Đồ án Mạng truyền thông Modbus RTU và TCP/IP trong PLC Siemens S7-200

Click to edit Master title style Click to edit Master text styles Second level Third level Fourth level Fifth level 12/7/2013 ‹#› ĐỒ ÁN MÔN HỌC 3 MẠNG TRUYỀN THÔNG MODBUS RTU VÀ TCP/IP TRONG PLC SIEMENS S7-200 GVHD: Th.S VŨ VĂN PHONG SVTH: Phạm Đại Tới MSSV:10102145 Lưu Hoàng Linh MSSV:10102075 Nguyễn Huỳnh Trung MSSV:10102155 NỘI DUNG I-Giới thiệu Trong nền công nghiệp hiện nay ,việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp trong việc quản lý vận hành và giám sát ngày càng được phổ biến trong các nhà máy, xí nghiệp và các dây chuyền sản xuất,….để đáp ứng nhu cầu đó thì càng ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành hay thiết bị điều khiển như PLC,biến tần,….được tích hợp sẵn các giao thức mạng như: Profibus, can, modbus,zigbee,simatic net,……. MODBUS Modbus là gì ? -  MODBUS là một protocol phổ biến bậc nhất được sử dụng hiện nay cho nhiều mục đích. MODBUS do Modicon (hiện nay thuộc Schneider Electric) phát triển năm 1979, là một phương tiện truyền thông với nhiều thiết bị thông qua một cặp dây xoắn đơn. Ban đầu, nó hoạt động trên RS232, nhưng sau đó nó sử dụng cho cả RS485 để đạt tốc độ cao hơn, khoảng cách dài hơn, và mạng đa điểm (multi-drop). MODBUS đã nhanh chóng trở thành tiêu chuẩn thông dụng trong ngành tự động hóa, và Modicon đã cho ra mắt công chúng như một protocol miễn phí. - Ngày nay, MODBUS-IDA (www.MODBUS.org) , tổ chức sử dụng và cung cấp MODBUS lớn nhất tiếp tục hỗ trợ protocol MODBUS trên toàn cầu. Protocol là gì ? Protocol hay giao thức truyền thông là những quy định trong việc truyền thông tin giữa các thiết bị trong một hệ thống công nghiệp. Trong công nghiệp thì các bộ phận trong hệ thống được cấu trúc theo sơ đồ phân cấp như sau : Điều cần quan tâm ở đây là việc liên lạc và truyền tín hiệu giữa các thiết bị trong các cấp được thực hiện nhờ các đường dây bus tín hiệu( 4 loại bus: bus thường, bus hệ thống, mạng xí nghiệp,mạng công ty. Để truyền tín hiệu trên các bus thì cần có những tiêu chuẩn để truyền. Tiêu chuẩn này phải đảm bảo cả cấp trên và cấp dưới đều hỗ trợ. Tiêu chuẩn này được gọi là giao thức truyền thông. MODBUS là một hệ thống “chủ - tớ”, “chủ” được kết nối với một hay nhiều “tớ”. “Chủ” thường là một PLC, PC, DCS, hay RTU. “Tớ” MODBUS RTU thường là các thiết bị hiện trường, tất cả được kết nối với mạng trong cấu hình multi-drop . II-Phân loại Ba phiên bản MODBUS phổ biến nhất được sử dụng ngày nay là: - MODBUS ASCII - MODBUS RTU - MODBUS/TCP  Tất cả thông điệp được gửi dưới cùng một format. Sự khác nhau duy nhất giữa 3 loại MODBUS là cách thức thông điệp được mã hóa. MODBUS ASCII MODBUS ASCII, mọi thông điệp được mã hóa bằng hexadeci-mal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit. Đối với mỗi một byte thông tin, cần có 2 byte truyền thông, gấp đôi so với MODBUS RTU hay MODBUS/TCP. Tuy nhiên, MODBUS ASC II chậm nhất trong số 3 loại protocol, nhưng lại thích hợp khi modem điện thoại hay kết nối sử dụng sóng radio do ASC II sử dụng các tính năng phân định thông điệp. Do tính năng phân định này, mọi rắc rối trong phương tiện truyền dẫn sẽ không làm thiết bị nhận dịch sai thông tin. Điều này quan trọng khi đề cập đến các modem chậm, điện thoại di động, kết nối ồn hay các phương tiện truyền thông khó tính khác. MODBUS RTU Đối với MODBUS RTU, dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu. Đây là thiết bị lí tưởng đối với RS 232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 đến 115 baud. Tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200 baud. MODBUS RTU là protocol công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất, do đó hầu như trong bài viết này chỉ tập trung đề cập đến cơ sở và ứng dụng của nó. MODBUS/TCP MODBUS/TCP đơn giản là MODBUS qua Ethernet. Thay vì sử dụng thiết bị này cho việc kết nối với các thiết bị tớ, do đó các địa chỉ IP được sử dụng. Với MODBUS/TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP. Do đó, bất cứ mạng Ethernet hỗ trợ MODBUS/ IP sẽ ngay lập tức hỗ trợ MODBUS/TCP TOOL MODBUS CHO MICROWIN S7200 Toolbox_V32-STEP 7-Micro WIN 32 Instruction Library 1. MODBUS RTU II. CÁC GIAO THỨC TRUYỀN DỮ LIỆU KẾT NỐI S7-200 QUA MODBUS MODBUS S7200 Chỉ có một Master trong Số lượng Slave 247 Master và Slave trao đổi thông qua các hàm truyền Master mạng dữ liệu với nhau thông modbus. MBUS MBUS Slave MBUS Control: Khởi tạo modbus tại MS. MSG: Truyền nhận dữ liệu INT: Khởi tạo modbus tại SL MODBUS SLAVE: Đáp ứng yêu cầu của MS ĐIA CHỈ MODBUS TRONG S7200 HÀM MODBUS TẠI MASTER MBUS Control: Khởi tạo modbus tại MS. HÀM MODBUS TẠI MASTER Các tham số ngõ vào hàm khởi tạo modbus EN: Cho phép truyền nhận. thức truyền PLC Mode: Chọn cho cổng giao lựa giao tiếp của thông + Mode + Mode Baud: Tốc = 0:Chuẩn PPI =1 : Chuẩn modbus độ truyền thông Parity: Kiểm tra chẳm lẻ Timeout: Thời gian đợi đáp ứng từ slave. HÀM MODBUS TẠI MASTER MBUS MSG: Truyền nhận dữ liệu HÀM MODBUS TẠI MASTER Các tham số ngõ vào hàm MBUS MSG: EN: Cho phép hàm hoạt động First: Kích hoạt việc truyền nhận dữ liệu. Slave: Địa chỉ của slave 1 đến 247 RW: Ngõ vào điều khiển đọc ghi dữ liệu. RW = 0: Đọc dữ liệu từ slave về master RW = 1: Ghi dữ liệu từ master đến slave Address: Địa chỉ modbus trong Slave. HÀM MODBUS TẠI SLAVE Các tham số ngõ vào hàm MBUS MSG: Count: Số lượng bit hay word dữ liệu được đọc hay ghi. DataPtr: Con trỏ địa chỉ: Chỉ vùng nhớ trong S7 200 tại Master. V Done: Ngõ đã hoàn tất. Error: Byte ra lỗi. ra báo hiệu việc ghi hay đọc báo lỗi trong trường hợp xãy 131 BS: ThS. Tạ Văn Phương DIAE HÀM MODBUS TẠI SLAVE MBUS INTI: Khởi tạo modbus tại SL. HÀM MODBUS TẠI SLAVE Các tham số ngõ vào hàm EN: Bắt đầu thực hiện Mode: Chọn chế độ truyền Address: Địa chỉ của slave MBUS INTI thông ( từ 1 đến 247) Baud: Tốc độ truyền thông: Từ 1200 đến 115200. Parity: Bit kiểm tra chẳn Delay: Thời gian chờ để đến 32767 ms) lẻ. nhận dữ liệu (0 HÀM MODBUS TẠI SLAVE Các tham số ngõ vào hàm MBUS INTI MaxIQ: Số lượng ngõ vào, ngõ ra cho phép đọc, ghi ( 0 đến 128) MaxAI: Số lượng analog cho phép ghi 0 32) Maxhold:Số lượng word tối đa cho phép xuất trong slave Holdstart: Địa chỉ bắt đầu của vùng nhớ trong slave cho phép master truy xuất. đến truy V HÀM MODBUS TẠI SLAVE MBUS_SLAVE : PHỤC VỤ YÊU CẦU TỪ MODBUS MATTER HÀM MBUS SLAVE MBUS SLAVE: Được sử dụng yêu cầu từ modbus master. để phục vụ MBUS SLAVE: Phải được gọi mỗi chu kỳ quét của chương trình. Nếu slave đáp ứng các yêu cầu của master Error trường thì bit Done = 1, ngược lại Done = 0. được sử dụng để hợp xãy ra lỗi. báo lỗi trong MÃ LỖI XÃY RA TRONG MODBUS TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU MODBUS TRUYỀN NHẬN DỮ LIỆU MODBUS CHƯƠNG TRÌNH THAM KHẢO MASTER SLAVE TCP/IP là một hệ thống giao thức - một tập hợp các giao thức hỗ trợ việc lưu truyền trên mạng Hai giao thức được dùng chủ yếu ở đây là TCP (Transmision control protocol ) và IP (Internet protocol). TCP là một kiểu giao thức kiểu có kết nối (connection-oriented) tức la cần phải có một giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể TCP trước khi chúng ta thực hiện trao đổi dữ liệu. Còn giao thức IP là một giao thức kiểu không kết nối (connectionless), nghĩa là không cần phải có giai đoạn thiết lập liên kết giữa một cặp thực thể nào đó trước khi trao đổi dữ liệu. 2. TCP/IP CÁC ĐẶC TÍNH QUAN TRỌNG CỦA TCP/IP Bộ giao thức TCP/IP không bị ràng buộc vào một phần cứng hay hệ điều hành nào.TCP/IP là cách lý tưởng để liên kết các phần cứng và phần mềm khác nhau,ngay cả khi bạn sử dụng chúng để giao tiếp thông qua internet. Bộ giao thức TCP/IP độc lập với các phần cứng của mạng máy tính.Đặc tính này cho phép TCP/IP tích hợp các kiểu mạng máy tính khác nhau.Bộ giao thức TCP/IP có thể sử dụng Ethernet,token ring….và hầu như trên các mạng vật lý truyền tin khác nhau Bộ giao thức TCP/IP có chế độ đánh địa chỉ chung cho phép các máy sử dụng TCP/IP giao tiếp với máy có địa chỉ đúng trên toàn mạng,ngay cả đối với mạng máy tính rất lớn như mạng toàn cầu. Bộ giao thức TCP/IP đã chuẩn hóa các bộ giao thức ở tầng trên hướng đến tính ổn định,dễ sử dụng cho các dịch vụ trên mạng CẤU TRÚC CỦA MÔ HÌNH TCP/IP Tầng tiếp cận mạng : bao gồm các giao thức để tiếp cận các mạng vật lý. Tầng Internet : xác định gói dữ liệu và quản lý đường truyền Tầng vận tải : cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu đầu-cuối Tầng ứng dụng : bao gồm các ứng dụng và các quy trình sử dụng mạng. Theo các bước sau để thiết lập giao tiếp với một mạng Ethernet TCP/IP: Nhấp vào biểu tượng truyền thông trong thanh Navigation hoặc chọn View> Component> Truyền thông menu lệnh. Kích đúp vào biểu tượng Access Point trong Communications Setup window. Chọn thẻ Ethernet cho thiết bị của bạn . Nhấn vào nút Properties trên Set PG / PC hộp thoại của giao diện. Một khi bạn hoàn thành cấu hình của bạn, nhấn OK trên Set PG / PC hộp thoại của giao diện. Truyền thông trong hộp thoại Setup, sử dụng trình duyệt biểu tượng địa chỉ IP để chọn hoặc nhập địa chỉ IP cho CP243-1 mô-đun Ethernet tương ứng. Các địa chỉ IP duy nhất được kiểm tra là các địa chỉ IP mà bạn đã cài đặc cấu hình. Nhấn đúp chuột vào biểu tượng làm mới để cố gắng kết nối đến địa chỉ IP đã xác định. Để xác minh rằng các kết nối mới được kích hoạt, kích đúp vào biểu tượng PLC trong cửa sổ Communications. Cửa sổ PLC Thông tin xuất hiện và CFG LED trên các mô-đun Ethernet CP243-1 mở ra. Một khi bạn đã thiết lập một kết nối với các module Ethernet, có thể xem lại các mô-đun được báo cáo như thế nào. Để truy cập vào thông tin này: Nhấn đúp chuột vào biểu tượng trong Communications Setup window OR. Chọn PLC> Information. PLC Information hộp thoại xuất hiện. Nhấn đúp chuột vào mục CP243-1 mô-đun Ethernet được liệt kê. Bạn có thể sử dụng mô-đun Ethernet hộp Information xem lại: Information mô-đun: Hiển thị kiểu mô-đun, firmware, và CP243-1 mô-đun Ethernet hardware revision. Bạn có thể sử dụng mô-đun Ethernet hộp Information xem lại: Lỗi mô-đun: Hiển thị chuỗi mã lỗi và lỗi Bạn có thể sử dụng mô-đun Ethernet hộp Information xem lại: CP243-1 State: Hiển thị thông tin trạng thái về các kết nối giữa các thiết bị mô-đun khác nhau. Hiển thị các loại cấu hình Ethernet được sử dụng trong trường thứ hai. Hiển thị xem Bước 7 - Micro / WIN kết nối với các mô-đun Ethernet được thành lập trong trường thứ ba. Hiển thị các mô-đun Ethernet được kết nối với một mạng LAN Ethernet trong trường thứ tư. Bạn có thể sử dụng mô-đun Ethernet hộp Information xem lại: Giá trị bộ nhớ đặc biệt: Hiển thị Q địa chỉ byte của các mô-đun bộ nhớ và con trỏ V đến địa chỉ dữ liệu khối mà cấu hình mô-đun được lưu trữ. Bạn có thể sử dụng mô-đun Ethernet hộp Information xem lại: Địa chỉ: Hiển thị địa chỉ IP, Subnet mask, địa chỉ Gateway, địa chỉ MAC cho các mô-đun Ethernet. Bạn có thể sử dụng mô-đun Ethernet hộp Information xem lại: Kênh: Hiển thị các kênh kết nối, trạng thái kết nối (cấu hình, không cấu hình, sẵn sàng, không sẵn sàng), Loại kết nối (khách hàng, máy chủ), địa chỉ IP từ xa, giá trị TSAP từ xa,Keep Alive được kích hoạt hay vô hiệu hóa, và Lỗi tình trạng kết nối. Lưu ý rằng tất cả các thông tin này sẽ được nhập vào khi bạn sử dụng thuật sĩ Ethernet. ETHx_CFG (Chương trình con cấu hình Module) Bit EN cho phép hoạt động và được duy trì cho đến khi bit Done được tác động, cho biết quá trình đã hoàn thành . Một lệnh CFG được gửi đến Module Ethernet. Sau mỗi lần quét và khi ngõ vào START được tác động và module sẵn sàng . Ngõ vào Start có thể được cấp xung thông qua một bộ phận phát hiện xung , chỉ cho phép một lệnh được gửi đi. Bit Done tác động khi các module Ethernet xử lý xong các lệnh và sẵn sàng để khởi động lại các module CP với các thông tin cấu hình mới. Sau khi khởi động lại , giá trị các thông số ở Done và Error được thiết lập về giá trị mặc định . Error chứa các kết quả của quá trình gửi dữ liệu vào module và chỉ tác động khi bit Done đầu tiên đến. ETHx_CTRL (Chương trình con khởi tạo Module CP243-1) ETHx_CTRL, chương trình con khởi tạo và thực hiện kiểm tra lỗi cho các module Ethernet. Các chương trình con nên được gọi ở bắt đầu của mỗi lần quét và chỉ nên được sử dụng một lần ở mỗi module. CP_Ready sẽ tác động khi các module Ethernet sẵn sàng nhận lệnh từ các chương trình con khác. Ch_Ready được gán cho mỗi kênh để cho biết kênh nào được kết nối. Ví dụ, bit 0 lên ON khi kênh 0 được kết nối. Error chứa các trạng thái của các module. Chương trình con này ra lệnh cho module Ethernet CP243-1 kiểm tra vùng nhớ V với cấu hình mới cho mỗi lần CPU chuyển sang chế độ RUN. Nếu cấu hình khác nhau hoặc bảo vệ CRC bị vô hiệu hóa, thì các module sẽ được thiết lập lại với cấu hình mới ETHx_XFR (Truyền dữ liệu cho chương trình con) Bit EN cho phép một lệnh vào các mô-đun và nên tiếp tục cho đến khi bit Done được thiết lập, có dấu hiệu kết thúc của quá trình Lệnh XFR được gửi vào Module Ethernet trong mỗi lần quét khi ngõ vào START có tín hiệu và module sẵn sàng đáp ứng Chan_ID là số một trong những kênh máy khách của bạn, bạn cấu hình theo trình wizard. Bạn sử dụng tên biểu tượng bạn chỉ định trong wizard. DATA là số một trong những định nghĩa truyền dữ liệu cho các kênh quy định bạn đã chọn cấu hình trong trình hướng dẫn. Bạn sử dụng tên biểu tượng bạn chỉ định trong chương trình. Hủy bỏ các lệnh module Ethernet để ngăn chặn việc truyền dữ liệu trên kênh quy định. Nó không ảnh hưởng đến việc truyền dữ liệu trên các kênh khác. Nếu Giữ chức năng Alive cho kênh quy định bị vô hiệu hóa, bạn sử dụng các tham số Abort để hủy bỏ yêu cầu truyền dữ liệu sau khi nó đã vượt quá giới hạn thời gian chờ mong đợi của bạn.