Ứng dụng Module truyền thông GPRS/GSM CP1242-7 của SIEMENS

1. Giới thiệu
Nhu cầu thu thập và xử lý dữ liệu ngày càng tăng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất. Như thu thập thông tin các cảm biến trong dự báo cháy nổ, nhiệt độ và độ ẩm trong nông nghiệp, trong dự báo thời tiết, an ninh giám sát, trong hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm… Chúng ta chủ yếu sử dụng các hệ thống có dây để truyền thông dữ liệu qua RS232, 485 hay mạng LAN, internet hoặc các hệ thống không dây như sóng vô tuyến RF, hồng ngoại nhưng nhược điểm là cự ly truyền thông ngắn mà lại phức tạp.

Mạng di động thế hệ thứ hai GSM ra đời với các dịch vụ tin nhắn ngắn SMS, thoại, GPRS đã phủ sóng khắp mọi nơi. Nhận thấy khả năng có thể truyền các thông tin như các thông tin đo lường, thông tin điều khiển, giám sát đi xa với khoảng cách không giới hạn... các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp đã cho ra đời các thiết bị chuyên dụng thu phát GSM với các giao tiếp dữ liệu với PLC, máy tính cho phép người dùng có thể khai thác thông tin từ SMS, GPRS vào những ứng dụng khác nhau. Một trong thiết bị đó là module truyền thông GPRS CP1242-7 của Siemens.

Phần 2 giới thiệu module GPRS/GSM CP1242-7 khi kết nối với Bộ điều khiển S7-1200; Phần 3 là Nền TIA PORTAL, các phần mềm và các loại cấu hình, và các thông số cần khai báo trong TCBS bày trong Phần 4, cuối bài báo là Phần kết luận.

2. Moduletruyền thông GPRS/GSM CP1242-7

2.1. Tổng quan về module truyền thông GPRS CP1242-7

Ứng dụng Telecontrol 
Gửi tin nhắn bằng SMS : Thông qua CP 1242-7, PLC của Trạm từ xa có thể nhận hay gửi tin nhắn thông qua mạng GSM.
Truyền thông với trung tâm điều khiển: CP 1242-7 được cài đặt ở chế độ Telecontrol. Trạm từ xa truyền thông thông qua mạng GSM hoặc mạng Internet đến máy chủ. Ngoài ra nó cũng có thể giao tiếp với các hệ thống phức tạp hơn nhờ vào hệ thống OPC.

Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng GSM 
Dựa vào các dịch vụ GSM và chế độ của CP, truyền thông giữa các trạm được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
Truyền thông giữa các trạm thông qua 1 trạm chủ
Truyền thông trực tiếp giữa các trạm với nhau
TeleService bằng GPRS
Kết nối Teleservice được thiết lập giữa trạm kỹ thuật có cài đặt STEP7 và trạm từ xa thông qua mạng GSM.
Ta có thể sử dụng ứng dụng này để tải chương trình hay dự án đến CPU của trạm hoặc có thể kiểm tra dữ liệu ở trạm từ xa.

2.2. Cấu hình và chế độ làm việc
a. Các loại cấu hình
Gửi tin nhắn qua SMS giữa trạm trường với đối tác truyền thông là điện thoại di động thông qua GPRS.
Truyền thông từ các trạm trường S7-1200 tích hợp CP1242-7 hoặc S7-200 tích hợp MD720-3 đến trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet.
Truyền thông trực tiếp giữa các trạm trường với nhau thông qua GPRS
Truyền thông giữa trạm trường với trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet có cả trạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường hoặc tìm, chẩn đoán lỗi của trạm trường.

b. Các chế độ
Telecontrol Server Basic (TCSB) là phần mềm cho phép kết nối 5000 trạm từ xa với nhau thông qua truyền thông không dây GSM/GPRS với giao diện OPC để giám sát, do đó:

• Có thể thực hiện cho nhiều ứng dụng khác nhau và là giải pháp mới cho việc truyền thông.
• Ngoài ra phần mềm này cũng cho phép phân phối các Trạm, quản lý các ứng dụng cùng lúc trên cùng 1 máy chủ. 

Máy tính có kết nối internet được cài đặt TCSB được gọi là Telecontrol Server hay còn gọi là trạm trung tâm.
 Chế độ Telecontrol:  

• Truyền thông dựa trên các dịch vụ không dây
• Hoạt động của PLC không phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ 
• Hoạt động của PLC sẽ được bảo mật tuyệt đối nhờ vào APN của nhà mạng
• Trạm trung tâm sẽ giám sát hoạt động của các trạm từ xa
• Kết nối các trạm từ xa với trạm trung tâm thông qua giao diện OPC 

 Chế độ TeleService:

• Download chương trình hay dự án đến các trạm từ xa
• Tìm và chuẩn đoán lỗi của các trạm từ xa

Chế độ bảo vệ 
Để bảo vệ các trạm khỏi sự truy cập bất hợp pháp, ta có các cách sau:

• Tài khoản và mật khẩu (User và password)
• Sự cho phép người sử dụng (User permissions)
• Đăng kí chủ số điện thoại (Authorized phone numbers)

3. Nền TIA PORTAL
Chúng ta đều biết đến các phần mềm lập trình, mô phỏng của Siemens như Step7 – Microwin dùng cho PLC S7- 200, Step7 Manager dùng cho S7-300/400. WinCC  là phần mềm để giám sát, thu thập dữ liệu, thiết kể giao diện cho giao diện HMI (SCADA). Cùng với xu thế phát triển, update phần mềm mới với các tính năng vượt trội, khắc phục nhược điểm, bất tiện của những version trước đó, Siemens cho ra đời một phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện totally Integrated Automation Portal (TIA Portal).

• Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ.
• Phần mềm mới Simatic Step 7 V13, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, 1500 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC. Simatic Step 7 V13 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Simatic Step 7 V13 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal.
• Phần mềm mới Simatic WinCC V13, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).

Hình 5. Sơ đồ hệ thống và các thông số yêu cầu

4. Khai báo, cấu hình Telecontrol Server Basic
Để có thể giao tiếp, truyền thông qua GPRS, cần địa chỉ IP tĩnh, hoặc tên miền tĩnh và các thông số của nhà mạng cung cấp dịch vụ internet/GPRS.

• APN
• APN user and password
• Port
• IP address (v4 or v6)
• …

 Trạm trường bao gồm PLC S7-1200, 01 module CP1242-7 có gắn SIM, 01 anten.
 Trạm trung tâm sử dụng một máy tính cá nhân có kết nối internet, cài đặt Telecontrol Server Basic.

5. Kết luận

Bài báo giới thiệu tổng quan về module truyền thông CP1242-7, các phần mềm hỗ trợ truyền thông GPRS, cấu hình và chế độ và các thông số cần khai báo của nhà mạng. Hiện tại, ứng dụng GPRS trong truyền thông công nghiệp còn khá mới mẻ ở Việt Nam, đặc biệt những khu vực xa xôi, các ngành có tính độc hại,… Thông qua bài báo tác giả muốn giới thiệu đến bạn đọc ứng dụng vấn đề truyền thông GPRS trong bài toán điều khiển và giám sát từ xa trong ngành công nghiệp Tự động hóa.q

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Set33_Teleservice_CP1242-7
[2]. Set30_Telecontrol_CP1242-7
[3]. TIA PORTAL modules

Kỹ sư Trần Thị Thu Hằng