Ngày nay, tốc độ phát triển của tự động hóa trong công nghiệp sản xuất ngày càng trở nên mạnh mẽ; điều này yêu cầu khả năng điều khiển và giám sát các thành phần trong hệ thống ngày càng phức tạp hơn. Để đáp ứng được yêu cầu đó, sự mở rộng về số lượng các thiết bị trong hệ thống tự động hóa là điều tất yếu. Và với 1 Module PLC tiêu chuẩn ( Bộ điều khiển khả trình) – bộ não của một hệ thống, thì chưa thể đáp ứng được đầy đủ số lượng Input Output. Vì vậy mà khái niệm Module I/O mở rộng cho PLC ra đời.

Trong một nhà máy, các thiết bị ngoại vi như cảm biến, đồng hồ đo, công tắc, … sẽ đặt gần hiện trường nơi sản xuất và phân thành nhiều khu vực khác nhau. Nên khi đó bắt buộc người kĩ sư phải nghĩ đến phương pháp sử dụng mạng truyền thông cho các I/O module mở rộng (Remote I/O).

Khi nghĩ đến mạng truyền thông, sẽ có rất nhiều tiêu chuẩn mạng khác nhau để người kĩ sư có thể sử dụng tùy vào phần cứng và ứng dụng của hệ thống. Nhưng một trong những tiêu chuẩn vừa phổ biến nhiều hãng PLC sử dụng, vừa đáp ứng khả năng điều khiển giám sát tốc độ cao, đó chính là Profinet.

Vậy khái niệm Module mở rộng, Remote IO, cũng như làm thể nào để truyền thông Profinet giữa một remote IO với một PLC cụ thể các bước như thế nào, tất cả sẽ được gói gọn vào bài viết này. Các bạn hãy cùng đọc để tìm hiểu nhé!

Module I/O mở rộng cho PLC là gì ?

Trước hết, bạn cần hiểu khái niệm về PLC là gì? PLC viết tắt cho Programmable Logic Controller. Như cái tên của nó, đó là một bộ điều khiển cho phép được lập trình bởi người sử dụng dựa trên các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. Mỗi module PLC sẽ có một số lượng ngõ vào để đọc các tín hiệu hệ thống như cảm biến, đồng hồ đo,.. và số ngõ ra nhất định để điều khiển các cơ cấu chấp hành.

Nhưng nếu số lượng I/O trên module không đáp ứng đủ cho hệ thống, bắt buộc ta phải sử dụng thêm các module mở rộng PLC. Vậy module I/O mở rộng cho PLC nghĩa là tăng thêm số lượng Input và Output cho PLC chính của hệ thống; nhằm kết nối thêm được các thiết bị ngoại vi ngõ vào và cơ cấu chấp hành ngõ ra.

Module I/O mở rộng cho PLC thông thường sẽ bao gồm các module như: Module DI ( mở rộng Digital Input), Module DO ( mở rộng Digital Output), Module AI ( mở rộng Analog Input), Module AO ( mở rộng Analog Output). Số cổng mở rộng thêm thông thường cho các module này có thể là 4, 8 hoặc 16 tùy vào nhu cầu của người sử dụng.

So sánh giữa Local IO và Remote IO

Các module mở rộng cố định 1 chức năng được giới thiệu ở trên là những Local IO Module, nghĩa là những thiết bị mở rộng gắn chung với thanh đơn vị cơ sở ( các slot mở rộng) chung với trạm PLC chính. Và các local module IO này phải cùng hãng với PLC chính để có thể tương thích về Input Output.

Nhưng sẽ có những nhược điểm của các Local I/O module này như giới hạn về khoảng cách đi dây dẫn. Khi mà hầu hết các nhà máy lớn hiện nay có số lượng cảm biến đặt tại nhiều phân khu sản xuất khác nhau, thì giải pháp đi dây dẫn truyền thống như vậy sẽ không áp dụng được. Vì vậy, một khái niệm nữa đã xuất hiện đó chính là Remote IO module.

Remote IO là các module I/O phân tán. Nó khắc phục được các nhược điểm của Local IO, khi các module này hỗ trợ sử dụng mạng truyền thông để đưa dữ liệu các thiết bị ngoại vi về trạm PLC chính một cách dễ dàng. Thông thường các remote IO sẽ hỗ trợ giao tiếp với PLC qua nhiều giao thức truyền thông thông dụng như Profinet, Modbus TCP-IP,…

Remote I/O có thể đặt gần các ngoại vi tại hiện trường để truyền tín hiệu về PLC chính từ xa. Vì vậy khi cần đọc các loại tín hiệu liên tục như các cảm biến Analog tại hiện trường, thì khả năng chống nhiễu vô cùng tốt. Đồng thời các Remote IO sẽ thay thế PLC chính cho việc đặt tại các vị trí khắc nghiệt tại hiện trường.

R-32DIDO – Giải pháp tối ưu để mở rộng số lượng I/O và truyền thông PLC

Với một kĩ thuật lập trình PLC Siemens, Profinet IO sẽ là một công cụ mạnh mẽ để người lập trình có thể sử dụng cho việc mở rộng số lượng I/O với remote I/O.

Và còn gì tuyệt vời hơn khi Seneca – một hãng hàng đầu trong sản xuất tự động hóa về thiết bị truyền thông công nghiệp đã cho ra đời một thiết bị tối ưu hơn bao giờ hết. Đó chính là R-32DIDO, một remote I/O cho phép mở rộng lên đến 32 ngõ DI/O cấu hình linh hoạt ngõ vào, ngõ ra; lại có khả năng truyền thông mạnh mẽ linh hoạt để kết nối với PLC.

Seneca đã tạo ra file GSD cho R-32DIDO để người lập trình Siemens dễ dàng add vào thư viện của Tia Portal và kết nối với PLC qua Profinet IO. Nếu bạn đang cần mở rộng số lượng ngõ vào/ ra cho PLC S7-1200, muốn sử dụng truyền thông thì R-32DIDO là một lựa chọn tuyệt vời.

R-32DIDO là thiết bị gì?

R- 32DIDO là một thiết bị Remote I/O thuộc series R-LINE của Seneca – Italy tạo ra với mục đích mở rộng I/O cho hệ thống thêm 32 Digital Input/ Digital Output. Nghĩa là vừa mở rộng I/O 32 ngõ Digital như 1 thành phần của PLC Station, vừa có thể truyền nhận dữ liệu từ xa kiểm soát 32 ngõ đó chỉ qua 1 cáp Ethernet. R-32DIDO có thể đặt gần hiện trường để kết nối với các cảm biến, nút nhấn, công tắc; đóng vai trò là 1 Server và đưa tín hiệu về trạm PLC Client để giám sát qua truyền thông.

Thông số kĩ thuật của R-32DIDO

• Nguồn cấp: 10 – 40 Vdc; 19 – 28 Vac
• Công suất tối đa: tiêu thụ 3W; tỏa nhiệt 6.5W
• Nhiệt độ hoạt động: -25⁰C đến 65⁰C
• Cài đặt cấu hình: Thông qua WebServer
• Giao tiếp: Kết nối qua terminal 3.5mm, tiết diện dây tối đa 1.5mm². Có 2 cổng Ethernet cổng RJ45, và một port giao tiếp RS485
• Digital Inputs: 32 channels với điện áp ngưỡng mức cao > 11V, mức thấp < 4V; Vmax 24V.
• Digital Outputs: 32 channels với dạng ngõ ra Mosfet, PNP với điện áp/ dòng điện 24V/ 0.2A
• Counters: 32 counters với 32 bit, tốc độ tối đa đến 500Hz

Khả năng linh hoạt trong truyền thông của R-32DIDO

R-32DIDO của Seneca cho phép khả năng truyền thông rất linh hoạt gồm: Modbus RTU, Modbus TCP/IP, Profinet IO. Tùy vào giao thức truyền thông thì người sử dụng sẽ lựa chọn sao cho phù hợp với hệ thống.

Nhưng để nói chọn truyền thông của R-32DIDO theo giao thức nào để có thể vừa tương thích với PLC Siemens, tốc độ truyền nhận dữ liệu theo thời gian thực và giảm thiểu khối lượng lập trình, thì đó chính là Profinet IO. Lý do là như đầu bài mình đã đề cập, Seneca đã tạo ra file GSD để dễ dàng add vào project của Siemens. Vậy chi tiết cách kết nối và lập trình như thế nào, mời các bạn hãy xem tiếp phần tiếp theo của bài viết.

Hướng dẫn truyền thông Profinet IO giữa PLC S7-1200 và R-32DIDO

Update Firmware cho R-32DIDO

Nếu bạn đang có trong tay mình R-32DIDO-P thì khi sử dụng Profinet IO, bạn không cần quan tâm đến vấn đề Update Firmware nữa, chỉ cần quét địa chỉ IP để truy cập vào web server của nó để cài đặt.

Và nếu bạn đang có R-32DIDO, thì bạn cần phải Update Firmware nó lên version  Profinet là R-32DIDO-P. Đầu tiên vào web Seneca.it để truy cập vào thiết bị R-32DIDO-P để lấy file Firmware về máy. Lưu ý nhỏ khi tải file Firmware, bạn hãy tải file Firmware được Seneca tải lên gần nhất để có thể cập nhật được giao diện cài đặt mới và tối ưu nhất.

Seneca Discovery Device là app Seneca tạo ra để quét địa chỉ IP cấu hình cho các thiết bị trong hệ thống. Đầu tiên R-32DIDO sẽ có địa chỉ Factory mặc định là 192.168.90.101. Bạn cần thay đổi địa chỉ IP của thiết bị bằng cách nhấn vào Assign IP và set lại địa chỉ IP mong muốn

Sau đó nhấn Open WebServer để truy cập vào web của thiết bị. Lúc này ta sẽ thấy giao diện Webserver của R-32DIDO tiêu chuẩn.

Sau đó chọn đến tab Update Fw/Conf Load/Save để tải file update firmware của bạn đã tải từ web của R-32DIDO-P của Seneca.

Sau đó, việc ta cần làm chỉ là Upload File đã tải về lên sau khi nhấn Choose File, và nhấn Update Firmware để hoàn tất quá trình cập nhật. Bạn chỉ cần quan sát trạng thái Led thực tế của R-32DIDO bắt đầu thay đổi và đợi web server load xuống file firmware mới cho thiết bị khoảng 60s là quá trình cập nhật R-32DIDO lên R-32DIDO để truyền thông Profinet đã hoàn tất.

Kết nối và cài đặt cấu hình mạng cho hệ thống

Kết nối Profinet IO giữa S7-1200 với R-32DIDO

Để đi vào phần kết nối Profinet IO giữa S7-1200 với R-32DIDO, mình sẽ lấy một ứng dụng cụ thể đơn giản để các bạn có thể hình dung. Ví dụ như hệ thống của bạn đang cần đọc tín hiệu Sensor PNP và gửi về PLC S7-1200; từ đó PLC xuất tín hiệu cho R-32DIDO điều khiển đá Relay qua Profinet IO:

Qua sơ đồ kết nối, ta có thể thấy chỉ cần 1 cáp Ethernet truyền thông Profinet IO, là PLC đã có thể điều khiển giám sát 32 ngõ vào ra Digital của Remote I/O như R-32DIDO. Sau khi kết nối hoàn tất, ta sẽ đi vào phần cài đặt trên phần mềm để bắt đầu truyền thông giữa S7-1200 và R-32DIDO.

Đầu tiên, ta tải file GSD của R-32DIDO-P xuống để add vào thư viện của TIA PORTAL ( giao diện lập trình của Siemens). Vào mục Options, chọn Manage General Description Files (GSD) và chọn đến file GSD ta đã tải xuống từ R-32DIDO-P của web Seneca như sau:

Sau khi Upload thành công, ta có thể kiểm tra thiết bị đã add vào thư viện thành công hay chưa bằng cách vào tab Hardware Catalog/ Other Field Devices/ Profinet IO/ I/O/ Seneca S.R.L/ Seneca R-series Devices. Tại đây ta có thể thấy R-32DIDO-P mà ta đã add qua file GSD trước đó. Chọn R-32DIDO-P Ethernet I/O và kéo thả vào project để bắt đầu Connect với S7-1200.

Vậy là việc add thiết bị R-32DIDO-P để truyền thông Profinet S7-1200 đã hoàn tất, việc cần làm là chỉ cần kéo thả dây ethernet trong project từ S7-1200 qua R-32DIDO-P. Như vậy là bạn đã kết nối thành công S7-1200 và R-32DIDO rồi đó.

Cấu hình mạng cho S7-1200 với R-32DIDO

Sau đó bạn cần hiệu chỉnh lại địa chỉ IP cho PLC và R-32DIDO một cách rất đơn giản. Vào phần Properties của 2 thiết bị và chọn đến phần Ethernet Address, sau đó chỉ cần hiệu chỉnh lại địa chỉ IP mong muốn của bạn. Lưu ý trong việc set địa chỉ IP là các thiết bị phải chung 1 lớp mạng, và phân biệt với nhau bằng địa chỉ cuối. Ví dụ trường hợp này mình sẽ set cho PLC là 192.168.1.100 và R-32DIDO là 192.168.1.103

Tiếp theo việc bạn cần làm là download chương trình xuống để PLC và R-32DIDO có thể nhận địa chỉ IP đã cài đặt

Cuối cùng ta chỉ cần Scan lại IP của R-32DIDO để truy cập vào web server của nó. Vậy là việc set địa chỉ IP cho R-32DIDO đã hoàn tất.

Khi truy cập vào Web Server R-32DIDO, ta sẽ thấy được giao diện web server tiêu chuẩn của thiết bị như sau:

Lập trình giao tiếp Profinet IO giữa R-32DIDO và PLC S7-1200

Bước 1: Cấu hình địa chỉ vùng nhớ cho 32 ngõ Digital của R-32DIDO

Với 32 ngõ DI/DO của R-32DIDO, ta có thể cài đặt tùy ý 32 ngõ này sẽ nằm ở vùng nhớ nào của PLC. Và 32 ngõ digital sẽ tương ứng với 32 bit nghĩa là 4 Byte. Mình sẽ chọn địa chỉ bắt đầu của Input là Byte 100, thì kết thúc sẽ là địa chỉ Byte 103. Tương tự với vùng nhớ Output, ta cũng sẽ set địa chỉ nằm trong khoảng từ 200 đến 203. Lưu ý là khi bạn đặt địa chỉ ô nhớ cho R-32DIDO, phải cấu hình sao cho không trùng với địa chỉ vùng nhớ các chức năng khác của PLC

Bước 2: Cấu hình ngõ Digital là ngõ vào số/  ngõ ra số

Ta có thể cấu hình ngõ vào hoặc ngõ ra số cho R-32DIDO ngay trên TIA PORTAL. Để truy cập để cấu hình ngõ ra, tại cửa số R-32DIDO, bạn hãy chọn Set Digital I/O Intput Output. Bạn chỉ cần nhấn mũi tên chỉ xuống là đã có thể cấu hình nó là ngõ ra hay ngõ vào rồi. Thật dễ dàng đúng không nào

Bước 3: Đổi Name tag cho ngõ vào/ ngõ ra

Sau khi hoàn thành 2 bước ở trên, tại cửa sổ Propertise/ IO Tags sẽ xuất hiện tất cả các ngõ Digital của R-32DIDO. Và ta có thế dễ dàng đặt tên cho các ngõ này để thuận tiện cho việc lập trình. Ở đây mình sẽ sử dụng DI8 để đọc tín hiệu ngõ Digital Input 8 từ R-32DIDO qua mạng Profinet IO.  Đồng thời cũng tại đây khi scroll chuột xuống phía dưới bạn sẽ thấy list danh sách ngõ ra. Mình sử dụng DO5 để gửi tín hiệu đến ngõ Digital Output 5 của R-32DIDO để đá Relay.

Bước 4: Khai báo biến và lập trình để kiểm tra kết nối mạng Profinet IO

Sau khi đã tạo các biến để sử dụng, việc cần làm cuối cùng là bạn sẽ lập trình để điều khiển logic theo các ngõ Digital đó. Trong trường hợp mình lấy ví dụ, R-32DIDO đặt tại hiện trường gần cảm biến PNP, khi cảm biến gửi tín hiệu về ngõ DI8 của R-32DIDO, R-32DIDO gửi về PLC tín hiệu của cảm biến.

Mình sẽ giả lập 1 ngõ Q0.1 của PLC làm tín hiệu cảm biến PNP để test gửi về DI8 của R-32DIDO, sau đó R-32DIDO sẽ gửi tín hiệu DI8 về PLC thông qua Profinet IO, từ đó PLC khi nhận tín hiệu DI8 sẽ kích DO5 của R-32DIDO qua Profinet IO. Như vậy là ta đã có thể kiểm tra kết nối Profinet IO giữa PLC và R-32DIDO rồi. Việc lập trình thật đơn giản đúng không nào!

Lời kết

Thông qua bài viết, bạn có thể sẽ hiểu được hơn về

• Một Remote I/O hoạt động như thế nào tại sao lựa chọn R-32DIDO là 1 Remote I/O cho hệ thống của mình
• Các bước truyền thông R-32DIDO với PLC S7-1200

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Chúc các bạn thành công. Nếu có thắc mắc hay nhận xét gì, các bạn hãy liên lạc theo thông tin ở cuối trang web.

Bạn có thể tìm đọc thêm: Truyền thông PLC với thiết bị Remote I/O R-32DIDO – (huphaco.vn)

Mạng truyền thông công nghiệp đang ngày càng chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong việc xây dựng một hệ thống tự động hóa. Bởi hiển nhiên khi ta nắm vững mạng truyền thông ta có thể giao tiếp với tất cả các thiết bị mặc dù không cùng 1 hãng sãn xuất. Một trong những mạng truyền thông vừa đem lại tốc độ truyền nhận dữ liệu tốc độ cao; vừa thông dụng và tương thích với nhiều thiết bị các hãng khác nhau đó là mạng Profinet IO.

Nếu như một kĩ sư lập trình PLC, chắc hẵn bạn sẽ rất quan tâm làm thế nào để truyền thông Profinet IO với PLC có trong hệ thống của mình với các thiết bị hãng khác đúng không nào ? Vậy hãy cũng mình tìm hiểu về khái niệm tiêu chuẩn mạng này trong bài viết này nhé

Profinet là gì?

Profinet hay còn gọi là Process Field Net được phát hành vào năm 1993, là một giao thức truyền thông công nghiệp dựa trên Ethernet. Cáp mạng Profinet mang trong mình giao diện vật lý của jack cắm Ethernet RJ45 tiêu chuẩn. Nên ta có thể mở rộng bằng cách sử dụng các Switch Hub Ethernet tiêu chuẩn để mở rộng hệ thống mạng. Các thiết bị trong một mạng Profinet sẽ giao tiếp với nhau dựa trên địa chỉ IP mà người sử dụng đã cấu hình cho từng tên thiết bị trong hệ thống.

Là người sử dụng Profinet, bạn cần quan tâm đến 2 điều quan trọng nhất khi cấu hình mạng là địa chỉ IP và tên thiết bị trong hệ thống. Điều quan trọng khi cấu hình địa chỉ IP là mỗi thiết bị khác nhau không được trùng địa chỉ IP cuối như phải cùng lớp mạng với nhau. Vì ta đã hòa chung các thiết bị vào 1 lớp mạng và cần phân biệt độc lập các thiết bị đó.

Profinet IO – Giải pháp tối ưu cho hệ thống điều khiển tự động

Profinet IO hoạt động dựa trên tiêu chuẩn mạng Profinet. Profinet IO sẽ đáp ứng đầy đủ tất cả ưu điểm về truyền nhận tốc độ cao linh hoạt, giám sát dữ liệu theo thời gian thực như mạng Profinet, vì Profinet IO là một phần của mạng Profinet. Nhưng điểm khác biệt là bạn sẽ add thiết bị giao tiếp Profinet vào chung một dự án và cùng hòa chung 1 lớp mạng Ethernet để trở thành 1 I/O Device trong hệ thống của mình.

Profinet IO được cấu hình thông qua GSD Files – là file các hãng tạo ra để add vào hardware của thiết bị khác; nhằm dễ dàng hơn trong việc lập trình và giao tiếp giữa các thiết bị với nhau.

Và điều này sẽ có lợi hơn rất nhiều so với Profinet truyền thống hay giao thức TCP-IP bởi sẽ giảm thiểu khối lượng lập trình cho người lập trình đi rất nhiều. Với Profinet IO, chỉ cần 1 vài bước cấu hình, ta đã có thể dễ dàng truy xuất giám sát dữ liệu giữa các thiết bị.

Ứng dụng của Profinet IO

Profinet IO cung cấp thời gian đáp ứng truyền nhận dữ liệu với chu kì dưới 1ms giữa một bộ điều khiển Profinet IO Controller ( Client ) và các thiết bị Profinet IO Devices (Server). Vì vậy mà Profinet IO rất lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao trong công nghiệp.

Profinet IO như là một chìa khóa mở ra cánh cửa tuyệt vời đối với những ai muốn mở rộng hệ thống của mình; do số lượng Input và Output hạn hẹp mà PLC sẵn có. Khi mà các remote I/O, là những module I/O nhưng sử dụng mạng truyền thông đang dần thay thế cho những local I/O gắn chung với bus local của PLC cùng hãng; do sự bất tiện về khoảng cách điều khiển và tốc độ truyền nhận dữ liệu cũng như khả năng chống nhiễu của nó không thể đáp ứng như một remote I/O. Và Profinet IO sẽ được tích hợp vào các remote I/O để truyền thông với PLC một cách dễ dàng.

Ngoài việc mở rộng hệ thống với các remote I/O, Profinet IO cũng được tích hợp trong các thiết bị Gateway chuyển đổi tín hiệu giữa Modbus RTU và Profinet. Nhờ Profinet IO, các trạm PLC đọc được tín hiệu modbus RTU qua Gateway giá thành hợp lý hơn; thay thế cho các module modbus RTU của hãng PLC đó.

Các thiết bị sử dụng mạng Profinet IO

Module Remote I/O R-32DIDO-P

Như mình đã đề cập trước đó, Profinet IO được ứng dụng mạnh mẽ cho các thiết bị tự động hóa Remote I/O. Và một trong những Remote I/O được trang bị sẵn file GSD đến từ nhà Seneca – một trong những hãng hàng đầu thế giới về thiết bị chuyển đổi mạng truyền thông công nghiệp, đó là R-32DIDO-P.

Đây là module được sử dụng rất nhiều trong hệ thống điều khiển tự động; nhờ vào số lượng lớn input output và sự linh hoạt trong việc giao tiếp mạng truyền thông công nghiệp của nó. Vậy ta sẽ cùng đi qua các thông số kĩ thuật và chức năng của R-32DIDO-P

Thông số kĩ thuật của R-32DIDO-P

• Nguồn cấp: 10 – 40 Vdc; 19 – 28 Vac
• Công suất tối đa: tiêu thụ 3W; tỏa nhiệt 6.5W
• Nhiệt độ hoạt động: -25⁰C đến 65⁰C
• Cài đặt cấu hình: Thông qua WebServer
• Lập trình: CodeSys, Tia Portal
• Giao tiếp: Kết nối qua terminal 3.5mm, tiết diện dây tối đa 1.5mm². Có 2 cổng Ethernet cổng RJ45, và một port giao tiếp RS485
• Hỗ trợ truyền thông: Profinet IO
• Digital Inputs: 32 channels với điện áp ngưỡng mức cao > 11V, mức thấp < 4V; Vmax 24V.
• Digital Outputs: 32 channels với dạng ngõ ra Mosfet, PNP với điện áp/ dòng điện 24V/ 0.2A

Counters: 32 counters với 32 bit, tốc độ tối đa đến 500Hz

Sơ đồ chân của R-32DIDO-P

Ta có thể thấy sơ đồ chân của R-32DIDO-P đã thể hiện rất rõ để người đấu nối. Ta có thể biết kết nối nguồn vào, các ngõ vào/ra Digital, cổng RS485. Một lưu ý là module tách ra làm 2 nguồn, 1 nguồn sử dụng cho DI/O từ 1à 8 và 1 nguồn sử dụng cho DI/O từ 9 và 32.

Các bạn chỉ cần xem cẩn thận Manual là đã có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị trong hệ thống của mình rồi!

Chức năng của R-32DIDO-P

• Với khả năng mở rộng lên đến 32 ngõ vào ra tùy ý, R-32DIDO-P dễ dàng thích nghi với số lượng thiết bị ngoại vi muốn đọc về ngõ vào; cũng như số lượng ngõ ra cần điều khiển. Vì vậy, việc có R-32DIDO trong hệ thống của bạn giúp bạn dễ dàng thay đổi số lượng I/O. Chức năng này vượt trội hơn các module mở rộng cùng hãng PLC khi chỉ cố định số lượng ngõ vào ra.

• Khi truyền thông Profinet IO, R-32DIDO-P cho phép người lập trình PLC add file GSD vào project để lập trình cấu hình tương thích hoàn toàn như một I/O module cùng hãng PLC đó. Do module R-32DIDO của Seneca hỗ trợ người lập trình có thể lập trình ngay trên TIA PORTAL (các dòng PLC Siemens) và CodeSys (tất cả các dòng PLC thuộc tiêu chuẩn IEC 61131-3 như Allen Bradley, Delta,..)

Module Remote I/O R-8AI-8DIDO-P

Module R-8AI-8DIDO-P đến từ Seneca – Italy là một remote I/O tuyệt vời đối với những ai muốn mở rộng số lượng input output cho PLC. Không những ta có thêm 8 ngõ Digital cấu hình ngõ vào ra tùy ý, mà còn có 8 ngõ Analog Input để đọc nhiều loại ngõ vào khác nhau: từ điện áp, dòng điện, đến cả thermocouple, RTD. R-8AI-8DIDO-P có khả năng trong truyền thông Profinet IO và Modbus TCP-IP/ RTU (khi hạ firmware xuống R-8AI-8DIDO); nên việc mở rộng kết hợp với PLC là điều rất dễ dàng. Vậy chi tiết thông số kĩ thuật và chức năng của R-8AI-8DIDO, bạn hãy cùng xem chi tiết ở phần tiếp theo nhé.

Thông số kĩ thuật của R-8AI-8DIDO-P

• Nguồn phụ từ bộ chuyển đổi: 10 đến 40 Vdc, 10 đến 28 Vac,
• Công suất tiêu thụ: 3W
• Cách ly điện áp: 1500V
• Trạng thái đèn báo:

• • Power supply
  • Input/output
  • STS (IP address/DHCP)
  • RX/TX (Receive/transmit data over RS485)
  • Ethernet TRF/LNK (Transit packets/ Ethernet connection)

• Nhiệt độ môi trường lắp: -25…+65 độ C
• Giao thức: Profinet IO
• Cài đặt: Dip Switch, Web Server
• Lập trình: CodeSys, Tia Portal
• Input Analog: 8 kênh (voltage -30…30V, -120mV…120mV; current: -24mA…24mA; thermocouple: J, K, T, E…; RTD)
• Input Digital: 8 channels
• Digital output: 8 kênh (PNP, Mosfet..)
• Communication port: 2 ethernet, 1 RS485, 1 microUSB dùng để cài đặt
  

  Sơ đồ chân của R-8AI-8DIDO-P

Sơ đồ chân đã được thể hiện rõ ràng số chân và chú thích trực quan trên thiết kế vỏ ngoài của R-8AI-8DIDO. Nơi cấp nguồn, port giao tiếp RS485, ngõ vào Analog và ngõ vào/ra Digital đã được thể hiện rõ trong Manual của R-8AI-8DIDO, bạn chỉ cần xem số chân và đấu dây cẩn thận theo chú thích là đã có thể đấu được vào hệ thống của mình.

Chức năng của R-8AI-8DIDO-P

R-8AI-8DIDO-P là bản phát triển hơn của Seneca so với module trước đó là R-32DIDO-P, nên chắc chắn R-8AI-8DIDO-P sẽ có đầy đủ các chức năng như R-32DIDO-P. Dù hạn chế về số lượng ngõ vào ra về còn 8 ngõ DI/DO so với phiên bản trước nhưng nhà phát hành đã trang bị thêm đến 8 ngõ Analog Input. Điều đặc biệt là 8 kênh Analog này sẽ đọc được hầu hết các dạng tín hiệu khác nhau ( Voltage (V/mV), Current (mA), Thermocouple, PT100)

R-8AI-8DIDO-P là một module mở rộng số lượng I/O cấu hình linh hoạt kết hợp với 8 ngõ Analog Input, vì vậy ta có thể sử dụng để đọc tín hiệu ngoại vi như cảm biến nhiệt độ, áp suất, PNP,… tại hiện trường; và đưa về trạm PLC giám sát ở khoảng cách xa qua mạng truyền thông.

Lời kết

Tóm lại, thông qua bài viết này các bạn đã có thể hiểu được

• Thế nào là mạng truyền thông Profinet IO và cách thức hoạt động cũng như ứng dụng của nó
• Các thiết bị sử dụng Profinet IO như R-8AI-8DIDO, R-32DIDO.

Nếu như các bạn còn thắc hay góp ý điều gì hay để lại ý kiến dưới phần bình luận bên dưới bài viết. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Chúc các bạn thành công.

Bạn có thể tìm đọc thêm: https://huphaco.vn/profinet-truyen-thong-giua-plc-va-thiet-bi-remote-i-o-r-32dido/

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp ngày nay, mạng truyền thông luôn đóng một vai trò quan trọng bậc nhất. Vì nó như là một ngôn ngữ để các thiết bị trong hệ thống có thể giao tiếp được với nhau.Truyền thông PLC không còn là một khái niệm xa lạ đối với kĩ sư lập trình tự động hóa.

Trong thời đại ngày nay nếu kĩ sư nào mạnh về truyền thông, nghĩa là người đó có khả năng lập trình để giao tiếp với nhiều thiết bị của các hãng khác nhau. Chỉ cần nắm các thông số kĩ thuật và đặc tính của hãng, kết hợp với việc bạn hiểu về mạng truyền thông; thì việc mở rộng hệ thống tự động hóa để đáp ứng các yêu cầu xử lý nhiều chức năng sẽ dễ dàng hơn rất nhiều.

Nhưng bên cạnh mạng truyền thông còn một vấn đề bạn cần quan tâm hơn nữa đó là số lượng input và output hạn hẹp mà các PLC sẵn có. Lúc này bạn sẽ nghĩ việc tích hợp thêm các module I/O của hãng sẽ là điều tất yếu. Bù lại chi phí để tích hợp thêm mỗi module rời của hãng sẽ rất cao; nhưng mỗi module chỉ đem lại theo một chức năng riêng biệt như Analog Input Module, Digital Input Module,..

Nhưng còn một lựa chọn rất tuyệt vời để mở rộng input/output mà bạn muốn biết; đó chính là module Remote I/O R-32DIDO của Seneca.

Nếu bạn là một người lập trình PLC Siemens và đang muốn tiếp cận với truyền thông PLC kết hợp mở rộng I/O hệ thống bằng Remote I/O Module, thì bài viết này chính là dành cho bạn!

Remote I/O là gì?

Một hệ thống tự động hóa lớn yêu cầu số lượng ngõ vào ngõ ra rất lớn. Và một hệ thống tự động hóa của một nhà máy lớn sẽ gồm rất nhiều trạm sản xuất nhỏ; yêu cầu đặt ra lúc này khi muốn mở rộng số lượng I/O cho từng trạm sẽ rất khó khăn do tín hiệu truyền về trạm chính sẽ rất xa. Vì vậy mà khái niệm Remote I/O đã ra đời để đáp ứng yêu cầu đó. Vậy Remote I/O là gì?

Remote I/O hay còn được gọi là I/O phân tán. Nghĩa là các bộ I/O lắp đặt cách xa với PLC, kết nối với PLC bằng kết nối Ethernet/IP. Giao tiếp giữa các Remote I/O và PLC thông qua các giao thức riêng của từng hãng sản xuất hoặc bằng các giao thức thông dụng như Modbus, Profinet, Profibus, EtherCAT…

R-32DIDO có gì đặc biệt?

Nhắc đến Remote I/O module, không thể không nhắc đến module R-32DIDO, một Remote I/O do Seneca sản xuất. Đây sẽ là một thiết bị tuyệt vời đối với yêu cầu mở rộng hệ thống điều khiển của bạn nhờ vào ưu điểm mạnh mẽ của nó.

Như tên mã thiết bị bạn đã thấy – R- 32DIDO, là thiết bị thuộc series R-LINE được Seneca tạo ra với mục đích mở rộng I/O cho hệ thống thêm 32 Digital Input/ Digital Output. Bạn sẽ không nghe nhầm đâu, 1 Module I/O mở rộng đến 32 DI/DO.

Thông số kĩ thuật của R-32DIDO

• Nguồn cấp: 10 – 40 Vdc; 19 – 28 Vac
• Công suất tối đa: tiêu thụ 3W; tỏa nhiệt 6.5W
• Nhiệt độ hoạt động: -25⁰C đến 65⁰C
• Cài đặt cấu hình: Thông qua WebServer
• Giao tiếp: Kết nối qua terminal 3.5mm, tiết diện dây tối đa 1.5mm². Có 2 cổng Ethernet cổng RJ45, và một port giao tiếp RS485
• Digital Inputs: 32 channels với điện áp ngưỡng mức cao > 11V, mức thấp < 4V; Vmax 24V.
• Digital Outputs: 32 channels với dạng ngõ ra Mosfet, PNP với điện áp/ dòng điện 24V/ 0.2A
• Counters: 32 counters với 32 bit, tốc độ tối đa đến 500Hz

Như khái niệm Remote I/O sử dụng truyền thông ở trên đầu bài mình đã đề cập; thì R-32DIDO của Seneca cho phép khả năng truyền thông rất linh hoạt gồm: Modbus RTU, Modbus TCP/IP, Profinet IO. Vừa mở rộng số lượng I/O lên đến 32 ngõ, vừa cấu hình linh hoạt ngõ vào ngõ ra tùy ý, vừa đa dạng về khả năng truyền thông theo nhiều giao thức khác nhau, thật tuyệt vời phải không nào!

Sơ đồ chân R-32DIDO

Nhìn vào sơ đồ chân của R-32DIDO đã thể hiện rất rõ để người đấu nối dễ dàng kết nối nguồn vào, các ngõ vào/ra Digital, cổng RS485. Các bạn chỉ cần xem cẩn thận Manual là đã có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị trong hệ thống của mình rồi!

Kết nối với R-32DIDO truyền thông PLC S7-1200 thông qua Modbus TCP/IP và Modbus RS485

Như mình đã đề cập về chức năng của R-32DIDO, đây là thiết bị rất linh hoạt vì nó hoạt động như một bộ chuyển đổi Modbus TCP-IP và Modbus RS485. Cụ thể để các bạn dễ hình dung hơn, mình sẽ giải thích các bước kết nối truyền thông PLC S7-1200 và R-32DIDO.

Giả sử như R-32DIDO đang đọc 1 tín hiệu Sensor PNP tại hiện trường vào DI8 ( ngõ vào digital số 8) và gửi tín hiệu về PLC S7-1200, từ đó PLC S7-1200 sẽ xuất tín hiệu ngõ DO5 ( ngõ ra digital số 5) để điều khiển Relay thông qua giao thức TCP/IP. Và R-32DIDO cũng sẽ đưa xuất dữ liệu ra cổng RS485 cho các thiết bị khác trong hệ thống để cùng giám sát trạng thái ngõ DI/O.

Bước 1: Kết nối hệ thống

Nhìn vào cách kết nối trên sơ đồ đang thể hiện rất đơn giản. Đó là ưu điểm khi bạn có cho mình giao tiếp mạng truyền thông để tối ưu trong việc đi dây dẫn truyền thống. Việc cần làm chỉ là ta sẽ đấu nguồn cho các thiết bị, kết nối PLC và R-32DIDO với nhau qua cáp Ethernet RJ45; và kết nối chân A B của Port RS485 của R-32DIDO với thiết bị đọc Modbus RS485. Ở đây mình đang sử dụng R-KEY-LT, cũng là dòng R-LINE do seneca tạo ra. Trong ứng dụng này, R-KEY-LT mình sử dụng là để đọc RS485 của R-32DIDO.

Bước 2: Cài đặt R-32DIDO thông qua Web Server

Đầu tiên ta phải quét địa chỉ của R-32DIDO qua Seneca Discovery Device. Đây là phần mềm Seneca tạo ra để quét thông số địa chỉ IP sử dụng trong hệ thống. Nhấn Scan để hiện ra địa chỉ IP của R-32DIDO, sau đó nhấn Open Web Server để đi vào phần giao diện cài đặt của R-32DIDO

Ta sẽ thấy được giao diện Web Server của R-32DIDO rất trực quan đúng không nào? Trên Web Server của R-32DIDO sẽ bao gồm trạng thái thiết bị, thông số cài đặt cho việc truyền thông; cấu hình linh hoạt ngõ vào ngõ ra và chức năng counters; Test Counter, Test Digital I/O.

Tab Setup: Cài đặt các thông số truyền thông

Truy cập vào tab Setup, ta sẽ thấy giao diện như hình minh họa bên dưới. Các thông số ta cần quan tâm cấu hình cho Modbus TCP-IP và Modbus RS485 bao gồm: địa chỉ IP, Port kết nối TCP-IP, và địa chỉ Server của R-32DIDO; ta chọn thông số Baudrate và vẫn giữ nguyên các thông số setup mặc định cho RTU.

Một điều bạn cần lưu ý ở đây là R-32DIDO sẽ có định danh Server của nó. Nghĩa là có thể trong hệ thống của bạn sẽ có rất nhiều Remote I/O, bạn cần phải set cho nó 1 địa chỉ để PLC có thể biết nơi truyền nhận dữ liệu TCP-IP.

Có lẽ bạn sẽ thấy thông số gì quan trọng nhưng lại thiếu ở Modbus RTU. Đó chính là địa chỉ ID của RTU. Việc bạn cần làm lúc này là phải Disable chế độ Modbus Passthrough để có thể bắt đầu truyền thông RTU và hiệu chỉnh địa chỉ ID của nó như hình minh họa bên dưới:

Nhấn Apply là bạn đã Config xong R-32DIDO để bắt đầu truyền thông với PLC qua giao thức Modbus TCP-IP và Modbus RTU rồi đó.

Setup Digital I/O: Cấu hình ngõ vào ngõ ra R-32DIDO

Ta có thể dễ dàng cấu hình cho ngõ digital đó là input hoặc output trong tab Setup Digital I/O. Sau khi cấu hình xong ta cũng sẽ nhấn Apply để R-32DIDO đọc được cài đặt.

Bước 3: Lập trình truyền thông TCP-IP giữa S7-1200 và R-32DIDO

Đầu tiên cũng như tất cả các Project của S7-1200, bạn sẽ khởi động TIA PORTAL và tạo mới project cho mình. Sau đó là vào phần Add new device và chọn đến hardware PLC mà bạn sẵn có. Tiếp theo là vào phần Properties của thiết bị để cấu hình địa chỉ IP cho nó:

Cách Read TCP-IP từ R-32DIDO cho PLC S7-1200

Trong giao thức TCP-IP, S7-1200 trường hợp này mình sẽ sử dụng là 1 Client để Read và Write dữ liệu xuống R-32DIDO, và R-32DIDO lúc này sẽ là 1 Server. Việc ta cần làm là lập trình khối MB_CLIENT trong thư viện có sẵn của TIA Portal; Siemens đã đóng gói trong mục Communication/ Others và chọn đến Modbus TCP để lấy khối MB_CLIENT ra.

Ý nghĩa các biến ngõ vào, ngõ ra khối MB_Client

REQ: là ngõ vào Request, ta cần nhịp xung cho chân này để tiến hành truyền nhận liên tục.

Disconnect: Mức 0, đang kết nối TCP/IP. Mức 1 là khối đang cho dừng TCP/IP

MB_Mode: Khối này đang sử dụng để lập trình Read nên ta cần chọn Mode Read theo function trong Manual của Siemens quy ước sẵn là 0 tương ứng với chế độ Read

MB_ Data ADDR: Là địa chỉ ô nhớ ta đọc trên thiết bị Server qua TCP/IP.

MB _ Data Len: Độ dài của dữ liệu mà ta truyền hoặc nhận qua TCP/IP

MB_DATA PTR: Là dữ liệu bạn tạo ra để trỏ đến địa chỉ ô nhớ của thiết bị đang được truy xuất; dùng để read dữ liệu từ ô nhớ đó về PLC hoặc write dữ liệu từ MB_ Data PTR từ PLC đè lên ô nhớ đó.

Connect: Là biến dùng để ta kết nối với thiết bị khác trong giao thức TCP/IP bao gồm các thông số như địa chỉ IP, cấu hình port giao tiếp cũng như kiểu kết nối

Cấu hình và gọi biến ra chương trình:

Với các biến tại khối MB_ Client, ta sẽ sử dụng vùng nhớ của khối đã tạo ra sẵn và chỉ cần lấy biến đó ra để sử dụng. Việc làm này sẽ tiết kiệm thời gian cho bạn nhờ vào biến được tạo sẵn từ khối Modbus; và các biến này đã được define vùng nhớ riêng nên bạn sẽ không cần lo trùng vùng nhớ với các biến khác, đồng thời tiết kiệm vùng nhớ cho PLC.

Còn 2 biến MB_DATA PTR và Connect ta sẽ phải tạo biến trong Data Block đễ thuận tiện cho việc lập trình.

Cấu hình biến Connect:

Với biến Connect, ta cấu hình như sau:

Tạo 1 biến tên bất kì trong khối DB với kiểu dữ liệu là TCON_IP_v4. Đây là kiểu Siemens tích hợp sẵn chứa các biến kết nối TCP-IP. Các thông số mặc định như Interfaceld , ID, ConnectionType, ActiveEstablished sẽ cấu hình lần lượt như sau:

• Interfaceld: Ta chọn là 64 do kết nối Port Ethernet của modude S7-1200 định danh như vậy. Ta có thể quan sát trong phần Properties của PLC

  

• ID: Với từng khối MB_Client ta sử dụng, ta sẽ phải xác định ID cho khối đó để không bị trùng với ID của khối khác. Vì vậy ở khối đầu tiên ta sẽ để là 1
• Connection Type: Kiểu kết nối TCP/IP được Siemens chỉ định là 11
• Active Established: Để mặc định là 1

  

Tại mục Remote Address, mình sẽ nhập địa chỉ R-32DIDO đã Config trước đó tại web server và cổng port server 502. Như vậy biến này đã hoàn tất việc cấu hình để kết nối với R-32DIDO để gán vào Connection của khối Modbus.

Cấu hình biến MB_DATA PTR

Với biến MB_DATA PTR, ta cần cấu hình như sau:

Ví dụ, trường hợp ta đang đọc trạng thái của 16 DI/DO đầu tiên, đối chiếu với manual của R-32DIDO, ta sẽ có vị trí ô nhớ tại 40021 kiểu 16 bit không dấu.

Việc còn lại là tạo thêm 1 Data Block để chứa data gán cho MB_ DATA PTR để trỏ đến ô nhớ của R-32DIDO. Ta sẽ tạo một biến kiểu Array 16 phần tử kiểu Bool. Với kiểu dữ liệu này, ta có thể truy vấn đến từng phần tử của biến; từ đó có thể thay đổi trạng thái của một bit tương ứng với 16 ngõ DI/O.

Tiếp theo, ta sẽ phải tắt option “Optimized Block Access” để khi sử dụng biến trong data block lên khối MB_Client; nhờ vậy biến trong DataBlock đó sẽ thể hiện địa chỉ tuyệt đối của nó và tránh trường hợp báo lỗi khi download chương trình.

Sau khi cấu hình xong 2 biến Connect và MB_DATA PTR, việc ta cần làm là kéo đúng biến trong khối Data Block ta đã tạo vào khối MB_Client, như sau:

Cuối cùng, ta sẽ có chương trình đọc TCP-IP giữa PLC S7-1200 và R-32DIDO, và các network tiếp theo để nhịp xung cho REQ sau 1 chu trình đọc dữ liệu; kiểm tra trạng thái của quá trình Read TCP/IP qua biến ERROR và Status; và hiệu chỉnh server ID đối chiếu từ R-32DIDO:

Cách Write TCP-IP lên R-32DIDO từ PLC S7-1200

Như vậy, bạn đã lập trình xong phần Read TCP-IP. Với việc Write TCP-IP bạn sẽ chỉ làm tương tự, nhưng sẽ có một số thay đổi về thông số cài đặt MB_MODE và Connect.

Ở MB_MODE: Nếu ta sử dụng write lên một thanh ghi, biến này sẽ phải thay đổi lên 1

Ở đây sẽ có thêm một lưu ý khi cấu hình biến Connect cho khối MB_Client bạn tạo thêm cho việc Write. Đó là việc bạn phải hiệu chỉnh lại thông số ID trong biến kiểu TCON_IP_V4. Vì khi bạn muốn lập trình thêm khối MB_Client khác, bạn cần định danh lại cho khối với ID khác không lặp với các khối trước đó.

Sau khi quá trình Read Write đã hoàn tất, việc còn lại là test xem S7-1200 và R-32DIDO đã giao tiếp qua TCP-IP được hay chưa qua đoạn code như sau:

Mình sẽ giả lập ngõ ra DQ0.1 của PLC để kích 1 ngõ vào của R-32DIDO là DI8; để PLC có thể read về qua 1 biến trước đó đã tạo trong data block dùng cho việc đọc TCP/IP. Nếu đọc thành công sẽ tiến hành write ngõ DO5 của R-32DIDO. Đó là mục đích của đoạn code trên

Bước 4: Download hiệu chỉnh chương trình và giám sát điều khiển

Đầu tiên, ta phải download cả Hardware và Software xuống PLC S7-1200 và bắt đầu Go Online để tiến hành kết nối điều khiển và giám sát TCP/IP.

Sau khi Go online thành công, việc còn lại rất đơn giản. Ta chỉ cần hiệu chỉnh lại MB_ Data ADDR là 40021 ( Là địa chỉ ô nhớ ta search để đọc trạng thái 16 DI/O) tại khối MB_ Client, và Data Lens là 1 (đọc kiểu Uint 16 bit). Ngõ ra Status của khối MB_Client bắt đầu chuyển sang 16#7005 và 16#7006 nghĩa là tín hiệu Modbus TCP/IP của bạn đã truyền nhận thành công rồi đó.

Còn một việc nữa quyết định bạn có đọc được hay không; đó chính là địa chỉ Server của R-32DIDO. Như đã cấu hình trên web server của R-32DIDO, ta đã cấu hình là địa chỉ Server số 6. Việc cần làm lúc này là hiệu chỉnh lại MB_UNIT_ID của khối MB_Client để PLC có thể trỏ đúng đến vị trí Server của R-32DIDO

Để kiểm tra xem đã Read và write được TCP/IP lên R-32DIDO chưa ta chỉ cần kích bằng bit nhớ của PLC xuất ngõ ra Q0.1 tín hiệu 24V đang đấu về DI8 R-32DIDO (như việc DI8 của R-32DIDO đang đọc tín hiệu PNP ) và write lên ngõ DO5.

Bước 5: Truyền tín hiệu RS485 từ R-32DIDO cho R-KEY-LT đọc qua tag trên Web Server của R-KEY-LT

Để đọc tín hiệu RS485 của R-32DIDO, với R-KEY-LT ta sẽ truy cập vào Web Server để tạo tag và trỏ đến địa chỉ ID modbus RTU của R-32DIDO.

Tag của R-KEY-LT cho phép ta set up tên của Tag; địa chỉ ô nhớ ta muốn lưu dữ liệu về; chọn thiết bị Slave RTU, địa chỉ ID của nó và trỏ đến ô nhớ cần lấy dữ liệu. Để đọc đúng được ô nhớ đó đang bằng bao nhiêu ta cần phải chọn đúng kiểu dữ liệu của ô nhớ đó.

Ví dụ trong trường hợp này mình cần biết trạng thái của DI8 của R-32DIDO thông qua tag R-KEY-LT-P bằng giao tiếp RS485. Mình sẽ trỏ đến địa chỉ ID số 6 là ID RTU của R32DID0; Ô nhớ lưu data DI8 trên R-32DIDO nằm ở ô 10008 nên mình sẽ chọn 8 và chọn kiểu đọc là discrete input với kiểu dữ liệu là Bool.

Lúc này bạn hãy quay trở về tab Status để xem R-32DIDO đã truyền RS485 cho R-KEY-LT được hay chưa. Nếu được tag R-KEY-LT sẽ cập nhập 0 1 khi ta thay đổi  trạng thái trên R-32DIDO và Status của tag đó sẽ báo là “ OK ”.

Như vậy qua ví dụ trên, ta có thể thấy được R-32DIDO linh hoạt như thế nào. PLC S71200 vừa đọc ghi lên R-32DIDO từ xa qua TCP-IP; và R-KEY-LT có thể đọc được trạng thái của R-32DIDO qua RS485.

Lời kết

Thật sự R-32DIDO chính là giải pháp tối ưu nhất khi hệ thống của bạn đang muốn truyền thông PLC với TCP/IP và RS485 mà có thể mở rộng đến 32DIDO cấu hình linh hoạt; đồng thời giám sát 32 ngõ I/O đó chỉ bằng 1 cáp Ethernet truyền tối đa 1200m.

Thông qua bài viết, bạn có thể sẽ hiểu được hơn một Remote I/O hoạt động như thế nào và tại sao lựa chọn R-32DIDO là 1 Remote I/O cho hệ thống của mình khi sử dụng truyền thông PLC TCP-IP và RS485.

Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Chúc các bạn thành công.

Có thể bạn muốn tìm đọc thêm: https://huphaco.vn/bay-gio-la-thoi-dai-cua-remote-io-profinet/

Lời mở đầu

Profinet là một giao thức truyền thông công nghiệp được sử dụng rất phổ biến hiện nay. Theo thống kê, đã có hơn 50 triệu thiết bị sử dụng Profinet tính đến năm 2017; cho thấy tầm ảnh hưởng của tiểu chuẩn truyền thông này mạnh mẽ đến như thế nào.

Là một người kĩ thuật lập trình PLC Siemens, nếu nắm được cách sử dụng Profinet thì bạn sẽ giải quyết được rất nhiều vấn đề trong việc truyền thông điều khiển giám sát dữ liệu tốc độ cao cho hệ thống của mình ở đúng không nào?

Nhưng hầu hết các hệ thống tự động hóa ngày nay các thiết bị đo đạc đặt tại hiện trường chủ yếu là tín hiệu analog và modbus RTU. Nên việc sử 1 Gateway Profinet để chuyển đổi modbus RTU sang Profinet là rất cần thiết; do ưu điểm về chi phí hợp lý và tối ưu các chức năng giám sát linh hoạt.

File GSD là gì ?

File GSD là file các hãng tạo ra để add vào software của thiết bị khác; nhằm dễ dàng hơn trong việc lập trình và giao tiếp giữa các thiết bị với nhau.

Và thật may mắn khi Seneca đã tạo ra GSD riêng cho Siemens; nhằm người lập trình Profinet IO có thể sử dụng và kết nối với PLC thông qua Gateway Profinet. Và R-KEY-LT-P là một gateway Profinet chuyên dụng cho việc chuyển đổi tín hiệu Profinet/TCP-IP và Modbus RTU/ASCII. R-KEY-LT-P sẽ giúp cho hệ thống của bạn trở nên linh hoạt trong việc giám sát và điều khiển.

Vậy chi tiết cách đọc/ ghi dữ liệu với Gateway R-KEY-LT-P cho PLC Siemens thông qua GSD File như thế nào, các bạn cùng mình tìm hiểu qua các khái niệm cơ bản về đọc ghi dữ liệu và hệ thống mình lấy ví dụ trong bài viết này nhé!

Những điều cần quan tâm khi đọc ghi dữ liệu

Để đọc ghi dữ liệu cho 1 thiết bị nào đó, bạn cần xác định các điều quan trọng như:

• Địa chỉ: Bao gồm địa chỉ các thiết bị trong hệ thống. Ví dụ với TCP/IP hoặc Profinet, ta cần xác định địa chỉ IP trong hệ thống mạng. Với Modbus RTU, ta cần xác định địa chỉ Slave cùng với tốc độ Baudrate của nó.
• Mã chức năng: hay còn gọi là Function Code. Một thiết bị Master sẽ đưa ra yêu cầu Read hoặc Write cho các thiết bị Slave trong hệ thống. Vì vậy mã chức năng sẽ thường là các giá trị để quy ước sẽ thực hiện Read hay Write
• Dữ liệu: Dữ liệu xác định bởi thanh ghi dữ liệu ( ô nhớ ). Đầu tiên điều cơ bản trong truyền thông là bạn phải xác định được dữ liệu bạn cần điều khiển và giám sát trong hệ thống của mình là gì. Sau đó bạn sẽ tham chiếu với Manual thiết bị đó; mục đính là để xác định vị trí thanh ghi chứa dữ liệu đó. Một lưu ý nữa là bạn phải đọc hoặc ghi đúng kiểu dữ liệu tương ứng; nếu không sẽ xảy ra sai xót trong quá trình truyền thông.
• Trường kiểm tra lỗi (CRC): Quá trình kiểm tra lỗi được sử dụng để đảm bảo rằng dữ liệu được truyền đi và nhận về không bị thay đổi hoặc bị lỗi trong quá trình truyền thông.

Bạn cần nắm rõ những khái niệm trên trước khi đọc ghi dữ liệu trong truyền thông; và mình sẽ lấy ví dụ 1 hệ thống sử dụng truyền thông Profinet giữa PLC và Gateway Profinet.

Hệ thống giám sát khối lượng sử dụng Gateway Profinet

Trên đây là hình minh họa cho hệ thống sử dụng Gateway Profinet R-KEY-LT-P. Gateway sẽ đọc dữ liệu từ bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell qua Modbus RTU; và chuyển đổi sang Profinet để truyền thông với S7-1212C DC/DC/DC.

Gateway Profinet R-KEY-LT-P có gì đặc biệt ?

Mình sẽ đi qua sơ bộ về các thông tin kĩ thuật của Gateway Profinet R-KEY-LT-P của Seneca; qua đó các bạn có thể hiểu hơn về chức năng của thiết bị này.

Thông số kỹ thuật R-KEY-LT-P :

• Nguồn đầu vào: 11.40Vdc hoặc 19…28Vac
• Công suất : 1W
• Led trạng thái : Power Supply, Rx/Tx, RS232/R485, Ethernet ACT/LNK, Profinet communication
• Đặc điểm cách ly : 1500Vac đầu vào – đầu ra
• Tiêu chuẩn : IP20
• Cổng Ethernet: 1 Fast Ethernet 100 Tx autoswitch port, RJ45 on front panel
• Cổng Modbus RTU: 1 RS232 / RS485 serial port switchable, baud rate max 115k on connector
• Truyền thông hai chiều : Profinet IO Real Time có Modbus RTU/ ASCII + Modbus TCP-IP
• Số lượng tag giám sát: lên đến 500 tag
• Số lượng server TCP-IP: tối đa 10 server
• Số lượng Slave kết nối : tối đa 128 slaves
• File cài đặt : GSD cho Siemens
• Cài đặt: Easy Setup 2 hoặc Web Server
• DIP Switch: Trên R-KEY-LT-P sẽ có 2 DIP Switch SW1 và SW2 và 1 nút reset.
  • SW1 ON: kết nối Modbus RTU với chuẩn Profinet vào PLC
  • SW1 OFF: không dùng Modbus RTU để truyền thông mà dùng Modbus TCP-IP hoặc RS232
  • SW2 ON : Reset factory
  • SW2 OFF : Ghi địa chỉ IP mới vào bộ nhớ của R-KEY-LT-P 

Z-SG là thiết bị gì ?

Bộ Z-SG ở đây mình sẽ sử dụng cho việc đọc dữ liệu Loadcell đo khối lượng của vật. Đây là bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell của Seneca, có thể chuyển đổi tín hiệu đọc từ Loadcell dưới dạng mV/ sang modbus RTU; từ đó để có thể truyền thông tin hiệu vật lý đi xa mà không bị nhiễu.

Z-SG được ưa chuộng trong công nghiệp nhờ vào tính ổn định và khả năng tương thích với Loadcell 4 dây/ 6 dây dễ dàng mà không cần hộp cộng tín hiệu. Và mỗi đầu cân của Z-SG có thể đo được tối đa lên đến 8 Loadcell.

Thông số kỹ thuật bộ chuyển đổi loadcell Z-SG

• Nguồn cấp 10-40Vdc / 19-28Vac
• Nhận tín hiệu loadcell 4 dây và 6 dây
• Tín hiệu đầu vào : +/- 1mV/V, +/- 2mV/V, +/- 4mV/V, +/- 8mV/V, +/- 16mV/V, +/- 32mV/V … max +/- 320mV/V
• Tín hiệu ngõ ra: Analog 4-20mA, 0-20mA, 0-10V, 0-5V …
• Sai số : 0.01%
• Cách ly chống nhiễu : 1500Vac
• Kiểu lắp đặt : DIN Rail
• Kích thước : 17.5 x 1100 x 112 mm
• Cài đặt bằng DIP Switch
• Thân làm bằng vật liệu : nhựa dẻo cao cấp
• Nhiệt độ làm việc -10…65Oc

Trên hình minh họa đã thể hiện rất rõ sơ đồ chân kết nối của Z-SG. Ta sẽ thấy rõ nơi kết nối 6 dây/4 dây tín hiệu input cho LoadCell; nơi cấp nguồn và DI DO AO của thiết bị; nhưng các bạn hãy xem Install Manual của thiết bị để chắc chắn hơn nhé.

Các bước đọc và ghi dữ liệu cho hệ thống

Trong hệ thống mình sử dụng R-KEY-LT-P để chuyển đổi từ Modbus RTU sang Profinet. Vậy chi tiết các bước sẽ như thế nào, các bạn cùng tìm hiểu tiếp nhé.

Bước 1:  Xác định địa chỉ Slave và Baud Rate của Z-SG.

Ta sẽ cài địa chỉ Slave cho Z-SG qua cài đặt vật lý gạt dip switch trực tiếp trên thiết bị, hoặc cài đặt phần mềm bằng Easy Setup.

Bước 2: Tìm kiếm dữ liệu cần giám sát trong ô nhớ thanh ghi

Ô nhớ dữ liệu của Z-SG

Điều đặc biệt cần quan tâm khi giao tiếp các thiết bị với nhau là dữ liệu bạn cần giám sát cụ thể của thiết bị đó là dữ liệu nào để truyền cho thiết bị kia. Vậy ta cần phải biết dữ liệu đó nằm chính xác ở ô nhớ nào để ta truy xuất. Dữ liệu của các thiết bị thông thường được lưu dưới dạng thanh ghi 16 bit. Và tùy vào đặc tính của dữ liệu thì nhà sản xuất sẽ quy ước kiểu dữ liệu của thiết bị đó, có thể có dấu hoặc không dấu, số nguyên hoặc số thực, dữ liệu 16 bit hoặc 32 bit.

Cụ thể trong hệ thống của chúng ta, ví dụ ta cần đọc khối lượng vật đang đặt trên Loadcell thông qua Z-SG, ta phải trỏ đúng đến ô nhớ đang chứa khối lượng của vật qua Z-SG. Vậy ta phải tìm trong Manual User và đọc đến phần thanh ghi dữ liệu của Z-SG:

Tạo tag giám sát trên webserver R-KEY-LT-P

Sau khi xác định được vị trí thanh ghi và kiểu dữ liệu của khối lượng cần giám sát, để quan sát hiển thị lên webserver của R-KEY thông qua modbus RTU, ta cần phải tạo tag để chứa dữ liệu đó:

Sau đó ta vào ADD để tạo tag thanh ghi dữ liệu cho R-KEY:

Sau đó, ta cần phải cài đầy đủ thông tin tương ứng với dữ liệu ta đang lấy từ Z-SG:

Lưu ý là bạn phải trỏ đúng đến vị trí thanh ghi và kiểu dữ liệu như đã search trước đó ở Manual, và trỏ đúng địa chỉ giao tiếp bao gồm địa chỉ slave và cổng Port đang giao tiếp RTU, chế độ HOLDING REGISTER và ở chế độ Read/Write.

Sau đó tại màn hình Status, nếu bạn thấy tag status reading là OK và tag value bắt đầu cập nhật thay đổi, vậy là bạn đã đẩy dữ liệu từ thanh ghi Z-SG lên R-KEY-LT-P và giao tiếp thành công rồi đó. Việc còn lại là Siemens phải truy xuất đến vị trí thanh ghi của R-KEY-LT-P để đọc hoặc ghi dữ liệu lên R-KEY-LT-P thông qua Profinet.

Bước 3: Cài đặt, cấu hình và lập trình trên TIA PORTAL để truyền thông Profinet giữa S7-1200 với R-KEY-LT-P

Đầu tiên, ta chọn đúng PLC đang sử dụng, trong trường hợp của mình đang sử dụng S7-1212C DC/DC/DC nên mình sẽ chọn đúng đến nó và mã thiết bị như hình minh họa dưới đây:

Add đươc PLC rồi thì việc còn lại là ta cần add R-KEY-LT-P thông qua File GSD của R-KEY-LT-P tải từ web của Seneca đã hỗ trợ để kết nối trực tiếp với S7-1200

Ở thanh menu của Project, chọn đến Options/ Manage General station description files (GSD) như trên hình minh họa.

Chọn đến file Gateway và chọn Install. Vậy là ta đã add thành công R-KEY vào thư viện sử dụng của Tia portal. Giờ ta chỉ việc lôi nó ra trong Hardware catalog và trỏ đến đúng con R-KEY như hình mình đã minh họa phía dưới:

Sau đó kết nối giữa 2 thiết bị, từ cổng Profinet của PLC kéo thả chuột kết nối qua R-KEY-LT-P. Nếu hiển thị như hình dưới đây là ta đã thực hiện kết nối thành công Profinet từ R-KEY cho PLC Siemens.

Sau đó ta cần cấu hình mạng cho cả PLC S71200 và R-key-lt-p với các thông số: địa chỉ IP, địa chỉ Router tương ứng mà ta đang sử dụng

Vậy là việc cấu hình và kết nối đã hoàn tất, việc cần làm là lập trình để có thể truy xuất vùng nhớ cho 2 thiết bị trên

Bước 4: Lập trình Read và Write Profinet trên Tia Portal cho S7-1200 và R-KEY-LT-P

Lập trình Read Profinet qua ánh xạ vùng nhớ

Khi đã liên kết R-KEY-LT-P như một module IO của S7-1200, việc của ta cần làm là kéo thả vùng nhớ tương ứng của R-KEY-LT-P và tham chiếu với vùng dữ liệu cần đọc giữa vùng nhớ khai báo với vùng nhớ của R-KEY-LT-P

Để tránh trùng lặp với vùng nhớ Input đã sử dụng của PLC, mình khai báo lên địa chỉ 100, do mình sử dụng đọc 64 byte nên phần mềm sẽ tự cập nhật lên 100…163. Nghĩa là lúc này, ví dụ ta đọc vùng nhớ IW100, sẽ tương ứng với thanh ghi 40001 ta khởi tạo tag trên webserver của R-KEY-LT-P. Sau khi kéo thả vùng nhớ Input cho R-KEY, việc lập trình rất đơn giản ta chỉ cần move giá trị của Input tương ứng ra một biến bất kì để giám sát.

Lập trình Write Profinet 

Tương tự như vậy, để write dữ liệu lên thanh ghi của R-KEY-LT-P, từ đó có thể config cho Z-SG, ta cũng sẽ kéo vùng nhớ tương ứng trong module Write của Catalog R-KEY trên TIA PORTAL.

Sau đó cũng sẽ thực hiện lệnh move 1 biến ta sử dụng để modify giá trị Write và move ra vùng nhớ QW tương ứng.

Việc ánh xạ vùng nhớ cũng sẽ tương tự như đọc dữ liệu mình đã đề cập ở trên, và sẽ tham chiếu từ tag ta tạo với lệnh cho phép write trên webserver. Tag Write trên websever của R-KEY sẽ khác một xíu so với Tag Read như trước đó ta đã làm. Cụ thể, mình đang thực hiện Write Tare để reset loadcell về vị trí 0g khi chưa có vật nặng đặt lên loadcell. Đầu tiên mình cũng sẽ search vị trí thanh ghi thực hiện TARE, và write giá trị tương ứng:

Tạo tag để lưu vị trí dữ liệu write lên R-KEY-LT-P thông qua webserver:

Vậy là ta đã tạo thành công vị trí thanh ghi cần read và write lên R-KEY-LT-P, lập trình trên TIA PORTAL để tham chiếu đọc hoặc modify dữ liệu trên thanh ghi đó thông qua vùng nhớ I và Q ta đã cài. Việc còn lại là Dowload chương trình và kích hoạt mạng Profinet.

Download chương trình và kiểm tra kết nối

Ta phải download đẩy đủ bằng cách click vào tên thiết bị PLC, và nhấn vào biểu tượng download. Một cửa sổ sẽ hiện ra như sau:

Sau đó, ta cần chọn đúng kiểu giao tiếp và lớp Subnet đang kết nối, cũng như card mạng mà bạn đang sử dụng để download. Nếu chọn đúng và click Start Search, ta sẽ thấy được thiết bị detect ra màn hình. Tiếp theo nhấn Load và đổ chương trình xuống là đã hoàn thành xong việc download. Việc còn lại là ta phải Switch sang chế độ Profinet tại màn hình Seneca Discovery Device:

Vậy là ta đã hoàn tất việc kết nối Profinet cho R-KEY-LT-P và S7-1200 rồi đó. Việc còn lại là bạn hãy kiểm tra kết nối đã thành công hay không, và kết quả Read và Write đã đúng hay chưa.

Nếu tại góc phải màn hình của giao diện Devices, các tích xanh đã đổi sang màu xanh, thì chúc mừng bạn đã kết nối Profinet thành công và dữ liệu bắt đầu đẩy ra vùng nhớ mà ta đã move ra trước đó. Việc còn lại là giám sát dữ liệu thông qua read và write dữ liệu từ PLC lên R-KEY-LT-P.

Vậy là ta đã thành công trong việc giao tiếp Profinet giữa R-KEY-LT-P của Seneca và S7-1200 của Siemens.

Giao diện giám sát & điều khiển hệ thống trên WinCC HMI

Như vậy mình sẽ phát triển đọc và ghi dữ liệu các biến còn lại tương tự các bước ở trên giám sát điều khiển lên màn hình Wincc HMI như sau:

Như vậy thông qua việc kết nối Profinet cho R-KEY-LT-P và S7-1200, ta đã đọc và ghi dữ liệu thành công từ S7-1200 cho R-KEY-LT-P, qua đó có thể giám sát khối lượng đặt trên LoadCell đặt tại hiện trường và cài đặt bộ Z-SG trực tiếp trên WinCC của S7-1200

Kết luận

Tóm lại, thông qua bài viết này các bạn đã có thể truyền thông PROFINET cho R-KEY-LT-P với PLC S7-1212C DC/DC/DC:

• Đọc tín hiệu cảm biến hoặc loadcell đặt tại hiện trường truyền thông qua modbus RTU từ bộ chuyển đổi Z-SG gửi lên Gateway R-KEY-LT-P
• Config trực tiếp lên thanh ghi của bộ chuyển đổi đang đọc tín hiệu cảm biến từ PLC thông qua Gateway R-KEY-LT-P bằng Profinet.
• Bạn cũng sẽ làm tương tự với các GSD khác khi giao tiếp với PLC. Nếu như các bạn còn thắc hay góp ý điều gì hay để lại ý kiến dưới phần bình luận bên dưới bài viết.
• Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Chúc các bạn thành công.

Có thể bạn muốn đọc thêm:
https://huphaco.vn/mang-truyen-thong-trong-cong-nghiep/
https://huphaco.vn/truyen-thong-profinet-s7-1200/