Profinet S7-300 là một giải pháp truyền thông công nghiệp mạnh mẽ, kết hợp sự ổn định của dòng PLC Simatic S7-300 với tốc độ và tính linh hoạt của chuẩn Ethernet công nghiệp Profinet, mang đến hiệu quả vượt trội cho các hệ thống tự động hóa. Việc làm chủ công nghệ này mở ra cánh cửa cho việc tối ưu hóa quy trình sản xuất, giảm thiểu chi phí và nâng cao năng lực cạnh tranh cho doanh nghiệp. Hãy cùng Thanh Thiên Phú khám phá trong bài viết sau đây!
1. Giới thiệu về S7-300 và Profinet
Dòng PLC Simatic S7-300 của Siemens ra mắt lần đầu vào năm 1994 và đã nhanh chóng trở thành một tiêu chuẩn công nghiệp cho các ứng dụng điều khiển tự động hóa từ vừa đến phức tạp. Với thiết kế dạng module linh hoạt thì S7-300 cho phép người dùng tùy chỉnh cấu hình hệ thống theo đúng nhu cầu cụ thể của từng ứng dụng, từ việc lựa chọn CPU, các module vào/ra tín hiệu số (Digital Input/Output – DI/DO), tín hiệu tương tự (Analog Input/Output – AI/AO), module chức năng (Function Module – FM) cho các tác vụ đặc biệt như đếm tốc độ cao, điều khiển vị trí, đến các module truyền thông (Communication Processor – CP) hỗ trợ đa dạng các giao thức.
Profinet (Process Field Network) là một chuẩn truyền thông công nghiệp mở, dựa trên nền tảng Ethernet tiêu chuẩn (IEEE 802.3), được phát triển bởi tổ chức PROFIBUS & PROFINET International (PI). Ra đời vào đầu những năm 2000, Profinet được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu ngày càng khắt khe của tự động hóa công nghiệp về tốc độ, tính linh hoạt, khả năng tích hợp và truyền thông thời gian thực.
PLC S7-300 có thể tích hợp khả năng truyền thông Profinet thông qua hai phương thức chính. Thứ nhất là sử dụng các CPU S7-300 có tích hợp sẵn cổng Profinet, ví dụ như CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 PN/DP, hay CPU 319-3 PN/DP. Các CPU này thường có một hoặc nhiều cổng Profinet tích hợp, giúp đơn giản hóa cấu hình phần cứng và tiết kiệm không gian tủ điện.
Phương thức thứ hai là sử dụng module truyền thông Profinet (CP – Communication Processor) cho các CPU S7-300 tiêu chuẩn không có cổng Profinet tích hợp. Người dùng có thể bổ sung khả năng này bằng cách lắp thêm các module CP chuyên dụng như CP 343-1 Lean (ví dụ 6GK7343-1CX10-0XE0) cho các ứng dụng cơ bản, CP 343-1 Standard (ví dụ 6GK7343-1EX30-0XE0) hỗ trợ thêm chức năng IT, hoặc CP 343-1 Advanced (ví dụ 6GK7343-1GX31-0XE0) cung cấp đầy đủ tính năng bao gồm cả Profinet IRT và bảo mật.
Khi S7-300 được trang bị Profinet, nó có thể đảm nhận vai trò là một Profinet IO Controller, quản lý và trao đổi dữ liệu với các thiết bị IO Device trên mạng, hoặc hoạt động như một Profinet IO Device để giao tiếp với một IO Controller khác.
Lợi ích khi kết hợp S7-300 với Profinet là rất rõ ràng, bao gồm việc tăng tốc độ truyền thông lên đến 100 Mbps hoặc 1 Gbps, vượt trội so với Profibus DP. Hệ thống cũng trở nên linh hoạt hơn trong thiết kế mạng nhờ kiến trúc Ethernet, cho phép sử dụng switch tiêu chuẩn và đa dạng cấu trúc mạng. Khả năng chẩn đoán được nâng cao giúp xác định và khắc phục sự cố nhanh chóng. Thêm vào đó, việc tích hợp dễ dàng với hệ thống IT qua cùng một hạ tầng mạng tạo điều kiện cho kết nối liền mạch giữa tầng sản xuất và quản lý.
Đối với các hệ thống S7-300 hiện có đang sử dụng Profibus, việc chuyển đổi hoặc bổ sung Profinet là một bước nâng cấp quan trọng. Nhiều doanh nghiệp lựa chọn giải pháp kết hợp, sử dụng Profibus DP cho các cụm thiết bị trường hiện có và Profinet cho các kết nối mới hoặc các kết nối yêu cầu băng thông cao.
2. Ứng dụng của Profinet với S7-300 trong thực tế
Sự kết hợp giữa độ tin cậy của PLC S7-300 và hiệu năng của Profinet đã mở ra vô vàn khả năng ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau. Từ các nhà máy sản xuất cơ khí, chế tạo máy, thực phẩm, dệt may đến các công trình xây dựng nhà máy, khu công nghiệp, và cả trong lĩnh vực năng lượng, Profinet S7-300 đóng vai trò trung tâm trong việc điều khiển, giám sát và thu thập dữ liệu.
2.1. Kết nối I/O phân tán mạnh mẽ
Một trong những ứng dụng phổ biến và hiệu quả nhất của Profinet S7-300 là xây dựng các hệ thống I/O phân tán (Distributed I/O). Thay vì phải kéo toàn bộ dây tín hiệu từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành về tủ điều khiển trung tâm chứa PLC bởi vì tốn kém về dây dẫn, nhân công lắp đặt và khó khăn trong việc bảo trì, sửa lỗi thì hệ thống I/O phân tán cho phép đặt các module I/O gần với thiết bị trường. Các module I/O này sau đó được kết nối với PLC S7-300 (đóng vai trò Profinet IO Controller) thông qua một đường cáp mạng Profinet duy nhất.
Các dòng I/O phân tán của Siemens thường được sử dụng với Profinet S7-300 bao gồm SIMATIC ET 200S, một hệ thống module nhỏ gọn và linh hoạt; SIMATIC ET 200M, hệ thống cổ điển sử dụng module I/O của S7-300 cho mật độ I/O cao; SIMATIC ET 200SP, thế hệ mới với thiết kế nhỏ gọn, hiệu suất cao và dễ cấu hình, hoàn toàn tương thích với S7-300 qua Profinet; và SIMATIC ET 200eco PN, các module dạng khối chắc chắn với cấp bảo vệ IP65/IP67, lý tưởng để lắp đặt trực tiếp trên máy móc.
Việc sử dụng I/O phân tán với Profinet S7-300 mang lại nhiều lợi ích đáng kể. Quan trọng nhất là giảm thiểu chi phí đi dây lên đến 30-50% do chỉ cần một đường cáp Ethernet kết nối nhiều trạm I/O. Hệ thống cũng tăng tính linh hoạt và khả năng mở rộng, cho phép dễ dàng thêm bớt hoặc thay đổi cấu hình module I/O. Bên cạnh đó, khả năng chẩn đoán và bảo trì được cải thiện nhờ Profinet cung cấp chẩn đoán lỗi đến từng module, kênh. Cuối cùng, việc giảm nhiễu tín hiệu cũng là một ưu điểm do khoảng cách truyền tín hiệu từ cảm biến đến module I/O ngắn hơn.
2.2. Tích hợp giao diện HMI và hệ thống SCADA
Profinet S7-300 cung cấp khả năng kết nối dễ dàng và hiệu quả với các thiết bị giao diện Người-Máy (HMI) và hệ thống Điều khiển Giám sát và Thu thập Dữ liệu (SCADA). Việc kết nối với các HMI Panel của Siemens như SIMATIC Basic Panels, Comfort Panels, Mobile Panels qua Profinet cho phép truyền tải dữ liệu nhanh chóng, hiển thị trạng thái hoạt động, thông số quá trình, biểu đồ, cảnh báo và cho phép người vận hành nhập liệu, điều khiển hệ thống trực quan.
Tương tự, Profinet cho phép PLC S7-300 tích hợp liền mạch vào các hệ thống SCADA lớn hơn như Siemens WinCC, WinCC OA, hoặc các phần mềm SCADA của bên thứ ba. Dữ liệu từ nhiều PLC S7-300 có thể được thu thập tập trung tại máy chủ SCADA qua mạng Profinet, phục vụ giám sát toàn bộ nhà máy, lưu trữ dữ liệu lịch sử và phân tích hiệu suất.
Lợi ích của việc tích hợp HMI/SCADA qua Profinet S7-300 bao gồm khả năng giám sát và điều khiển tập trung, trực quan, cung cấp cái nhìn tổng thể về hoạt động hệ thống. Đồng thời, việc thu thập dữ liệu hiệu quả nhờ tốc độ cao của Profinet đảm bảo thông tin cập nhật nhanh chóng, chính xác. Từ đó cải thiện khả năng ra quyết định dựa trên dữ liệu phân tích và tối ưu hóa quy trình. Hệ thống cũng tăng tính linh hoạt trong việc thay đổi, nâng cấp giao diện HMI hoặc mở rộng SCADA khi cần.
2.3. Giao tiếp PLC-to-PLC hiệu quả
Trong nhiều ứng dụng phức tạp, một PLC đơn lẻ không thể xử lý toàn bộ tác vụ. Thay vào đó, hệ thống được chia thành nhiều khu vực, mỗi khu vực được điều khiển bởi một PLC riêng. Profinet S7-300 cho phép các PLC này giao tiếp với nhau một cách hiệu quả để phối hợp hoạt động, chia sẻ dữ liệu và tài nguyên.
PLC S7-300 với Profinet có thể thực hiện giao tiếp PLC-to-PLC theo nhiều cách khác nhau. Phổ biến nhất là sử dụng cơ chế Profinet IO Controller / IO Device, trong đó một PLC S7-300 đóng vai trò IO Controller, trong khi PLC S7-300 khác (hoặc S7-1200, S7-1500) hoạt động như một IO Device, cho phép trao đổi dữ liệu chu kỳ.
Một phương pháp khác là S7 Communication, sử dụng các khối hàm truyền thông PUT/GET để đọc/ghi dữ liệu trực tiếp vào các vùng nhớ DB của PLC đối tác, mang lại sự linh hoạt hơn trong việc lựa chọn dữ liệu. Ngoài ra, Open User Communication (OUC) cho phép sử dụng các giao thức TCP/IP hoặc UDP/IP tiêu chuẩn để truyền thông, mở rộng khả năng giao tiếp với cả các thiết bị không phải của Siemens.
Ứng dụng của giao tiếp PLC-to-PLC với Profinet S7-300 rất đa dạng, bao gồm điều khiển phối hợp giữa các máy trong một dây chuyền sản xuất, ví dụ như đồng bộ hóa tốc độ giữa máy chiết rót, máy đóng nắp và máy dán nhãn. Nó cũng cho phép chia sẻ tài nguyên, nơi một PLC thu thập dữ liệu từ cảm biến đặc biệt và chia sẻ cho các PLC khác. Hơn nữa, có thể xây dựng hệ thống phân cấp, trong đó một PLC cấp cao hơn giám sát và điều phối hoạt động của nhiều PLC S7-300 cấp thấp hơn.
Việc sử dụng Profinet cho giao tiếp PLC-to-PLC đảm bảo tốc độ truyền dữ liệu nhanh, độ trễ thấp và tính đồng bộ cao, rất quan trọng cho các ứng dụng yêu cầu phối hợp chặt chẽ.
2.4. Kết nối với các thiết bị trường khác qua Profinet
Ngoài I/O phân tán và HMI/SCADA, Profinet S7-300 còn có khả năng kết nối với một loạt các thiết bị trường thông minh khác, mở rộng khả năng điều khiển và giám sát của hệ thống. Các Biến tần (Drives) hiện đại như Siemens SINAMICS (G120, S120) hỗ trợ giao tiếp Profinet, cho phép PLC S7-300 điều khiển chính xác tốc độ, chiều quay, mô-men xoắn và thu thập dữ liệu vận hành. Tương tự, nhiều nhà sản xuất Robot công nghiệp (ví dụ KUKA, ABB, Fanuc) cung cấp giao diện Profinet, giúp PLC S7-300 phối hợp hoạt động, gửi lệnh di chuyển và tích hợp robot vào dây chuyền sản xuất tự động.
Trong lĩnh vực an toàn, với profile ProfiSafe, PLC S7-300 (khi sử dụng CPU an toàn F-CPU hoặc module an toàn F-module) có thể giao tiếp với các Hệ thống an toàn (Safety Integrated) như nút dừng khẩn cấp, rèm chắn sáng, I/O an toàn phân tán qua cùng mạng Profinet, đơn giản hóa hệ thống dây nối và giảm chi phí. Hơn nữa, Profinet S7-300 có thể tích hợp Các thiết bị của bên thứ ba miễn là chúng hỗ trợ chuẩn Profinet IO Device và có file GSD (General Station Description). File GSD mô tả đặc tính của thiết bị, giúp PLC S7-300 nhận diện và giao tiếp, tạo ra một hệ sinh thái mở.
Khả năng kết nối đa dạng này biến Profinet S7-300 thành một trung tâm điều khiển linh hoạt, có thể tích hợp nhiều loại thiết bị khác nhau thành một hệ thống tự động hóa đồng nhất và hiệu quả.
3. Hướng dẫn kết nối phần cứng
Việc kết nối phần cứng đúng cách là nền tảng cho một hệ thống Profinet S7-300 hoạt động ổn định và hiệu quả. Đối với các kỹ sư điện và kỹ thuật viên, việc nắm vững các bước lắp đặt, lựa chọn thiết bị và các lưu ý quan trọng sẽ giúp tránh được những lỗi không đáng có và đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru.
3.1. Các thành phần phần cứng cần thiết
Để xây dựng một mạng Profinet với PLC S7-300, việc chuẩn bị đầy đủ các thành phần phần cứng là bước khởi đầu quan trọng. Thành phần trung tâm là bộ điều khiển Profinet IO Controller, có thể là một CPU S7-300 có cổng Profinet tích hợp như CPU 315-2 PN/DP, CPU 317-2 PN/DP, hoặc CPU 319-3 PN/DP, thường đi kèm switch 2 cổng RJ45. Ngoài ra, nếu sử dụng CPU S7-300 tiêu chuẩn không có Profinet, cần bổ sung một module truyền thông Profinet (CP) như CP 343-1 Lean, CP 343-1 Standard, hoặc CP 343-1 Advanced, được lắp trên cùng thanh ray với CPU.
Tiếp theo là các thiết bị Profinet IO Device, những thiết bị được điều khiển hoặc cung cấp dữ liệu cho IO Controller. Ví dụ điển hình bao gồm các module I/O phân tán như ET 200S, ET 200M, ET 200SP, ET 200eco PN; các biến tần dòng SINAMICS G120 hoặc S120 có module Profinet; màn hình HMI SIMATIC Comfort Panels hoặc Basic Panels thế hệ 2; robot công nghiệp có giao diện Profinet; và các thiết bị của bên thứ ba hỗ trợ Profinet IO Device.
Để kết nối các thiết bị này, cần sử dụng cáp Ethernet công nghiệp chất lượng cao, thường là cáp xoắn đôi có vỏ bọc chống nhiễu (STP) chuẩn Cat5e (100 Mbps) hoặc Cat6/Cat6A/Cat7 (1 Gbps trở lên), ví dụ cáp Profinet chuyên dụng màu xanh lá của Siemens, cùng với đầu nối RJ45 công nghiệp hoặc M12. Trong các mạng lớn hoặc cần cấu trúc hình sao, Switch Ethernet công nghiệp là không thể thiếu. Có thể lựa chọn switch không quản lý (Unmanaged) cho mạng nhỏ hoặc switch có quản lý (Managed) với nhiều tính năng như VLAN, QoS, MRP cho hệ thống quan trọng, ví dụ dòng SCALANCE của Siemens.
Ngoài ra, cần có nguồn cấp 24VDC ổn định cho PLC, module CP, IO Devices và switch. Cuối cùng, phần mềm cấu hình như STEP 7 Classic (v5.5, v5.6) hoặc TIA Portal (V13 trở lên) là công cụ để thiết lập và lập trình hệ thống.
Việc lựa chọn đúng các thành phần này là bước đầu tiên đảm bảo hệ thống Profinet S7-300 của bạn hoạt động tối ưu.
3.2. Sơ đồ kết nối điển hình và các dạng topology mạng
Profinet hỗ trợ nhiều cấu trúc mạng (topology) khác nhau, mang lại sự linh hoạt trong thiết kế hệ thống. Việc lựa chọn topology phụ thuộc vào yêu cầu ứng dụng, vị trí lắp đặt thiết bị và mức độ dự phòng mong muốn.
Trong Line Topology (cấu trúc đường thẳng), các thiết bị được nối tiếp. Ví dụ, máy tính (PC) có thể kết nối vào cổng Profinet đầu tiên của CPU S7-300 PN (loại có 2 cổng), cổng thứ hai của CPU này sẽ nối với IO Device 1, và cứ thế tiếp tục. Nếu CPU S7-300 sử dụng Module truyền thông CP343-1, cổng Profinet của module này sẽ kết nối với IO Device đầu tiên hoặc PC. Cấu trúc này tiết kiệm cáp nhưng có thể bị gián đoạn nếu một liên kết ở giữa gặp sự cố.
Phổ biến hơn là Star Topology (cấu trúc hình sao), nơi tất cả thiết bị, bao gồm CPU S7-300 (dù có cổng PN tích hợp hay qua module CP343-1), máy tính PC (qua cổng Ethernet tiêu chuẩn), và các Profinet IO Device (như ET 200, biến tần), đều được kết nối riêng lẻ bằng cáp Ethernet đến các cổng khác nhau trên một Switch Ethernet công nghiệp trung tâm. Cấu trúc này đảm bảo lỗi trên một nhánh không ảnh hưởng đến các nhánh khác và dễ dàng mở rộng, mặc dù cần nhiều cáp hơn và phụ thuộc vào switch trung tâm.
Tree Topology (cấu trúc hình cây) là sự kết hợp của line và star, thường thấy trong các nhà máy lớn với nhiều khu vực, nơi các switch chính kết nối với các switch phụ, từ đó các thiết bị được nối theo kiểu sao hoặc line. Cuối cùng, Ring Topology (cấu trúc vòng) với MRP cung cấp khả năng dự phòng cao, nơi các thiết bị hỗ trợ MRP (thường là switch) được kết nối thành vòng kín; CPU, PC và IO Device sẽ kết nối vào các switch trong vòng này.
Khi lựa chọn topology, cần cân nhắc: với hệ thống nhỏ, line topology có thể đủ; với hệ thống lớn hơn hoặc yêu cầu độ tin cậy cao, nên dùng star topology kết hợp switch chất lượng; đối với ứng dụng cực kỳ quan trọng, ring topology với MRP là lựa chọn tối ưu. Có thể kết hợp các topology này để tạo kiến trúc mạng phù hợp nhất.
3.3. Lưu ý quan trọng khi lắp đặt và đi dây
Việc lắp đặt và đi dây đúng kỹ thuật là yếu tố then chốt để đảm bảo sự ổn định và hiệu năng của mạng Profinet, đặc biệt trong môi trường công nghiệp có nhiều nguồn nhiễu điện từ (EMI).
Đầu tiên, lựa chọn cáp và đầu nối chất lượng cao là bắt buộc. Luôn sử dụng cáp Ethernet công nghiệp chuyên dụng cho Profinet, ví dụ Siemens IE FC TP Cable GP 2×2, có vỏ bọc kép và lõi chắc chắn. Đi kèm với đó là đầu nối RJ45 công nghiệp như Siemens IE FC RJ45 Plug 2×2 hoặc M12, đảm bảo kết nối chắc chắn và dễ lắp đặt với công nghệ FastConnect.
Thứ hai, cần tuân thủ chiều dài cáp tối đa. Đối với cáp đồng xoắn đôi, chiều dài tối đa cho một đoạn cáp giữa hai thiết bị là 100 mét. Nếu cần khoảng cách xa hơn, hãy sử dụng cáp quang cùng các module chuyển đổi hoặc switch có cổng SFP, vì cáp quang có thể truyền xa vài km và miễn nhiễm nhiễu.
Thứ ba, nguyên tắc đi dây chống nhiễu phải được ưu tiên. Luôn tách biệt cáp tín hiệu Profinet khỏi cáp động lực, không đi chung máng hoặc ống. Nếu phải đi song song, giữ khoảng cách tối thiểu (ví dụ 20-30 cm). Khi cáp Profinet cắt ngang cáp động lực, hãy để chúng cắt nhau ở góc 90 độ. Đảm bảo tất cả thiết bị và vỏ bọc cáp được nối đất đúng cách theo khuyến nghị của nhà sản xuất. Tránh đi cáp Profinet gần các nguồn gây nhiễu mạnh như máy hàn, lò cảm ứng.
Thứ tư, chú ý đến bán kính uốn cong cáp, không uốn cong cáp Profinet quá mức cho phép (thường gấp 4-8 lần đường kính cáp) để tránh làm hỏng cấu trúc bên trong.
Thứ năm, kiểm tra cáp sau khi lắp đặt bằng thiết bị chuyên dụng để đảm bảo thông mạch, thứ tự dây và các thông số truyền dẫn, đặc biệt với các đoạn cáp dài.
Cuối cùng, khi lắp đặt trong tủ điện, hãy bố trí PLC, module CP, switch hợp lý, đảm bảo thông gió tốt, và sử dụng máng nhựa để quản lý cáp gọn gàng.
Tuân thủ các lưu ý này sẽ giúp bạn xây dựng một hệ thống mạng Profinet S7-300 ổn định, tin cậy và có tuổi thọ cao.
3.4. Tải GSD file cho thiết bị Profinet
File GSD (General Station Description) là một tệp văn bản mô tả các đặc tính của một thiết bị Profinet IO Device, chứa thông tin về nhà sản xuất, model, cấu hình module, dữ liệu vào/ra, và các thông số kỹ thuật. Phần mềm cấu hình (STEP 7 hoặc TIA Portal) sử dụng file GSD, thường có định dạng XML (ví dụ GSDML-V2.3-Siemens-ET200S_IM151-3PN-HF-20101110.xml), để nhận diện và tích hợp IO Device vào dự án Profinet.
Để tìm kiếm và tải GSD file, nguồn chính thống và đáng tin cậy nhất là website của nhà sản xuất thiết bị. Đối với các thiết bị của Siemens, bạn có thể truy cập Siemens Industry Online Support (SIOS) và tìm kiếm theo mã sản phẩm. Với thiết bị của các hãng khác (Balluff, Festo, Sick,…), hãy vào mục Download hoặc Support trên website của họ. Một số nhà sản xuất cũng cung cấp file GSD trên CD/DVD đi kèm sản phẩm. Ngoài ra, website của tổ chức PROFIBUS & PROFINET International (PI) có thể có thư viện GSD file, nhưng nguồn từ nhà sản xuất vẫn được ưu tiên.
Sau khi tải về, việc cài đặt GSD file vào phần mềm cấu hình được thực hiện như sau: Trong STEP 7 Classic, mở HW Config, chọn Options > Install GSD File…, duyệt đến thư mục chứa file GSDML, chọn file và nhấn Install. Trong TIA Portal, chọn Options > Manage general station description files (GSD), chỉ định đường dẫn đến thư mục GSD, chọn file GSDML từ danh sách và nhấn Install. Sau khi cài đặt thành công, thiết bị sẽ xuất hiện trong Hardware Catalog của phần mềm.
Điều quan trọng cần lưu ý là luôn sử dụng phiên bản GSD file mới nhất và phù hợp với firmware của IO Device để đảm bảo tương thích. Một số thiết bị có thể có nhiều file GSD khác nhau, do đó cần đọc kỹ tài liệu để chọn đúng file.
4. Cấu hình Profinet trên S7-300 qua phần mềm
Sau khi đã hoàn tất việc kết nối phần cứng, bước tiếp theo và cũng vô cùng quan trọng là cấu hình mạng Profinet bằng phần mềm. Quá trình này bao gồm việc khai báo các thiết bị trong dự án, thiết lập địa chỉ IP, tên thiết bị, và cấu hình các module I/O.
4.1. Chuẩn bị phần mềm và tạo dự án
Trước khi bắt đầu cấu hình, việc chuẩn bị phần mềm trên máy tính lập trình (PG/PC) là cần thiết. Nếu sử dụng STEP 7 Classic, bạn cần có SIMATIC Manager phiên bản v5.5 SPx hoặc v5.6 SPx, cùng với license tương ứng, và đảm bảo Hardware Catalog đã được cập nhật qua Options > Install HW Updates. Đối với TIA Portal (Totally Integrated Automation Portal), các phiên bản phổ biến như V13 đến V18 đều phù hợp, yêu cầu license cho STEP 7 Professional (hoặc Basic nếu chỉ lập trình PLC S7-1200). TIA Portal tích hợp sẵn nhiều GSD file của Siemens, nhưng với thiết bị bên thứ ba hoặc thiết bị mới, việc cài đặt GSD file riêng vẫn cần thiết.
Tiếp theo là quá trình tạo dự án mới. Trong STEP 7 Classic, bạn mở SIMATIC Manager, chọn File > New…, đặt tên dự án, chọn thư mục lưu trữ, sau đó trong cửa sổ dự án, chuột phải vào tên dự án và chọn Insert New Object > SIMATIC 300 Station. Với TIA Portal, sau khi mở phần mềm, chọn “Create new project”, đặt tên dự án và các thông tin liên quan, rồi nhấn “Create”. Tiếp theo, trong “First steps”, chọn “Configure a device”, sau đó “Add new device”, đặt tên cho PLC, chọn dòng CPU S7-300 và phiên bản firmware chính xác từ cây thư mục Controllers, rồi nhấn “Add”.
4.2. Cấu hình phần cứng
Đây là bước quan trọng nhất, nơi bạn sẽ định nghĩa toàn bộ cấu trúc phần cứng của trạm S7-300 và mạng Profinet.
Trong STEP 7 Classic (HW Config), sau khi tạo trạm SIMATIC 300, bạn mở “Hardware”. Mặc định, một thanh ray (Rack-300) đã có. Bạn kéo thả CPU S7-300 từ Hardware Catalog vào slot 2. Nếu dùng CPU không có Profinet, hãy thêm module CP343-1 vào một slot trống. Tiếp theo, vào giao diện Profinet (X1 hoặc PN-IO) trên CPU/CP. Trong cửa sổ Properties, bạn có thể đặt tên cho IO System, tạo một mạng Ethernet mới hoặc chọn mạng hiện có, và quan trọng nhất là đặt địa chỉ IP và Subnet Mask cho giao diện Profinet của CPU/CP (ví dụ: IP 192.168.0.1, Subnet 255.255.255.0), địa chỉ này phải là duy nhất. Để thêm Profinet IO Devices, bạn kéo thả chúng từ mục PROFINET IO trong Hardware Catalog vào IO System vừa tạo. Khi đó, một cửa sổ Properties sẽ hiện ra để bạn đặt tên thiết bị (Device Name, ví dụ et200s-station1) – tên này phải duy nhất và sẽ được gán cho thiết bị vật lý sau – và gán địa chỉ IP cho IO Device (cùng dải mạng và duy nhất, ví dụ 192.168.0.2). Sau đó, vào IO Device để cấu hình các module I/O, kéo thả chúng từ catalog vào các slot và cấu hình địa chỉ I/O nếu cần. Cuối cùng, nhấn “Save and Compile” để lưu cấu hình, kiểm tra lỗi và tải xuống PLC.
Với TIA Portal (Device configuration), sau khi thêm CPU, bạn sẽ ở trong “Device view”. Trong cửa sổ “Properties”, chọn “PROFINET interface [X1]” rồi “Ethernet addresses”. Nhấp “Add new subnet” để tạo mạng Profinet (ví dụ PN/IE_1) và đặt địa chỉ IP, Subnet mask cho CPU (ví dụ 192.168.0.1). Chuyển sang “Network view”, kéo thả IO Device từ Hardware catalog vào không gian mạng. Một đường nối sẽ tự động vẽ, bạn nhấp vào “Not assigned” trên đường nối đó và chọn giao diện Profinet của CPU. Để cấu hình IO Device trong Network view, trong “Properties” của IO Device, mục “PROFINET interface > Ethernet addresses”, đặt tên thiết bị (PROFINET device name, ví dụ et200s-station1) và gán địa chỉ IP (ví dụ 192.168.0.2). Tiếp tục kéo thả các module I/O vào slot của IO Device; địa chỉ I/O sẽ được TIA Portal tự động gán. Cuối cùng, chuột phải vào PLC trong Project tree, chọn “Compile > Hardware and Software (only changes)”, sửa lỗi nếu có, rồi tải cấu hình xuống PLC.
4.3. Gán Device Name và địa chỉ IP cho thiết bị Profinet
Sau khi cấu hình trong phần mềm, việc gán tên thiết bị (Device Name) và địa chỉ IP đã khai báo cho các thiết bị IO Device vật lý là bước thiết yếu để IO Controller (PLC) có thể nhận diện và giao tiếp. Device Name là tên định danh duy nhất của một IO Device trong mạng Profinet, được lưu trữ cố định trong bộ nhớ của thiết bị, và IO Controller sử dụng nó để tìm và gán địa chỉ IP cho IO Device khi khởi động. Địa chỉ IP có thể được gán bởi IO Controller dựa trên Device Name hoặc được đặt cố định trên IO Device.
Có nhiều cách để gán Device Name và IP Address. Bạn có thể sử dụng công cụ tích hợp trong STEP 7 Classic (HW Config) bằng cách chọn PLC > Ethernet > Edit Ethernet Node, duyệt mạng, chọn IO Device, nhập “Station Name” (Device Name) đã khai báo và nhấn “Assign Name”. Tương tự, bạn có thể gán IP Configuration. Trong TIA Portal (Online & diagnostics), chọn IO Device trong Project tree, vào “Online & diagnostics”, mở rộng “Functions” > “Assign PROFINET device name”, quét mạng, chọn IO Device, nhập “PROFINET device name” và nhấn “Assign name”. Việc gán IP cũng được thực hiện tương tự trong mục “Assign IP address”.
Một công cụ hữu ích khác là PST (Primary Setup Tool) của Siemens, một phần mềm độc lập miễn phí cho phép quét mạng, gán Device Name và IP Address cho các thiết bị Profinet/Ethernet của Siemens, rất tiện lợi khi chưa có dự án hoặc cần xử lý sự cố. Ngoài ra, một số thiết bị cho phép cấu hình các thông số này qua màn hình HMI tích hợp hoặc Web Server của chúng.
Điều cực kỳ quan trọng là Device Name phải khớp chính xác (kể cả chữ hoa/thường) với tên đã khai báo trong cấu hình phần cứng. Nếu không, IO Controller sẽ không thể nhận diện và giao tiếp với IO Device, dẫn đến lỗi BF (Bus Fault) trên PLC.
4.4. Lập trình giao tiếp dữ liệu cơ bản
Sau khi cấu hình phần cứng và gán Device Name/IP thành công, PLC S7-300 (IO Controller) sẽ tự động trao đổi dữ liệu I/O với các Profinet IO Device theo chu kỳ. Việc truy cập dữ liệu I/O này trong chương trình PLC thường được thực hiện trực tiếp qua các vùng nhớ ngoại vi.
Cụ thể, dữ liệu từ các module Digital Input (DI) của IO Device sẽ được ánh xạ vào vùng nhớ PI (Peripheral Input) của PLC, ví dụ như I 0.0, IB0, IW0, hoặc ID0. Tương tự, dữ liệu từ các module Analog Input (AI) sẽ được ánh xạ vào vùng nhớ PIW (Peripheral Input Word), ví dụ PIW 256. Để điều khiển các module Digital Output (DO) của IO Device, chương trình PLC sẽ ghi dữ liệu vào vùng nhớ PQ (Peripheral Output), ví dụ Q 0.0, QB0, QW0, hoặc QD0. Đối với việc xuất tín hiệu cho các module Analog Output (AO), dữ liệu được ghi vào vùng nhớ PQW (Peripheral Output Word), chẳng hạn PQW 256. Địa chỉ I/O cụ thể cho từng module (như PIW 256) được xác định trong quá trình cấu hình phần cứng (HW Config / Device configuration).
Ví dụ, để đọc tín hiệu từ cảm biến nối với kênh đầu tiên của module DI tại địa chỉ I 0.0 và kích hoạt đầu ra Q 4.0 trong ngôn ngữ LAD, bạn có thể lập trình: |–| |——( ) với I0.0 là tiếp điểm thường hở và Q4.0 là cuộn dây. Để đọc giá trị analog từ cảm biến nhiệt độ tại PIW 256 và lưu vào biến MW100, trong STL có thể dùng L PIW 256 rồi T MW100, hoặc trong LAD/FBD sử dụng khối MOVE với PIW256 là đầu vào IN và MW100 là đầu ra OUT.
Mặc dù có thể sử dụng các khối hàm truyền thông chuyên dụng cho các tác vụ phức tạp hơn giữa các PLC (như PUT/GET trong S7 Communication) hoặc giao tiếp TCP/IP (với AG_SEND/AG_RECV hoặc T_SEND/T_RECV), đối với giao tiếp I/O cơ bản trong Profinet, việc truy cập trực tiếp qua vùng nhớ P là phương pháp phổ biến, đơn giản và hiệu quả nhất.
5. Thanh Thiên Phú cung cấp giải pháp Profinet S7-300 toàn diện
Trong hành trình hiện đại hóa hệ thống tự động hóa, việc chọn một đối tác cung cấp thiết bị và giải pháp uy tín, giàu kinh nghiệm là vô cùng quan trọng. Thanh Thiên Phú là Đại lý Siemens tại Việt Nam chuyên cung cấp thiết bị điện công nghiệp và giải pháp tự động hóa, đặc biệt là các sản phẩm Siemens như PLC S7-300 và giải pháp truyền thông Profinet.
Khi chọn Thanh Thiên Phú, quý khách hàng sẽ nhận được sản phẩm chính hãng, chất lượng đảm bảo, với cam kết 100% sản phẩm (PLC S7-300, module CP Profinet, I/O phân tán, cáp, switch) đều là hàng chính hãng Siemens, có đầy đủ giấy tờ CO, CQ, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và hưởng chính sách bảo hành chính hãng. Chúng tôi cũng nỗ lực mang đến giá cả cạnh tranh và chính sách ưu đãi hấp dẫn nhờ quan hệ đối tác chiến lược với Siemens.
Đội ngũ kỹ sư của Thanh Thiên Phú tư vấn chuyên nghiệp, giàu kinh nghiệm, sẵn sàng lắng nghe, khảo sát và tư vấn giải pháp kỹ thuật tối ưu. Chúng tôi không chỉ bán sản phẩm mà còn cung cấp giải pháp toàn diện, với dịch vụ hỗ trợ kỹ thuật toàn diện từ tư vấn thiết kế, hỗ trợ lập trình, cấu hình, lắp đặt, chạy thử, xử lý sự cố nhanh chóng, đến đào tạo và chuyển giao công nghệ. Chính sách bảo hành và hậu mãi chu đáo với quy trình xử lý nhanh chóng, minh bạch là cam kết của chúng tôi.
Với phương châm “Uy tín – Chất lượng – Tận tâm”, Thanh Thiên Phú mong muốn trở thành đối tác đồng hành đáng tin cậy của quý kỹ sư, kỹ thuật viên và doanh nghiệp. Hãy để chúng tôi giúp bạn hiện thực hóa khát vọng sở hữu một hệ thống Profinet S7-300 mạnh mẽ, hiệu quả và bền vững.
Thông tin liên hệ Thanh Thiên Phú:
- Hotline: 08.12.77.88.99
- Website: thanhthienphu.vn
- Địa chỉ: 20 đường 29, Khu phố 2, Phường Cát Lái, Thành phố Thủ Đức, Thành phố Hồ Chí Minh.
