Luận văn Tổ chức, lập trình và đánh giá tính Redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp

MỤC LỤC

Chương 1: Giới thiệu tổng quan

1.1. Tính cấp thiết của luận văn . 1

1.2. Các cơchếvà cấu trúc dựphòng . 2

1.2.1. Dựphòng cho I/O Server . 2

1.2.2. Dựphòng cho đường dẫn dữliệu . 4

1.2.3. Dựphòng cho I/O Device . 5

1.2.4. Dựphòng cho mạng LAN . 6

1.3. Xây dựng cấu trúc dựphòng cho I/O Server và I/O Device cho giải pháp

hầm giao thông . 7

1.3.1. Nhiệm vụcủa luận văn . 7

1.3.2. Những vấn đềkhó khăn . 7

1.3.3. Phạm vi thực hiện . 8

1.3.4. Dựkiến các lĩnh vực ứng dụng của đềtài . 8

1.3.5. Bốcục và nội dung của luận văn . 9

Chương 2: Kỹthuật Redundancy trong tự động hoá

2.1. Các kỹthuật dựphòng . 11

2.1.1. Dựphòng lạnh . 11

2.1.2. Dựphòng ấm . 12

2.1.3. Dựphòng nóng . 13

2.2. Kỹthuật dựphòng của các hãng sản xuất thiết bịtự động hoá . 14

2.2.1. Hệthống dựphòng của hãng Schneider . 14

2.2.2. Hệthống dựphòng của hãng Omron . 23

2.2.3. Hệthống dựphòng của hãng Allen Bradley . 25

2.2.4. Hệthống dựphòng của hãng Mitsubishi . 28

2.2.5. Hệthống dựphòng của hãng Siemens . 31

2.3. Mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net . 35

2.3.1. Mạng MPI . 35

2.3.2. Mạng Profibus . 36

2.3.3. Mạng Ethernet . 38

2.4. Kết luận .

Chương 3: Tổchức, xây dựng cấu trúc dựphòng

3.1. Xây dựng cấu trúc dựphòng cho I/O Device . 39

3.1.1. Giải thuật lập trình phần mềm . 39

3.1.2. Cấu trúc liên kết mạng dựphòng của hãng Siemens. 40

3.1.3. Các khối OB báo lỗi trong PLC S7-300 và S7-400 . 43

3.1.4. Xây dựng cấu trúc liên kết mạng dựphòng cho I/O Device . 44

3.1.5. Xây dựng cơchếxác định lỗi bằng phần mềm . 45

3.1.6. Truyền thông giữa các khối CPU . 47

3.1.7. Xây dựng cơchế đồng bộhoá dữliệu . 52

3.1.8. Tóm lược quá trình xây dựng cơchếdựphòng cho I/O Device . 53

3.2. Xây dựng cấu trúc dựphòng cho I/O Server . 54

3.2.1. Cấu trúc liên kết mạng dựphòng cho I/O Server . 54

3.2.2. Khai báo cấu hình giao tiếp dữliệu OPC . 55

3.2.3. Khai báo cấu hình I/O Server ởchế độthường trực . 56

3.2.4. Khai báo cấu hình mạng LAN . 56

3.2.5. Tóm lược quá trình xây dựng cơchếdựphòng cho I/O Server . 57

Chương 4: Đánh giá tính dựphòng trên mô hình hầm

giao thông

4.1. Giới thiệu vềcác đường hầm giao thông . 58

4.1.1. Nhu cầu vềgiao thông . 58

4.1.2. Các đặc tính kỹthuật của hầm giao thông nhân tạo . 59

4.2. Ý tưởng xây dựng giải pháp và thực hiện . 61

4.2.1. Hệthống chiếu sáng . 63

4.2.2. Hệthống đèn tín hiệu giao thông . 63

4.2.3. Hệthống thông gió . 64

4.2.4. Hệthống SCADA . 66

4.2.5. Mô hình phần cứng hoàn chỉnh . 68

4.3. Kết luận . 69

Chương 5: Kết luận

5.1. Kết quảthửnghiệm và phân tích . 70

5.1.1 Kết quảthửnghiệm . . 70

5.1.2 Nhận xét và phân tích kết quả đạt được . 70

Ưu điểm . 70

Nhược điểm . 70

5.2. Kết quả đạt được và ý nghĩa . 71

5.3 Hướng phát triển . 71

5.4 Kết luận . 72

Tài liệu tham khảo . 73

Phụlục . 74

Lý Lịch trích ngang . 82

pdf82 trang | Chia sẻ: netpro | Lượt xem: 2695 | Lượt tải: 7download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận văn Tổ chức, lập trình và đánh giá tính Redundancy trong hệ thống điều khiển đa cấp, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
hống là khả năng đáp ứng với tốc độ rất nhanh: Tăng tốc độ phản hồi từ các I/O và khả năng chuyển mạch với tốc độ LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 31/82 cao. Với cách kết nối này CPU có thể trực tiếp truy nhập vào các I/O, các I/O sẽ phản hồi thông tin nhanh hơn. Hệ thống được sử dụng cho các hệ thống có yêu cầu phản hồi với tốc độ cao. Hình 2.7.d: Khả năng đáp ứng tốc độ cao của Redundancy Mitsubishi.  Với hệ thống Redundancy của Mitsubshi cung cấp, hầu hết các Q- series đều có thể được sử dụng, điều này làm giảm thiểu chi phí bảo trì, sửa chữa. Hình 2.7.e: Bảo trì Redundancy của Mitsubishi. 2.2.5 Hệ thống dự phòng hãng SIEMENS S7-300 và S7-400 là dòng thiết bị điều khiển lập trình. Hầu hết mọi nhiệm vụ mang tính tự động có thể được thực hiện với các bộ phận thích hợp của dòng thiết bị này. Các mô đun được thiết kế là những khối được gắn trên một thanh ray. Các thanh ray mở rộng được thêm vào để mở rộng hệ thống. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 32/82 Hình 2.8.a: PLC S7-400  Giới thiệu CP 443-5 cho kết nối Profibus dùng cho Redundancy Modun này được thiết kế để kết hợp với PLC S7-400, với các đặc điểm sau:  Modun đơn được thiết kế chỉ chiếm một rãnh.  Có thể được sử dụng trong các rãnh trung tâm hoặc mở rộng.  Điều khiển và hiển thị được đặt ở phía trước bảng điều khiển.  Không cần quạt.  Đầu cắm dùng cho kết nối mạng Profibus.  CP này có thể dùng cho mạng MPI hoặc LAN/Industrial. Hình 2.8.b: CP 443-5 LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 33/82 Hình2.8.c: Đèn hiển thị trên CP 443-5  Đèn FDX (xanh): tín hiệu kết nối là song công toàn phần.  Đèn LINK (xanh): tín hiệu kết nối đến ITP/TP.  Đèn TXD (xanh: nhấp nháy): CP đang truyền bằng AUI/ITP.  Đèn RXD (xanh: nhấp nháy): CP đang nhận dữ liệu bằng AUI/ITP.  Đèn FAST (xanh): tốc độ truyền tín hiệu đạt 100 Mbps. Các chế độ hoạt động của CP: • Chuyển đổi trạng thái từ STOP sang RUN: CP đọc cấu hình và (hoặc) tải dữ liệu vào trong bộ nhớ làm việc và sau đó chuyển sang chế độ RUN. • Chuyển đổi trạng thái từ RUN sang STOP: CP chuyền sang STOP với các nguyên nhân sau: Các kết nối được thiết lập (ISO, ISO-on-TCP, kết nối TCP) đã kết thúc. Trong chế độ STOP: − Tất cả các kết nối đều kết thúc. − Cấu hình và phần chuẩn đoán có thể còn. − FTP truy cập đến tập tin hệ thống có thể còn. − Truy cập HTTP có thể còn. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 34/82 Hình 2.8.d: Redundancy PLC S7-Siemens. Riêng S7-300 với một số chủng loại CPU có khả năng thiết kế tính năng redundancy, nhưng phải sử dụng thêm các mô đun phân tán kết nối I/O nhưng phải có tích hợp tính năng này. Các cấu hình thiết kế phải sử dụng theo hướng dẫn. Ngoài ra, trong phần mềm lập trình phải sử dụng các khối thư viện hỗ trợ từ nhà sản xuất. Đối với S7-400, thì chỉ cần thiết kế trong khai báo phần cứng không cần lập trình bằng phần mềm. Để cấu hình cho hệ thống với cấu trúc redundancy, tối thiếu phải có từ hai PLC trở lên. Trong đó, một dùng làm I/O Server chính, cái còn lại dùng làm I/O Server dự phòng. Các I/O Server này được kết nối với nhau và kết nối với các mô đun tín hiệu vào/ra bằng mạng truyền thông công nghiệp. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 35/82 2.3 MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SIMATIC NET Simatic Net là mạng truyền thông cho phép kết nối các bộ điều khiển của hãng Siemens, các máy tính chủ, các trạm làm việc. Simatic Net bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các mô đun cho phép kết nối mạng LAN (CP-Communication Processor hoặc IM- Interface Module). Với hệ thống Simatic Net, hãng Siemens cung cấp hệ thống truyền thông mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp. Hệ truyền thông Simatic Net dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế ISO/OSI (International Standardization Organisation/ Open System Interconnection). Cơ sở của các hệ thống truyền thông này là các mạng cục bộ (LANs), có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau: điện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách trên. Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành (cảm biến, đối tượng điều khiển). Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên, Simatic Net cung cấp các loại sub-net như sau: o Mạng PPI o Mạng MPI o Mạng AS-I o Mạng Profibus o Mạng Ethernet công nghiệp 2.3.1 Mạng MPI (multi point interface) Mạng MPI (multi point interface) là một sub-net của Simatic Net. Mạng MPI được sử dụng cho cấp trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn. Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của Simatic như S7/M7 và C7. Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chế các trạm (không quá 32 trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tối đa là 187,5 Kbps. Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI là Token Passing. Các thông số kỹ thuật của mạng MPI:  Số trạm cho phép tối đa là 32.  Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 36/82  Tốc độ truyền thông tối đa 187,5 Kbps.  Môi trường truyền dẫn: đôi dây kép có bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo).  Chiều dài lớn nhất của mạng là 50m, với Repeater là 1100 m, với cáp quang là 100Km.  Cấu trúc mạng: đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn.  Dịch vụ truyền thông: các hàm chức năng của S7, bảng dữ liệu truyền thông toàn cục. 2.3.2 Mạng Profibus Kỹ thuật mạng PROFIBUS. Giao thức Profibus được một nhóm các nhà cung cấp tự động hóa thành lập năm 1989 tại Đức. Ban đầu, giao thức này được phát triển cho sản xuất phân tán. Sau đó nó dần mở rộng sang tự động hóa quá trình và các ứng dụng trên toàn doanh nghiệp. Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt. Profibus sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình. Profibus là một mạng Fieldbus được thiết kế để giao tiếp giữa máy tính và PLC. Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, Profibus xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master và giữa master- slave, với khả năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì, tốc độ truyền lên tới 12Mbp và khoảng cách truyền tối đa có thể đạt được là 800m. Profibus bao gồm 3 kiểu giao thức, mỗi kiểu được sử dụng cho những tác vụ khác nhau. Tất nhiên, các thiết bị có cả ba giao thức vẫn có thể giao tiếp với nhau trong một hệ thống phức tạp thông qua một mạng Profibus. Có 3 kiểu giao thức truyền thông đó là Profibus FMS, DP, PA.  Profibus-PA là một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. Profibus PA truyền thông với tốc độ 31,25 Kbp với phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn (segment). Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng yêu cầu độ an toàn cao. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 37/82  Profibus-FMS là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.  Profibus-DP là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự (analog) và tín hiệu phân tán (discrete). Profibus DP được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng như hệ thống I/O. Profibus DP truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbp – 12 Mbp trong phạm vi từ 100 – 1.200m. PROFIBUS-DP được thiết kế để truyền dữ liệu tốc độ cao tại cấp thiết bị. Trong trường hợp này, các bộ điều khiển trung tâm (PLC, PC) giao tiếp với các thiết bị hiện trường phân tán của chúng (I/O, truyền động – drive, van…) qua một liên kết nối tiếp tốc độ cao. Hầu hết quá trình truyền dữ liệu với các thiết bị phân tán này được thực hiện theo chu kì. Mạng Profibus DP. Profibus-DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu dưới cấp trường. Việc trao đổi dữ liệu ở đây chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế chủ/tớ. Các dịch vụ truyền thông cần thiết được định nghĩa qua các chức năng DP cơ sở theo chuẩn EN 50 170. Bên cạnh đó, DP còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn, phục vụ tham số hoá, vận hành và chuẩn đoán các thiết bị trường thông minh. Cấu hình mạng Profibus-DP. Profibus -DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono-Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi-Master). Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ đều có thể đọc dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ. Tuy nhiên, duy nhất một trạm chủ được quyền ghi dữ liệu đầu ra. Việc đặt cấu hình hệ thống được thực hiện bằng các công cụ phần mềm. Đặc tính vận hành của mạng Profibus DP. Chuẩn DP mô tả chi tiết đặc tính vận hành hệ thống để đảm bảo tính tương thích và khả năng thay thế lẫn nhau của các thiết bị. Trước hết, đặc tính vận hành của hệ thống được xác định qua các trạng thái hoạt động của các thiết bị chủ:  STOP: Không truyền dữ liệu sử dụng trạm chủ và trạm tớ, chỉ có thể chuẩn đoán và tham số hoá.  CLEAR: Trạm chủ đọc thông tin đầu vào từ các trạm tớ và giữ các đầu ra ở giá trị an toàn.  OPERATE: Trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần hoàn với các trạm tớ.Trạm chủ cũng thường xuyên gởi thông tin trạng thái của nó tới các trạm tớ bằng cách sử dụng lệnh gởi đồng loạt vào các khoảng thời gian đặt trước. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 38/82 Các hàm DP cơ sở cho phép đặt trạng thái làm việc cho hệ thống, phản ứng của hệ thống đối với một lỗi xảy ra trong quá trình truyền dữ liệu của trạm chủ (ví dụ khi một trạm tớ có sự cố) được xác định bằng tham số cấu hình “auto-clear”. Nếu tham số này được chọn đặt, trạm chủ sẽ đặt đầu ra cho tất cả các trạm tớ của nó về trạng thái an toàn trong trường hợp một trạm tớ có sự cố, sau đó trạm chủ sẽ tự chuyển về trạng thái CLEAR. Nếu tham số này không được đặt, trạm chủ sẽ vẫn tiếp tục giữ ở trạng thái OPERATE. 2.3.3 Mạng Ethernet IE (industrial Ethernet)_mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp phân xưởng để thực hiện truyền thông giữa máy tính và các hệ thống tự động hoá. Nó phục vụ cho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền thông trên một phạm vi rộng. Các bộ xử lý truyền thông dung trong mạng luôn kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng không. Nếu không thì một trạm nào đó trong mạng có thể gửi tín hiệu đi, khi xảy ra xung đột trên mạng vì có hai trạm gửi thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thời gian nhất định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngẫu nhiên. Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP (Transmissin Control Protocol / Internet Protocol). Phương pháp thâm nhập đường dẫn CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thì các thành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bình đẳng với nhau. Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và ISO trên TCP thì các trạm không phải của SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một cách khác Ethernet công nghiệp là mạng truyền thông mở. Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp: • Chuẩn truyền thông: IEEE 802.3 • Số lượng trạm tối đa 1024. • Phương pháp thâm nhập đường dẫn CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion). • Môi trường truyền thông: dây dẫn dùng cáp đồng, cáp đôi dây xoắn, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo). • Kiểu nối: đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn. • Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 39/82 CHƯƠNG 3: TỔ CHỨC, XÂY DỰNG CẤU TRÚC DỰ PHÒNG 3.1 XÂY DỰNG CẤU TRÚC DỰ PHÒNG CHO I/O DEVICE I/O Device là thiết bị điều khiển trung tâm, nó thực hiện quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành, tuỳ thuộc vào các chức năng được thiết kế bên trong. Ngày nay, đa số các I/O Device đều được thiết kế với bộ vi xử lý bên trong hay còn gọi là CPU và chức năng điều khiển được thiết kế bằng cách lập trình bằng phần mềm. Các I/O Device này dùng trong ngành tự động hoá được gọi là PLC. Vì tất cả các tín hiệu điều khiển, các cảm biến, các cơ cấu chấp hành đều kết nối về I/O Device này và chương trình điều khiển hoạt động của hệ thống đều nằm ở đây. Cho nên, trạm này có thể được gọi là “khối ốc”, là trung tâm và là đầu não điều khiển hoạt động của hệ thống. Nếu, có sự cố hư hỏng xảy ra ở đây thì toàn bộ hệ thống bị tê liệt hoàn toàn. Vì vậy, để đảm bảo hệ thống tự động hoá hoạt động ổn định, thông suốt thì xây dựng một khối dự phòng (redundancy) cho I/O Device này là rất cần thiết. Có nghĩa là thiết kế thêm một PLC trạm chủ dự phòng cho PLC trạm chủ đang hoạt động. Hai PLC này đều phải tuyền thông được với các mô đun I/O và truyền thông đồng bộ với nhau để trao đổi thông tin liên tục. Do thiết bị hiện có là của hãng Siemens và cũng không được đầy đủ để thực hiện được cấu hình theo sự hướng dẫn của nhà sản xuất. Tác giả đã tìm hiểu và thiết lập cấu hình riêng nhằm đáp ứng được yêu cầu đặt ra. Cho nên bài báo cáo chỉ tập trung vào thiết bị của hãng Siemens và kết quả thực hiện được. 3.1.1 Giải thuật lập trình phần mềm Xây dựng giải thuật cơ chế lập trình phần mềm cho CPU chính và CPU dự phòng như sau: - CPU chính và CPU dự phòng cùng đọc thông tin tín hiệu ở ngỏ vào và xử lý chương trình ứng dụng. - CPU chính gởi thông tin trạng thái đến CPU dự phòng đồng thời phân tích trạng thái của CPU dự phòng và ngược lại. - Trao đổi dữ liệu với nhau để đồng nhất dữ liệu. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 40/82 - CPU chính ra lệnh xuất tín hiệu sang ngỏ ra còn CPU dự phòng thì không. CPU dự phòng chỉ xuất tín hiệu sang ngỏ ra chỉ khi CPU chính bị lỗi. - CPU chính giành quyền kiểm soát trở lại khi được bảo trì và khởi động. Đọc thông tin tín hiệu ngỏ vào Xử lý chương trình ứng dụng Phân tích thông tin trạng thái từ CPU dự phòng Gửi thông tin trạng thái đến CPU dự phòng Đọc thông tin tín hiệu ngỏ vào Xử lý chương trình ứng dụng Không xuất tín hiệu sang ngỏ ra Phân tích thông tin trạng thái từ CPU chính Gửi thông tin trạng thái đến CPU chính CPU chính CPU dự phòng Trao đổi dữ liệu với CPU dự phòng Trao đổi dữ liệu với CPU chính Xuất tín hiệu sang ngỏ ra Hình 3.1: giải thuật lập trình phần mềm Để các CPU có thể trao đổi dữ liệu với nhau, các CPU này phải được kết nối bằng các chuẩn mạng truyền thông công nghiệp, hãng Siemens đề xuất cấu hình liên kết mạng như sau: LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 41/82 3.1.2 Cấu trúc liên kết mạng dự phòng của hãng Siemens Các cấu trúc liên kết mạng kiểu mẫu của hãng Siemens Hình 3.2: cấu trúc liên kết mạng dùng CPU S7-300 Đây là kết cấu phần cứng tối thiểu trong thiết kế hệ thống dự phòng cho I/O Device, trong đó đường kết nối giữa 02 trạm để liên kết dữ liệu backup được thực hiện qua các chuẩn truyền thông MPI. Đây là chuẩn truyền thông có tốc độ truyền thấp, sự chuyển đổi điều khiển giữa hai CPU và tốc độ truyền dữ liệu rất thấp. Điều đó có thể làm ảnh hưởng đến sự liên tục của quá trình điều khiển. Để có tốc độ truyền nhanh hơn, người ta sử dụng chuẩn truyền thông qua mạng Profibus. Hoặc cần tốc độ nhanh và lượng dữ liệu truyền thông lớn, người ta sử dụng chuẩn truyền thông qua mạng Ethernet. Với các cấu hình phần cứng được yêu cầu của hãng Siemens, người lập trình được sử dụng các khối thư viện hỗ trợ. Với các khối này, rất dễ dàng trong việc lập trình và khai báo cấu trúc dự phòng. Tuy nhiên sẽ rất tốn kém vì giá thành để mua các khối này rất cao. Đây là cơ chế dự phòng phần mềm (Software Redundancy) được hỗ trợ bởi các khối FC, FB được xây dựng bởi Siemens. Người sử dụng phải thiết kế phần cứng theo quy định và chi phí mua bản quyền phần mềm rất cao. Trong đó, các khối và chức năng như sau: LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 42/82 FC 100 ‘SWR_START’ FC 100 ‘SWR_START’ được dùng để cho giá trị ban đầu vào 02 trạm. Cơ bản, khối này xác định với chức năng: - Vùng phạm vi của ngỏ ra, vùng địa chỉ của bit bộ nhớ, vùng khối dữ liệu, các khối dữ liệu, và vùng của DB tức thời, cho các bộ đếm/bộ định thời được dùng trong chương trình ứng dụng bản sao lưu dự phòng; mỗi vùng được cấp một dãy liên tục. - Chi tiết về truyền thông và phạm vi cục bộ. - Ba khối dữ liệu, mà các khối của phần mềm tạo bản sao lưu dự phòng yêu cầu cho việc chứa dữ liệu ban đầu, phải được gọi bởi khối khởi động OB 100. FC 102 ‘SWR_DIAG’ với chức năng: - FC 102 phải được gọi bởi OB chuẩn đoán lỗi (OB 86). - FC 102 ‘SWR_DIAG’ makes chắc rằng theo lỗi của DP slave, tự động chuyển đổi thiết bị từ master sang reserve. FB 101 ‘SWR_ZYK’ với chức năng: - FB 101 ‘SWR_ZYK’ phải được gọi trước và sau chương trình ứng dụng bản sao lưu dự phòng. - FB 101 ‘SWR_ZYK’ được dùng để bắt đầu chuyển đổi dữ liệu từ master sang reserve. Qua quá trình nghiên cứu và tham khảo các tài liệu hướng dẫn, để xây dựng được cấu trúc dự phòng theo đề xuất của hãng Siemens, đòi hỏi người sử dụng phải có các thiết bị phần cứng phù hợp mà còn phải mua bản quyền phần mềm tương ứng. Do điều kiện thiết bị hiện có, tác giả đề xuất xây dựng cấu hình phần cứng và hướng nghiên cứu để giải quyết vấn đề như sau: - Đầu tiên, tìm hiểu các khối OB báo lỗi cho PLC S7-300 và S7- 400. - Thứ hai, xây dựng cấu hình phần cứng theo các thiết bị hiện có. - Thứ ba, thiết lập giải thuật và lập trình khai báo tính dự phòng. - Thứ tư, đánh giá ứng dụng trên mô hình thực. - Thứ năm, rút ra kết luận. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 43/82 3.1.3 Các khối OB báo lỗi trong PLC S7-300 và S7-400 Khối OB 80 “Time Error Organization Block” Mô tả: Đây là khối tổ chức báo lỗi thời gian. Hệ thống vận hành sẽ gọi OB80 khi có một lỗi xảy ra khi thực hiện OB. Các lỗi bao gồm: thực hiện chu kỳ thời gian, Khối OB 81 “Power Supply Error Organization Block” Mô tả: Đây là khối tổ chức báo lỗi nguồn cung cấp. Hệ thống vận hành sẽ gọi OB81 khi có các lỗi xảy ra liên quan đến nguồn cung cấp (chỉ có trên S7-400) hoặc trên bộ pin. Khối OB 82 “Diagnostic Interrupt Organization Block” Mô tả: Nếu module với khả năng chuẩn đoán lỗi và đã được cài đặt ngắt để chuẩn đoán lỗi, nó xuất ra yêu cầu chuẩn đoán lỗi ngắt đến CPU. Hệ thống vận hành sẽ gọi OB82. Khối OB 83 “Insert / Remove Module Interrupt Organization Block” Mô tả: CPU vận hành hệ thống sẽ gọi OB83 trong các tình huống sau: - Sau khi lắp đặt/lấy ra các module thiết lặp. - Sau khi thay đổi thông số của module bởi STEP7 và nạp các thông số đó xuống CPU trong suốt quá trình RUN. Khối OB 84 “CPU Hardware Fault Organization Block” Mô tả: Đây là khối tổ chức báo lỗi khi có sự cố xảy ra trên phần cứng của CPU. Khi có sự cố hoặc lỗi xảy ra trên phần cứng, hệ thống sẽ gọi OB 84 ngay lập tức. Khối OB 86 “Rack Failure Organization Block” Mô tả: Hệ thống vận hành của CPU sẽ gọi OB86 khi lỗi xảy ra trên các ET mở rộng, tại DP master hoặc trạm mà được dò tìm bởi các mô đun phân tán I/O. Khối OB 87 “Communication Error Organization Block” Mô tả: Hệ thống vận hành của CPU sẽ gọi OB87 khi có sự cố xảy ra liên quan đến truyền thông. Khối OB 121 “Programming Error Organization Block” Mô tả: hệ thống vận hành của CPU sẽ gọi OB121 khi có lỗi xảy ra liên quan đến quá trình xử lý của chương trình. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 44/82 Qua quá trình tìm hiểu và thử nghiệm hoạt động của các OB báo lỗi, tác giả nhận thấy các OB này chỉ báo lỗi trực tiếp các lỗi xảy ra liên quan đối với CPU. Người sử dụng phải thiết lập và lập trình để xử lý các tín hiệu thông báo này tuỳ theo yêu cầu sử dụng. Tuy nhiên, đối với PLC S7-300 không được hỗ trợ đầy đủ các khối OB này. Vì vậy, theo hướng nghiên cứu của đề tài và thiết bị hiện có, tác giả chỉ sử dụng các khối OB để kiểm tra lỗi của CPU chính là OB86, OB87 và OB121. 3.1.4 Xây dựng cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho I/O Device Kết nối các mô đun vào ra CPU dự phòng CPU chính Truyền thông giữa CPU chính và CPU dự phòng Hình 3.3: sơ đồ khối cấu trúc liên kết mạng dự phòng cho I/O Device Khối KẾT NỐI I/O: chỉ có nhiệm vụ truyền thông với với các trạm điều khiển, dùng để kết nối với các mô đun I/O, bao gồm mô đun tín hiệu số 16 ngỏ vào/ 16 ngỏ ra và mô đun tín hiệu tương tự 4 ngỏ vào/ 2 ngỏ ra. Khối CPU CHÍNH: đây là khối điều khiển trung tâm, chứa chương trình điều khiển, đây là trạm có chức năng quản lý toàn bộ hoạt động của hệ thống, giám sát các điều kiện tương ứng bên ngoài bằng các tín hiệu cảm biến kết nối với các mô đun ngỏ vào và quyết định thực hiện các cơ cấu chấp hành kết nối với các mô đun ngỏ ra. Khối CPU DỰ PHÒNG: khi khối CPU CHÍNH gập sự cố, khối này sẽ thực hiện quyết định điều khiển toàn bộ hệ thống như là khối CPU CHÍNH ban đầu. Vì vậy, khối này vẫn chứa chương trình điều khiển, vẫn giám sát theo dõi hoạt động hệ thống nhưng không ra quyết định điều khiển các cơ cấu chấp hành và chỉ ra quyết định điều khiển khi nào nó là khối điều khiển trung tâm. LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 45/82 Hai khối CPU CHÍNH và CPU DỰ PHÒNG được liên kết với nhau, hai khối này phải liên tục trao đổi thông tin và phân tích trạng thái của nhau để phối hợp điều khiển với các tín hiệu ngỏ vào và ngỏ ra. Khối CPU CHÍNH đảm nhận điều khiển các cơ cấu chấp hành, khối CPU DỰ PHÒNG để để đảm nhận điều khiển khi CPU CHÍNH bị hư hỏng hay gập các sự cố được thiết lập. 3.1.5 Xây dựng cơ chế xác định lỗi bằng phần mềm Xây dựng cơ chế xác định CPU chính hư hỏng, bao gồm các trạng thái lỗi như sau: CPU chuyển sang trạng thái STOP: các lỗi bất kỳ nào xảy ra gây CPU chuyển sang trạng thái STOP. Khai báo ngắt OB35 với chu kỳ thời gian cố định là 50ms, trong khối này, cho phép 1 bit sáng tắt liên tục khi CPU ở trạng thái hoạt động, khi CPU này dừng thì bit này sẽ ở một trạng thái bền (tức trạng thái 0 hoặc 1). Các trạng thái này được truyền qua mạng đến CPU dự phòng để được kiểm tra. Tuỳ theo trạng thái của bit này mà CPU dự phòng xem xét CPU chính có bị chuyển sang trạng thái STOP hay không và ra quyết định thực hiện giành quyền kiểm soát và điều khiển. Gửi tín hiệu X1 = on/off Nhận tín hiệu Y1 = X1 X1=on/off M1 = 0 (CPU chính đang RUN) M1 = 1 (CPU chính đang STOP) CPU chính CPU dự phòng Y N Hình 3.4: giải thuật xác định CPU chính ở trạng thái STOP LUẬN VĂN CAO HỌC Trang: 46/82 Khi CPU chính đã được bảo trì và khởi động trở lại thì: - CPU chính giành quyền kiểm soát trở lại hoặc - CPU chính trở thành CPU dự phòng Quá trình này được thiết lập tuỳ thuộc vào các hãng sản xuất thiết bị và chương trình phần mềm quy định. Ơ đây, tác giả chọn giải pháp lập trình phần mềm và chọn giải thuật là CPU chính giành quyền kiểm soát trở lại. CPU chính bị lỗi phần mềm: do người lập trình hay sự cố liên quan đến các khối dữ liệu, các chương trình con, các khối tổ chức bị lỗi được phát hiện bởi khối OB121. Khi có một trong các sự cố lỗi liên quan đến phần mềm, CPU sẽ tổ chức ngắt và gọi khối OB121, trong đó sẽ gửi thông tin thanh ghi đến CPU dự phòng. Lúc này, CPU dự phòng sẽ kiểm soát và điều khiển quá trình. Khi sự cố được khắc phục, CPU chính được khởi động trở lại tức chuyển từ chế độ STOP sang RUN thì CPU dự phòng trả lại quyền điều khiển cho CPU chính. Một số đặc điểm của OB121: Hệ thống vận hành sẽ gọi OB121 khi chương trình bị lỗi xảy ra khi: địa chỉ các bộ định thời không tồn tại, hoặc gọi khối mà không được nạp hay bị lỗi do bộ nhớ. Nếu OB121 không được lập trình thì hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái STOP nếu có một trong các lỗi trên xảy ra. CPU chính bị lỗi giao tiếp I/O: khi CPU chính không nhận được tín hiệu truyền thông từ các mô đun vào ra, lỗi xảy ra tại các cổng giao tiếp DP, hoặc lỗi do bị đứt đường truyền từ CPU chính đến KHỐI KẾT NỐI VÀO/RA. Khi có một trong các lỗi này xảy ra, CPU sẽ tổ chức ngắt và gọi khối OB86, trong khối này sẽ lập trình gửi thông tin thanh ghi đến CPU dự phòng, quá trình thực hiện tiếp tục tương tự như CPU chính bị lỗi phần mềm. Một số đặc điểm của OB86: Hệ thống vận hành của CPU sẽ gọi OB86 khi có lỗi ở các thanh ray mở rộng, hệ thống DP chính, hoặc tại trạm được quản lý bởi CPU chính (qua mạng Profibus DP và Profinet I.O) cả hai tình huống khi hệ thống bị lỗi hay khi đã được bảo trì. Nếu OB86 không được lập trình thì hệ thống sẽ chuyển sang trạng thái STOP nếu có một trong các lỗi trên xảy ra. Lập trình cho CPU chính các OB86 và OB121, ở trạng thái bình thường thì X2 và X3 ở mức logic 0. Khi gập các sự cố liên quan đến lỗi phần mềm hoặc lỗi về g

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfNoi dung chinh.pdf
  • pdfBia_LV.pdf
  • pdfMuc luc.pdf