòi 
hỏi phải cố định. Những đặc tính này làm cho chúng ta dễ dàng khi thay đổi mô 
đun. 
Mô đun CP 342-2 chiếm một slot trên rack lắp đặt cho mô đun phân tán ET 
200M. Chúng ta có thể đưa vào tối đa là 4 mô đun CP 342-2 vào trong mỗi mô 
đun ET 200M. 
DP/AS-i Link: 
Được sử dụng để kết nối trực tiếp AS-i với Profibus-DP. Trong trường 
hợp này bạ có thể xem AS-i như là nột subnet của Profibus-DP. Bạn có thể kết 
nối tối đa 31 AS-i slave vào bộ DP/AS-Interface link. Chính vì đặc điểm này 
Profibus-DP master có tới 31 mô đun slave. 
Hình 4.19 Mô hình kết nối AS-i master với cảm biến và cơ cấu ChẤP hành 
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7 
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 66 
4.3.5 Bộ điều khiển logic khả trình (PLC): 
 Trong hệ thống SIMATIC PCS 7, S7-400 làm nền tản tiêu biểu cho hệ 
thống tự động hóa quá trình trong các nhà máy. Được thiết kế chuẩn về khả năng 
cấu hình cũng như khả năng xử lý là sức mạnh của S7-400, khả năng truyền 
thông với một lượng lớn với các đối tác, chức năng tích hợp hệ thống. Khả năng 
điều khiển cục bộ và từ xa rất thích hợp với hệ thống SIMATIC PCS 7. 
 SIMATIC PCS7 được cấu trúc chuẩn từ một số thành phần của PLC 
SIMATIC S7-400. Những CPU thích hợp được cung cấp cho những ứng dụng 
khác nhau dựa vào yêu cầu về giá thành và những tiện ích của nó như: 
 - CPU-414-3 
 - CPU-414-3H 
 - CPU-416-2 
 - CPU-416-3 
 - CPU-417-4 
- CPU-417-4H 
PLC S7-414 được thiết kế tương ứng cho những ứng dụng nhỏ tương ứng 
với khả năng và dữ liệu của dự án ở cấp độ nhỏ. PLC S7-416 được thiết kế tương 
ứng cho những ứng dụng trung bình tương ứng với khả năng và dữ liệu của dự án 
ở cấp độ trung bình. PLC S7-417, đảm nhận những tiện ích ở cấp độ cao nhất của 
dự án, nó được thiết kế đặc biệt cho những dữ án có mức độ yêu cầu về tốc độ, 
tiện ích kết nối cũng như lựng dữ liệu rất cao của dự án. 
 Ngoài ra bạn cũng có thể đưa các S7-300 vào trong hệ thống PCS 7 những 
với những cấp độ thấp hơn cho những hệ thống điều khiển cấp thấp. 
Ø Cấu hình cho bộ điều khiển trung tâm S7-400: 
- Bộ điều khiển trung gồm có những thành phần sau: 
- Rack cho S7-400 với 9 hoặc 18 slot (tương ứng với 9 hoặc 18 mô đun 
thành phần được lắp đặt vào vị trí này) 
- Một CPU 
- Nguồn cung cấp có hai loại: 24 VDC hoặc 115/230 VAC 
- Bộ nhớ: 768 Kbyte/1600 Kbyte/3200 Kbyte/4000 Kbyte 
- SRAM: 1 Mbyte/2 Mbyte/4 Mbyte 
- License giới hạn thời gian cho PCS 7 (Những khối Driver cho PCS 7) 
Hình 4.20 Kết nối Profibus-DP tới thành phần trung 
tâm 
Chæång 4. Giåïi thiãûu hãû thäúng SIMATIC PCS 7 
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 67 
Một số mô đun CP 443 được yêu cầu cho kết nối từ thành phần trung tâm 
tới hệ thống (có thể là kết nối cho Ethernet hay Profibus). Thông thường bạn kết 
nối trung tâm với các mô đun phân tán thông qua Profibus-DP, do đó cần phải 
đưa mô đun CP vào các rack trung tâm. Bạn có thể đưa từ 4 đến 10 mô đun CP 
443-5 vào rack trung tâm để tạo ra từ 4 đến 10 giao diện Profibus-DP tương ứng. 
Xem hình bên dưới: 
 Ngoài các mô đun cho ứng dụng truyền thông bạn còn có thể đưa thêm 
các mô đun tín hiệu, mô đun chức năng  vào các vị trí còn lại của rack trung 
tâm cũng như rack mở rộng của S7-400. Xem hình bên dưới: 
Hình 4.21 Cấu hình của rack trung tâm