Trong ngành công nghiệp hiện đại, việc giám sát khối lượng đóng vai trò quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình sản xuất. Hệ thống giám sát khối lượng không chỉ cung cấp thông tin về trọng lượng sản phẩm; mà còn giúp phát hiện sự cố và tối ưu hóa quy trình.
Các cảm biến Loadcell được sử dụng để đo lường trọng lượng của các vật thể; từ hàng hóa đóng gói đến nguyên liệu trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, để đưa thông tin này vào hệ thống giám sát và quản lý; chúng cần được chuyển đổi và truyền qua mạng.
Trong đó Profinet là một giao thức mạng công nghiệp tiên tiến, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng tự động hóa và điều khiển. Với tốc độ truyền dữ liệu cao và tính linh hoạt; Profinet cho phép các thiết bị trong hệ thống giao tiếp với nhau một cách hiệu quả.
Bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell sang Profinet ZE-SG3-P của Seneca là một giải pháp tối ưu cho việc giám sát dữ liệu khối lượng theo thời gian thực qua PLC. Với khả năng chuyển đổi tín hiệu từ cảm biến Loadcell sang giao thức Profinet; ZE-SG3-P giúp kết nối các thiết bị trong hệ thống một cách mượt mà. Từ đó cho phép ta theo dõi trọng lượng sản phẩm; và thực hiện các biện pháp kiểm soát ngay tại trạm SCADA hoặc từ xa. Bài viết này mình sẽ chia sẻ cách sử dụng ZE-SG3-P truyền thông Profinet S7-1200 một cách chi tiết nhất.
Profinet là gì ?
Mình sẽ đi bao quát từ khái niệm; mạng truyền thông công nghiệp và hiểu rõ về mạng Profinet là gì.
Tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp.
Trong thời đại công nghiệp hiện đại; tự động hóa đang trở thành một phần không thể thiếu trong quá trình sản xuất.
Từ đó tạo ra nhu cầu cao cho khả năng đa năng trong việc kiểm soát và theo dõi các hệ thống. Để thực hiện điều này, việc tăng cường số lượng thiết bị trong mạng lưới tự động hóa trở nên cần thiết để đáp ứng các yêu cầu ngày càng phức tạp.
Việc có một số lượng lớn thiết bị trong hệ thống điều khiển đem lại nhiều thách thức. Các cảm biến, biến tần, robot và thiết bị ngoại vi đòi hỏi sự kết nối hiệu quả và linh hoạt.
Truyền tín hiệu qua dây dẫn truyền thống không còn phù hợp; và giới hạn về khoảng cách giao tiếp cũng là một vấn đề lớn.
Đó là lý do mạng truyền thông công nghiệp ra đời và phát triển mạnh mẽ để kết nối tất cả các thiết bị trong hệ thống thành một tổng thể hoạt động.
Hiện nay, trong lĩnh vực mạng công nghiệp, các công ty đã hợp tác để phát triển nhiều chuẩn mạng khác nhau như Modbus, Profibus, Ethernet/IP, CAN Bus, Profinet, TCP/IP, EtherCAT, và nhiều hơn nữa.
Người dùng sẽ chọn lựa mạng phù hợp dựa trên ứng dụng cụ thể và tính năng của thiết bị để đảm bảo tính tương thích và hiệu quả cao nhất.
Profinet – Giải pháp tuyệt vời cho hệ thống điều khiển tốc độ cao
Profinet, viết tắt của “Process Field Net”, là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp quan trọng trong truyền thông qua Ethernet công nghiệp.
Khi nói đến việc truyền tải dữ liệu nhanh chóng trong ngành công nghiệp; Profinet là một lựa chọn không thể bỏ qua, đặc biệt là trong các hệ thống điều khiển lập trình (PLC) của Siemens.
Đối với các kỹ sư sử dụng PLC Siemens, việc hiểu rõ về Profinet là một yếu tố quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hệ thống.
Với tốc độ truyền nhận dữ liệu lên đến 100 megabit/giây và khoảng cách truyền tới 100 mét; Profinet thực sự là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao trong ngành công nghiệp. Thêm vào đó, thời gian phản hồi dưới 1 ms giúp hệ thống hoạt động mượt mà và hiệu quả.
Và thật tuyệt vời khi Seneca- Italy, một hãng lớn trong nền công nghiệp tự động hóa của Châu Âu; đã tích hợp mạng Profinet cho bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell ZE-SG3-P. Vấn đề giám sát khối lượng theo thời gian thực và truyền thông từ xa cho các phòng điều khiển giám sát không còn là vấn đề khó khăn nữa.
Bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell ZE-SG3-P
Đầu tiên ta cần tìm hiểu về thông số kĩ thuật của bộ này.
Thông số kĩ thuật
-
Nguồn cấp: 10…40 Vdc, 19…28 Vac (@50…60 Hz)
-
Công suất tiêu thụ: 1,5 W
-
Cách ly điện áp: 1.500 Vac
-
Độ chính xác: 0,01%
-
LED trạng thái: Power supply, Load cell overload, Ethernet TRF / LNK
-
Kênh vào: 1 kênh analog đọc (và cấp nguồn) cho tối đa 4 (350 Ω) hoặc 8 (1.000 Ω) cảm biến Loadcell, kết nối 4 hoặc 6 dây, trở kháng tương đương 87 Ω.
-
Kênh ra: 2DI/2DO cho hiệu chuẩn tare hoặc ngưỡng khối lượng
-
Tính năng nâng cao: Tare Silos, Piece counter, Tare reset, Tare acquisition, Stabilized weighing signaling qua Modbus, Noise filter
-
Cài đặt nâng cao: Nâng cấp firmware, I/O số độc lập, Tần số lấy mẫu có thể thiết lập ở một phạm vi rộng, Ngưỡng cảnh báo với hysteresis có thể lập trình, Độ phân giải có thể cấu hình.
-
Phương pháp hiệu chuẩn: Hiệu chuẩn nhà máy và hiệu chuẩn với Calib khối lượng mẫu qua web server
-
Đo lường / Chẩn đoán: Độ nhạy từ 1 đến 64 mV/V
-
Giao diện: 1 cổng Ethernet 100 Mbit baseT trên RJ45
-
Giao thức hỗ trợ: Profinet IO
-
Dữ liệu: EEPROM cho các thông số cấu hình, thời gian lưu giữ 40 năm
-
Cài đặt và lập trình: Web server, Tia Portal, Codesys
-
Độ bảo vệ: IP20
-
Lắp đặt: Cho thanh ray DIN 35 mm DIN 46277
-
Nhiệt độ hoạt động: -20…+65°C
-
Kích thước (WxHxD): 53,3x90x32,2 mm
-
Quy chuẩn: EN 61000-6-4/2002, EN 61000-6-2/2002, EN 61010, EN 60742, IEC 61131
Sơ đồ kết nối
Kết nối ZE-SG3-P với Loadcell
ZE-SG3-P sẽ thể hiện phần sơ đồ chân kết nối ngay bên mặt trái thiết bị. Đây là phần Seneca đã thể hiện rất cẩn thận và kỹ lưỡng giúp các anh em kỹ thuật chúng ta có thể dễ dàng quan sát khi đấu dây.
Để kết nối với bộ chuyển đổi tín hiệu loadcell ZE-SG3-P ta cần hiểu rõ sơ đồ chân tín hiệu của Loadcell:
-
+EXC: Đây là chân cung cấp điện áp dương cho loadcell, nó phải được nối với cực dương của nguồn điện.
-
-EXC: Chân này cung cấp điện áp âm cho loadcell và cần được nối với cực âm của nguồn điện.
-
+SIG: Chân này chịu trách nhiệm truyền tín hiệu dương từ loadcell đến thiết bị đo lường hoặc bộ chuyển đổi tín hiệu.
-
-SIG: Tương tự như +SIG, nhưng chân này truyền tín hiệu âm.
-
+SEN: Đây là chân dùng để truyền tín hiệu chống nhiễu dương, giúp tăng cường độ tin cậy của tín hiệu.
-
-SEN: Chân này truyền tín hiệu chống nhiễu âm, cũng với mục đích tăng cường độ tin cậy của tín hiệu.
Vậy chỉ cần xác định rõ màu dây tương ứng với các tín hiệu trên, và đấu đúng vào kí hiệu của các tín hiệu đó trên ZE-SG3-P là được.
Kết nối ZE-SG3-P với PLC và máy tính
Với kết nối Profinet, việc đi dây không có gì phức tạp. Profinet dựa trên đường truyền vật lý Ethernet (đầu RJ45). Nên bạn chỉ cần cắm đầu dây Ethernet vào ZE-SG3-P với PLC; và Laptop của bạn là được. Do không đủ đầu cắm nên ta sẽ cắm qua HUB mở rộng Port Ethernet.
Tất cả các thiết bị PLC, ZE-SG3, và laptop của bạn sẽ kết nối thành công. Việc cần làm là sau đó bạn sẽ cấu hình địa chỉ IP của các thiết bị này.
Hướng dẫn truyền thông Profinet S71200 với ZE-SG3-P
Kết nối và cài đặt ZE-SG3-P qua truyền thông Profinet S7-1200
Riêng ZE-SG3-P, ta có thể hoàn toàn cài đặt tất cả các các thông số của bộ chuyển đổi Loadcell này ngay trên TIA PORTAL ( 1 phần mềm lập trình cho S7 PLC Siemens). Bời vì Seneca đã đặc biệt tạo ra file GSD của ZE-SG3 để add vào thư viện của TIA PORTAL. Từ đó giúp người lập trình PLC có thể dễ dàng cấu hình của mình chỉ trên 1 giao diện duy nhất. Mình sẽ hướng dẫn cụ thể để các bạn có thể hình dung.
Kết nối truyền thông Profinet S7-1200 và ZE-SG3
Đầu tiên tải file GSD của ZE-SG3 trên web của hãng Seneca về thiết bị. Việc cần làm là bạn cần nhớ vị trí lưu file đó tại vị trí nào trên máy của mình.
Sau đó tạo mới Project trên TIA PORTAL và add PLC đang có của bạn vào. Lưu ý là khi tới bước này thì trước đó, bạn đã cấp nguồn cho PLC và ZE-SG3, đồng thời kết nối Ethernet tới PC của bạn.
Tiếp theo bạn vào Options và chọn đến vị trí Manage General station description files (GSD).
Chọn Install và đợi khoảng 1 phút để phần mềm cập nhập file vào Project của bạn. 1 Hộp thoại sẽ hiện ra và thông báo với bạn đã cài đặt thành công GSD Files cho Tia Portal.
Lúc này, ZE-SG-P đã được add thẳng vào Devices khác của Tia Portal như các thiết bị PLC có sẵn trong phần mềm. Bạn chỉ cần tìm đúng chỗ và lôi nó ra tại giao diện Devices & Network; cùng với PLC S71200 mình đã tạo ra trước đó để kết nối truyền thông Profinet.
Bạn cần vào Hardware Catalog bên thanh góc phải màn hình, chọn đến Other Field Devices --> Profinet IO --> ZE/R-SG3-P Ethernet IO, chọn module và kéo thả vào Devices & Network. Cuối cùng bạn chỉ cần kéo thả chuột từ vị trí icon cổng Ethernet giữa PLC và ZE-SG3-P là đã kết nối Profinet S7-1200 được rồi.
Cài đặt thông số cho ZE-SG3 và PLC
Với PLC, thông số ta cần quan tâm cài đặt chỉ là địa chỉ IP. Ngay tại giao diện Devices & Network, bạn chỉ cần click chuột phải tại Icon của PLC, chọn đến Properties. Lúc này hộp thoại thông số của PLC sẽ hiện ra; bạn chỉ cần Set lại địa chỉ IP theo ý muốn. Lưu ý là không được cài đặt trùng địa chỉ cuối với địa chỉ IP của máy tính; hoặc các thiết bị đang cùng cắm chung mạng.
Với ZE-SG3, sẽ có rất nhiều thứ để ta có thể làm ở đây. Bạn chỉ cần click vào Icon Model của ZE-SG3-P tại Devices & Network. Lúc này địa chỉ của các thanh ghi dữ liệu nằm trong ZE-SG3-P sẽ hiện ra bên góc phải. Bạn chỉ cần nhấn vào thanh ghi Weight (Integer); sẽ hiện ra đầy đủ thông số của bộ chuyển đổi để ta cài đặt. Từ việc cấu hình thông số Loadcell, chế độ calib; ngõ ra Analog, tất cả các thông số bạn cần cài đặt đều nằm trong giao diện Tia Portal.
ZE-SG3-P có 2DI/2DO và việc cài đặt cũng sẽ đầy đủ thông số ngay trên giao diện TIA PORTAL. Ta chỉ cần click vào DIN/DOUT_1, thông số sẽ hiển thị ra đầy đủ ngay phía dưới màn hình. Ta có thể cấu hình nó là ngõ Digital Input hoặc Digital Output tùy ý.
Với DI thì function nó có thể là Digital Input hoặc Aquire Tare ( đưa khối lượng cân về 0 trong quá trình hiệu chỉnh).
Với DO thì Function có thể là On để báo Alarm tại ngưỡng khối lượng mà ta cần cảnh báo, hoặc sử dụng để báo khối lượng cân đang ổn định trên bàn cân.
Địa chỉ IP của ZE-SG3-P ta cũng có thể hiệu chỉnh trên TIA PORTAL. Tại giao diện Devices & Network, ta click vào Icon của ZE-SG3-p và nhìn xuống dưới góc màn hình hộp thoại Properties sẽ hiện ra. Lúc này bạn chỉ cần thay đổi địa chỉ cùng lớp mạng với PLC là được.
Lập trình đọc dữ liệu qua truyền thông Profinet
Với GSD File ZE-SG3-P giao tiếp truyền thông Profinet, người lập trình sẽ giảm đi khối lượng công việc đi rất nhiều so với các tiêu chuẩn khác như Modbus RTU, Modbus TCP-IP. Khi sử Profinet IO cho ZE-SG3-P, lúc này bộ chuyển đổi Loadcell sẽ đóng vai trò như 1 Module I/O mở rộng của PLC. Việc bạn cần làm là chỉ cần quan tâm địa chỉ Input Output của ZE-SG3-P ngay trên TIA PORTAL và đem ra sử dụng.
Move vùng nhớ cần đọc ra biến tùy ý để quan sát
Đầu tiên ta cần kéo thêm Module hardware được hỗ trợ bên phải màn hình Hardware Catalog của ZE-SG3. Ví dụ để đọc khối lượng kiểu số thực, bạn cần kéo Module Weight _ Float vào. Lúc này chương trình sẽ tự động cập nhật địa chỉ cho Module này.
Việc cần làm lúc này là chỉ cần kéo hàm Move ra chương trình chính (Main), sử dụng địa chỉ đã khai báo và move ra 1 tag tùy ý trong bộ nhớ của PLC để hiển thị ra màn hình để kiểm tra xem đã giao tiếp truyền thông Profinet được hay chưa.
Mình cần đọc Netweight nên chỉ cần lấy 4 Byte đầu trong Module Weight _ Float (vùng nhớ 82 --> 101). Nghĩa là mình sẽ move vùng nhớ từ byte 82 --> 85 là ID82 ra MD10 để quan sát.
Những lưu ý khi chưa Connect thành công
Sẽ có rất nhiều khó khăn khi vừa Download chương trình xuống PLC. Khi Go Online hệ thống lên thì có thể trạng thái kết nối của bạn sẽ báo lỗi chưa PLC chưa tìm được ZE-SG3-P.
Vậy bạn cần kiểm tra lại một trong những điều sau đây:
-
Download đầy đủ Hardware Configuration & Software All: Bạn phải Download đầy đủ chương trình cả phần cài đặt Hardware và Software của cả PLC lẫn ZE-SG3-P. Như vậy thì phần cứng hệ thống của bạn mới nhận đầy đủ thông số bạn đã cài đặt.
-
Cập nhật lại địa chỉ trong cấu hình thiết bị: Có thể do lỗi kết nối PLC chưa tìm được ZE-SG3-P. Lúc này bạn cần kéo xuống phần Update accessible devices để phần mềm quét cập nhật lại địa chỉ IP tại card mạng trên máy tính bạn đang sử dụng để kết nối.
Lời kết
Trên đây là tất cả những gì mình chia sẻ giúp bạn kết nối bộ chuyển đổi tín hiệu Loadcell sang Profinet PLC S7-1200 với ZE-SG3-P. Đây thật sự là giải pháp đáng được bạn quan tâm bởi lẽ tính tối ưu trong việc giám sát dữ liệu thời gian thực và giảm đi khối lượng lập trình đi rất nhiều so với các giao thức truyền thông khác như Modbus TCP-IP, Modbus RTU.
Nếu các bạn có thắc mắc gì về vấn đề kỹ thuật, hoặc cần tư vấn về sản phẩm; đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi. Đội ngũ kỹ thuật giàu kinh nghiệm tại Công ty Hưng Phát sẽ ngay lập tức có mặt để hỗ trợ bạn
Cảm ơn bạn đã theo dõi hết bài viết. Chúc các bạn thành công !
