Xây dựng phương thức truyền thông trực tiếp giữa PC và PLC ứng dụng trong hệ điều khiển - giám sát trạm trộn bê tông

Từ những nghiên cứu về các phương thức truyền thông được hỗ trợ trong các thiết bị logic khả trình (PLC) của Siemens, chúng tôi tập trung phát triển phương thức truyền thông trực tiếp giữa máy tính (PC) và PLC nhằm áp dụng trong các hệ thống điều khiển – giám sát trạm trộn bêtông theo chu kỳ dựa trên ngôn ngữ lập trình bậc cao.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng phương thức truyền thông trực tiếp giữa PC và PLC ứng dụng trong hệ điều khiển - giám sát trạm trộn bê tông Ngô Như Khoa và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 XÂY DỰNG PHƯƠNG THỨC TRUYỀN THÔNG TRỰC TIẾP GIỮA PC VÀ PLC ỨNG DỤNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN – GIÁM SÁT TRẠM TRỘN BÊ TÔNG Ngô Như Khoa1*, Nguyễn Văn Huy2 1 2 Đại học Thái Nguyên, Trường Đại học KTCN - Đại học Thái Nguyên TÓM TẮT Từ những nghiên cứu về các phương thức truyền thông được hỗ trợ trong các thiết bị logic khả trình (PLC) của Siemens, chúng tôi tập trung phát triển phương thức truyền thông trực tiếp giữa máy tính (PC) và PLC nhằm áp dụng trong các hệ thống điều khiển – giám sát trạm trộn bêtông theo chu kỳ dựa trên ngôn ngữ lập trình bậc cao. Các nội dung chính cũng được đề cập đến trong bài báo này là: Kỹ thuật truy nhập trực tiếp bộ nhớ của PLC; cấu trúc gói dữ liệu tương ứng với thông tin truyền và các thuật toán truyền thông. Tính đúng đắn và độ tin cậy của thuật toán được khẳng định thông qua phần mềm điều khiển – giám sát đã được xây dựng và chạy thử nghiệm trên hệ thống thực. Từ khóa:Truyền thông với PLC, điều khiển-giám sát PLC, PLCS7-200, điều khiển trạm trộn bê tông * 1. GIỚI THIỆU Các hệ thống trạm trộn bêtông tự động đã được sản xuất và sử dụng ở mức phổ biến trong các lĩnh vực xây dựng công nghiệp và dân dụng ở hầu hết các nước trên thế giới cũng như trong nước. Nguyên lý chung của các hệ thống này là: dùng bộ điều khiển Logic khả trình làm thiết bị điều khiển trung tâm (cân định lượng các thành phần phối liệu, ximăng, nước và chất phụ gia; điều khiển các cửa xả phối liệu, hoạt động vận chuyển phối liệu, nạp phối liệu, trộn và xả bêtông); còn nhiệm vụ giám sát hệ thống và quản lý vật tư, sản phẩm do phần mềm trên máy tính đảm nhiệm. Vấn đề nghiên cứu thiết kế và chế tạo trạm trộn bêtông nói riêng và hệ thống điều khiển tự động nói chung, đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học trong nước [2, 3] cũng như đã được nhiều công ty hoạt động trong lĩnh vực cơ khí - tự động hóa trong nước nghiên cứu, chế tạo và thương mại hóa [3, 4, 5, 6]. Để xây dựng phần mềm điều khiển – giám sát hệ thống theo thời gian thực khi PLC * Ngô Như Khoa, Tel: +84 963887888 , Email: khoa.ngonhu@gmail.com Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên đang thực thi chương trình, cần phải dựa trên việc truy xuất vào bộ nhớ của PLC từ máy tính. Có 2 phương pháp truy xuất vào bộ nhớ của PLC từ máy tính: Giao tiếp với hệ điều hành của PLC. Phương pháp này sử dụng các công cụ đã được dựng sẵn bởi nhà sản xuất, trong mỗi mã lệnh chỉ rõ thao tác tác động vào một ô nhớ cụ thể trong PLC. Phương pháp này đơn giản về mặt lập trình, vì sử dụng các mã lệnh thân thiện, hoặc thông qua các chương trình chuyên dụng giao tiếp với PLC như WINCC, LABVIEW, OPCServer… Người sử dụng chỉ cần chỉ ra vị trí muốn thao tác, công việc còn lại do phần mềm xử lý. Nhược điểm của phương pháp này là chi phí cao để mua bản quyền của các nhà phát triển phần mềm giao tiếp (giá tham khảo [7], phần mềm WinCC V6.0 RC 128K TAGSR Siemens bán giá 2.400$; WinCC V6.2 giá bán tới 12.251 USD, vv). Giao tiếp thông qua truyền thông dữ liệu qua cổng truyền thông. Phương pháp truy xuất này chi phí thấp vì nó sử dụng các lệnh của các ngôn ngữ lập trình thông dụng để thao tác dữ liệu và truyền thông giữa PLC và PC. Tuy nhiên phương pháp này phức tạp trong việc lập trình, vì người dùng phải xây dựng http://www.lrc-tnu.edu.vn Ngô Như Khoa và cs Tạp chí KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ 58(10): 35 - 40 2.1. Xây dựng cấu trúc gói dữ liệu điều khiển và thông tin giám sát: một giao thức truyền thông, kiểm soát lỗi truyền thông. Phải trực tiếp kiểm soát các lệnh truyền thông từ PLC lên PC và ngược lại. Để truyền thông từ PC xuống PLC ta có thể dùng bất kỳ ngôn ngữ lập trình nào hỗ trợ truy xuất RS-232 như Visual Basic, Delphi, C++,… Các thông tin cần thiết được truyền thông giữa PC và PLC trong quá trình điều khiển – giám sát trạm trộn bao gồm: (i) PC phải gửi thông tin về phối liệu bêtông của mẻ trộn cho PLC; (ii) PC gửi các số thông tin điều khiển hệ thống cho PLC; (iii) PLC gửi thông tin cập nhật về trạng thái toàn hệ thống cho PC phục vụ công tác giám sát. Như vậy, sẽ cần xây dựng 3 cấu trúc gói dữ liệu. Cụ thể như sau: Hiện tại, các phần mềm điều khiển – giám sát trạm trộn trong nước đều sử dụng phương pháp thứ nhất, tức là được viết trên nền của phần mềm bản quyền của hãng SIEMENS, chủ yếu là phần mềm WINCC. Do vậy, việc xây dựng được phương thức truyền thông với PLC bằng các ngôn ngữ lập trình thông dụng, phục vụ cho việc phát triển các phần mềm giám sát và quản lý hệ thống trạm trộn bêtông là mục tiêu chính được đặt ra trong nghiên cứu này và có thể khẳng định rằng đây là vấn đề có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. a. Cấu trúc gói tin tham số hoạt động cho PLC (Frame1). Frame1 chứa thông tin phối liệu của mác bêtông. Khi bắt đầu mỗi mẻ trộn, PC tính toán phối liệu dựa trên mác bêtông yêu cầu và toàn bộ thông tin về phối liệu bêtông, số lần trộn được đóng gói vào Frame1 để gửi xuống PLC. Frame1 được thiết kế có kích thước 20 byte, trong đó 2 Byte đầu có giá trị 65535, mỗi từ kế tiếp có một ý nghĩa nhất định (Bảng 1). 2. KỸ THUẬT LẬP TRÌNH TRUY XUẤT BỘ NHỚ PLC S7-200 Bảng 1. Cấu trúc của Frame1 - dữ liệu phối liệu truyền từ PC đến PLC Trường Start Số khối Nước Xi măng Phụ gia TP1 TP2 TP3 TP4 Mã mẻ Kích thước 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B 2B Giá trị 65535 x x x x x x x x X VW0 VW2 VW4 VW6 VW8 VW14 VW16 Địa chỉ VW10 VW12 Bảng 2. Cấu trúc của Frame2 - thông tin điều khiển truyển từ PC đến PLC Trường Start Dự trữ Kích thước 2 byte Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Giá trị 65534 0 x x x x x 1 1 Địa chỉ b. Cấu trúc gói tin điều khiển trạng thái hoạt động của PLC (Frame2). Frame2 chứa thông tin điều khiển từ PC cho PLC. Frame2 được thiết kế có kích thước 30 byte, trong đó 2 Byte đầu có giá trị 65534, mỗi bit của byte thứ 3 có một ý nghĩa nhất ...