PROFINET: TRUYỀN THÔNG GIỮA PLC VÀ REMOTE I/O R-32DIDO

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!

Tóm Tắt Nội Dung

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:

TRUYỀN THÔNG PROFINET IO GIỮA R-32DIDO VÀ PLC

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!