BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HCM
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BỘ MƠN ĐIỀU KHIỂN - TỰ ĐỘNG

ĐỒ ÁN MƠN HỌC 2
NGÀNH: CƠNG NGHỆ ĐIỆN TỰ ĐỘNG
Đề Tài:
MẠNG TRUYỀN THƠNG
CƠNG NGHIỆP
GVHD: TS. TRƯƠNG ĐÌNH NHƠN
SVTH : LÊ ĐỨC TỒN 10118074
TP. HỒ CHÍ MINH – 01 / 01 / 2014
Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật
TP.HCM
Khoa Điện – Điện Tử
Bộ Môn ĐIỀU KHIỂN TỰ
ĐỘNG
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc
Ngày tháng năm 2014
PHIẾU CHẤM ĐỒ ÁN MÔN HỌC 2
(Dành cho người hướng dẫn)
1. Họ tên sinh viên: MSSV:
2. Tên đề tài:
3. Người hướng dẫn :
4. Những ưu điểm của Đồ án :


Tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật truyền thông
và công nghệ phần mềm trong những năm gần đây đã tạo sự chuyển biến cơ
bản trong hướng đi cho các giải pháp tự động hóa công nghiệp. Xu hướng
phân tán, mềm hóa và chuẩn hóa là ba trong nhiều điểm đặc trưng cho sự
thay đổi này. Sự ứng dụng rộng rãi các hệ thông mạng truyền thông công
nghiệp,đặc biệt các hệ thống bus trường, là một ví dụ tiêu biểu. Mạng truyền
thông công nghiệp cũng như công nghệ bus trường không phải là một lĩnh
vực hoàn toàn mới, mà thực chất là các công nghệ được kế thừa, chắt lọc và
phát triển từ kỹ thuật truyền thông nói chung cho phù hợp với các yêu cầu
trong công nghiệp. Về công nghệ bus trường, từ hơn một thập kỷ nay, công
nghệ bus trường, đã trở nên không thể thiếu trong các hệ thống và giám sát
hiện đại.
Vì mạng truyền thông công nghiệp là một mảng lớn bao gồm rất nhiều hệ
thống bus từ cấp thấp đến cấp cao, và cũng rất đa dạng do nhiều hãng tạo ra.
Nên với giới hạn một đồ án môn học em chỉ tìm hiểu về một phần mạng
truyền thông của Siemens thông qua hai loại mạng ở 2 cấp khác nhau đó là
cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành là PROFIBUS và AS-I được thiết lập và
điều khiển bằng PLC S7-300
Hình 1.1: Mạng truyền thông công nghiệp siemens
Trang 4
Phần A: GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
1.1 Mục tiêu
Hoàn thành báo cáo và biết cách thiết lập kết nối trao đổi dữ liệu giữa
hai PLC S7_300 bằng mạng PROFIBUS và từ PLC S7-300 điều khiển được
các cơ cấu chấp hành bằng mạng AS-I thông qua một module mạng CP343-
2.
1.2 Các phương án thực hiện
- Tìm tài liệu về mạng truyền thông công nghiệp, lập trình plc
- Đọc datasheet của PLC S7-300, và datasheet của module mạng CP343-2
- Tham khảo cách kết nối do người khác đã làm

• Địa chỉ ngõ ra là Q0.0 ÷ Q 127.7
Trang 6
Phần B: NỘI DUNG
Hình 1.3 Cấu trúc phần cứng của PLC S7-300
Các module trong PLC S7-300 là:
- Module nguồn (power supply)
- Module xử lí trung tâm CPU (central processing unit)
- Module truyền thông IM (interface module)
- Module tín hiệu SM (signal module)
- Module chức năng (function module)
- Module truyền thông CP (communication module)
Mở rộng rack cho PLC S7-300 Hình 1.4
Hình 1.4: sơ
đồ mở rộng
rack cho PLC
S7-300
Trang 7
Phần B: NỘI DUNG
Vùng nhớ của PLC S7-300
I : Miền bộ đệm các cổng ngõ vào số
Q : Miền bộ đệm các cổng ngõ ra số
M : Miền các cờ
T (Timer): Miền nhớ phục vụ bộ thời gian
C (counter): Miền nhớ phục vụ bộ đếm
PI : Miền địa chỉ của các module vào tương tự
PQ: Miền địa chỉ của các module ra tương tự
1.2 Giới thiệu module truyền thông mạng AS-I CP343-2
Module CP343-2 dùng để truyền thông mạng AS-I giữa PLC S7-300 và các
cơ cấu chấp hành, cảm biến có gắn card AS-I.
Hình 1.5: module CP343-2 và mạng truyền thông siemens

gắn vào nó là các cơ cấu chấp hành hoặc cảm biến mà không cần chúng phải
có card AS-I.
Một bộ cáp chia nhánh mạng AS-I (Branch of the asi cable): dùng để chia ra
mạng thành nhiều nhánh khác nhau.
Trang 10
Phần B: NỘI DUNG
Kết nối với module CP343-2
Hình 1.7: Kết nối và các đèn báo trên CP343-2
Trạng thái các đèn báo:
- ADR (đỏ) :Lỗi địa chỉ
- RUN (đỏ) :Master hoạt động
- SF (đỏ) :Lỗi hệ thống.
- APF đỏ) :Lỗi nguồn AS-I.
- CER (vàng) :Lỗi cấu hình.
- AUP (xanh) :Chế độ tự động.
- CM (vàng) :Chế độ cấu hình.
Trang 11
Phần B: NỘI DUNG

Hình 1.8: Trao đổi dữ liệu giữa master và các slave trong mạng AS-I
Hình 1.9: Địa chỉ của các slave
n: địa chỉ bắt đầu của CP343-2
Trang 12
Phần B: NỘI DUNG
Chương 2 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG PROFIBUS-DP VÀ MẠNG AS-I
2.1 MẠNG PROFIBUS-DP
2.1.1 Giới thiệu
PROFIBUS (process field bus) là một hệ thống bus trường được phát triển tại
đức từ năm 1987, do 21 công ty và cơ quan nghiên cứu hợp tác. Sau khi đươc
chuẩn hóa quốc gia với DIN 19245, PROFIBUS đã trở thành chuẩn châu âu

nay, PROFIBUS là hệ bus trường hàng đầu thế giới với hơn 20% thị phần và
với hơn 5 triệu thiết bị lắp đặt trong khoảng 500000 ứng dụng. có thể nói,
PROFIBUS là giải pháp chuẩn, đáng tin cậy cho nhiều phạm vi ứng dụng khác
nhau, đặc biệt là các ứng dụng có yêu cầu cao về tinh năng thời gian.
2.1.2 kiến trúc giao thức
PROFIBUS chỉ thực hiện các lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mô hình qui chiếu
OSI, như minh họa như hình 2.0
Hình 2.0: Các lớp trong mô hình osi được PROFIBUS sử dụng
Tuy nhiên, PROFIBUS –DP và PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao
đổi dữ liệu quá trình giữa cấp điều khiển với cơ cấu chấp hành. Một số chức
năng còn thiếu được bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm trên lớp 7. Bên
cạnh các hàm dịch vụ DP cơ sở và mở rộng được quy định tại lớp giao diện
sử dụng, hiệp hội PI còn đưa ra một số quy định chuyên biệt (profiles) về đặc
tính và chức năng đặc thù của thiết bị cho một số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu.
Các đặc tả này nhằm mục đích tạo khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau
của thiết bị từ nhiều nhà sản xuất.
Cả ba giao thức FMS, DP và PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu (lớp FDL).
PROFIBUS-PA có cùng giao giao diện sử dụng như DP, tuy nhiên tính năng
của các thiết bị khác nhắm phù hợp với môi trường làm việc dễ cháy nổ. kỹ
thuật truyền dẫn MBP (Manchester coded, Bus Powered) theo IEC 1158-2 cũ
Trang 14
Phần B: NỘI DUNG
được áp dụng ở đây đảm bảo vấn đề an toàn và cung cấp nguồn cho các
thiết bị qua cùng dây dẫn bus. Để tích hợp các đoạn mạng DP và PA có thể
dùng các bộ chuyển đổi (DP/PA-Link, DP/PA-Coupler) có sẵn trên thị trường.
Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con là FMS (Fieldbus Message
Specification) và LLI (Lower Layer Interface), trong đó FMS chinh là một tập
con của chuẩn MMS, lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng và
cung cấp các dịch vụ truyền thông, trong khi LLI có vai trò trung gian cho FMS
kết nối với lớp 2 mà không phụ thuộc vào các thiết bị riêng biệt. lớp LLI còn có

phía trên lớp 7 một lớp ánh xạ liên kết với lớp 2 gọi là DDLM (Direct Data Link
Mapper) cũng như một lớp giao diện sử dụng (User Interface Layer) chứa các
hàm DP cơ sở và các hàm DP mở rộng. Trong khi các hàm DP cơ sở chủ yếu
phục vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn, thời gian thực, các hàm DP mở rộng cung
cấp các dịch vụ truyền dữ liệt không định kỳ như tham số thiết bị, chế độ vận
hành và thông tin chuẩn đoán.
2.1.5 MẠNG ASI
AS-i (Actuator Sensor Interface) là kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất
các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp, trong đó có
Siemens AG, Festo KG, Pepperl & Fuchs GmbH. Như tên gọi của nó phần nào diễn
tả, mục đích sử dụng duy nhất của AS-i là kết nối các thiết bị cảm biến và chấp hành
số với cấp điều khiển. Từ một thực tế là hơn 80% cảm biến và cơ cấu chấp hành
trong một hệ thống máy móc làm việc với các biến logic, cho nên việc nối mạng
chúng trước phải đáp ứng được yêu cầu về giá thành cũng như lắp đặt, vận hành và
bảo dưỡng đơn giản. Vì thế, các tính năng kỹ thuật được đặt ra là:
- Khả năng đồng tải nguồn, tức dữ liệu và dòng nuôi cho toàn bộ các cảm biến
và một phần lớn các cơ cấu chấp hành phải được truyền tải trên cùng một cáp
hai dây
- Phương pháp truyền phải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng
không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền
- Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây
- Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá cả rất thấp
- Các bộ nối phải nhỏ, gọn, đơn giản và giá cả rất hợp lý
Với các hệ thống bus đã có, các yêu cầu trên chưa được đáp ứng một cách thoả
đáng. Đó chính là động lực cho việc hợp tác phát triển hệ bus mới AS-i. Thế mạnh
của AS-i là sự đơn giản trong thiết kế,lắp đặt và bảo dưỡng cũng như giá thành
thấp, nhờ một phương pháp truyền thông đặc biệt cũng như một kỹ thuật điện cơ
mới.
Hình 2.1 minh hoạ mạng thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành sử dụng AS-i đối
chiếu với các phương pháp khác. Hình 2.1 (a) là cách nối dây điểm - điểm cổ điển,

thành viên tham gia có thể được phân bố đều trên đường truyền, hoặc có thể sắp
xếp theo nhóm và ghép nối qua đường trục hoặc đường nhánh. Không giống như
các hệ thống khác có cấu trúc bus. AS-i không yêu cầu sử dụng trở đầu cuối.
Trong một mạng AS-i có một trạm chủ duy nhất đóng vai trò kiểm soát toàn bộ hoạt
động giao tiếp trong mạng, như được minh hoạ trên hình 2.2. Trạm chủ này có thể là
một máy tính điều khiển như PLC, PC hay CNC, hoặc có thể là một bộ nối bus trong
trường (fiedbus coupler). Trong trường hợp trạm chủ là một bộ nối bus trường, nó
có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức giữa một đoạn bus trường (ví dụ PROFIBUS -DP)
với mạng AS-i. Các trạm tớ còn lại có thể là một module tích cực ghép nối với tối đa
4 bộ cảm biến hoặc cơ cấu chấp hành thông thường, hoặc chính là một cảm biến/cơ
cấu thấp có tích hợp giao diện AS-i (trạm tớ) được nối trực tiếp hay qua một bộ chia
với đường truyền.
Trang 17
Phần B: NỘI DUNG
Hình 2.2: Nguyên tắc ghép nối các thành phần trong mạng AS-I

Chiều dài tổng cộng của cáp truyền cho phép tối đa là 100 mét. Với các khoảng
cách lớn hơn, cần sử dụng các bộ lặp (repeater) hoặc bộ mở rộng (extender). Số
trạm tớ tối đa trong một mạng là 31, tương ứng với tối đa 124 thiết bị (mỗi trạm tớ
ghép nối được tối đa 4 thiết bị). Có nghĩa là, thực hiện truyền hai chiều sẽ cho phép
một trạm quản lý tối đa 124 kênh vào số và 124 kênh ra số. Tốc độ truyền được quy
định là 167 kbit/s tương đương với thời gian bit là 6µs.
Về cáp truyền. AS-i quy định hai loại là cáp dẫn điện thông thường (cáp tròn) và cáp
AS-i đặc biệt (cáp dẹt). Trong khi cáp tròn thông thường để kiếm và giá thành thấp,
thì loại cáp dẹt có ưu điểm là dễ lắp đặt. Đường kính lõi dây phả i là 1.5mm để đáp
ứng yêu cầu cung cấp dòng một chiều tối thiểu 2A (24V DC).
Cơ chế giao tiếp:
AS-i hoạt động theo cơ chế giao tiếp chủ - tớ. Trong một chu kỳ bus, trạm chủ thực
hiện trao đổi với mỗi trạm tớ một lần theo phương pháp hỏi tuần tự (polling). Trạm
chủ gửi một bức điện có chiều dài 14 bit, trong đó có chứa 5 bit địa chỉ trạm tớ và 5

Hình 2.4: Cấu trúc các lệnh gọi từ trạm chủ AS-I
Mã hoá bit:
Trong việc lựa chọn một phương pháp mã hoá cần chú ý một số yếu tố liên quan tới
lĩnh vực ứng dụng cụ thể như khả năng đồng tải nguồn, dải tần tín hiệu mang, thông
tin đồng bộ nhịp (clock) và khả năng phối hợp kiểm lỗi.Trong khi cáp hai dây sử
dụng cho AS- i có đặc tính suy giảm mạnh theo tần số tăng, cũng như độ bức xạ
Trang 19
Phần B: NỘI DUNG
nhiễu trong môi trường công nghiệp cần phải giảm thiểu thì việc hạn chế dải tần của
tín hiệu đóng vai trò đặc biệt quan trọng. Bên cạnh đó, do yêu cầu đơn giản và hiệu
suất của các bức điện , nên khả năng tự đồng bộ nhịp và phối hợp phát hiện lỗi
cũng cần được quan tâm.
Từ các lý do nêu trên, một phương pháp mã hoá bit mới được đưa ra - phương
pháp điều chế xung xoay chiều APM (Alternate Pulse Modulation) APM có thể xem
như sự kết hợp giữa hai phương pháp AFP (Alternate Flanks Pulse) và mã
Manchester. Được minh họa trong hình 2.5
Hình 2.5: Mã hóa đường truyền mạng AS-I sử dụng phương pháp APM
Một dãy bit cần gửi trước hết được biến đổi sang mã Manchester, với mục đích tạo
thông tin đồng bộ nhịp và trung hoà sự xuất hiện của các bit 1 và 0. Dòng điện
tương ứng từ bộ phát nhờ tác dụng của các cuộn cảm trong mạch cách ly dữ liệu sẽ
tạo ra mức tín hiệu điện áp như mong muốn trên đường truyền. Mỗi cạnh lên của
dòng tạo một xung điện áp âm và ngược lại, mỗi cạnh xuống của dòng tạo một xung
điện áp dương trên đường truyền. Về phía bên nhận, các xung âm và dương của tín
hiệu điện áp sẽ được phát hiện. Dựa vào khoảng cách xuất hiện các xung, bộ thu có
thể phân biệt các bit 1 hoặc 0 và tái tạo dãy bit nguồn. Do các xung điện áp được
tạo ra có dạng gần giống xung hình sin, có nghĩa là dải tần của tín hiệu rất hẹp và
tần số của tín hiệu tương đương với tần số nhịp bus, tác động bức xạ nhiễu ra bên
ngoài được giảm thiểu. Bên cạnh đó, mẫu diễn biến đặc biệt của tín hiệu trên đường
truyền một mặt giúp bên nhận có thể tái tạo nhịp và mặt khác có thể phát hiện lỗi
trong một số trường hợp nhất định. Hơn thế nữa, sự thay đổi tuần tự giữa các xung

Trang 22
Phần B: NỘI DUNG
Ta tiến hành kết nối cáp PROFIBUS giữa PLC S7-300 qua cổng DP trên PLC S7-
300
Bước 2: Khai báo phần cứng
Khai báo 2 trạm S7-300 có phần cứng theo đúng cấu hình thực tế.
Hình 2.8: Tạo trạm PLC S7-300
Trang 23
Phần B: NỘI DUNG
Ta tạo ra hai trạm PLC S7-300 như hình 2.9
Hình 2.9: Tạo 2 trạm PLC s7-300
Double click vào hardware để thiết lập cấu hình cho trạm PLC S7-300 thứ nhất và
cũng tương tự như trạm thứ 2
Click chuột phải  insert object  rail để tạo rail để gắn các module lên
Tại slot số 2 ta chèn loại cpu vào ví dụ này có truyền thông profibus-dp nên phải
chọn loại có hỗ trợ, là các loại cpu phần tên cuối có chữ dp ví dụ như CPU 313C-
2DP
Trang 24
Phần B: NỘI DUNG
Tại trạm S7-300 (1) sau khi chọn loại CPU 313-2 DP thì sẽ có hộp thoại thông báo
tạo mạng PROFIBUS
Chọn New  Oke
Khai báo mạng Profibus và đặt tên mạng
Trang 25