Tạo mô hình thực hành dùng mạng truyền thông Profinet cho mục đích giáo dục

 PRACTICE FOR USING PROFINET COMMUNICATIONS NETWORK FOR EDUCATIONAL PURPOSES 
Võ Thu Hà1,*, Đặng Thị Tuyết Minh1, 
Vũ Huy Hiện2 
TÓM TẮT 
Bài báo trình bày nghiên cứu xây dựng, thiết kế, lập trình và chế tạo mô hình 
thí nghiệm dùng mạng truyền thông profinet PLC. Đó là sự thiết lập truyền thông 
PLC S7-1200 (PLC1) - PLC S7-1200 (PLC2) - Biến tần G120C được điều khiển giám 
sát qua màn hình HMI. Tín hiệu tốc độ đặt và tốc độ thực của động cơ được hiển 
thị trên màn hình HMI, PLC1 truyền giá trị tốc độ đặt yêu cầu còn PLC2 điều khiển 
biến tần G120C truyền động cho động cơ làm việc theo tốc độ đặt. Các kết quả 
được khảo sát đánh giá bằng chạy thực nghiệm mô hình, quan sát trực tiếp trên 
phần mềm TIA PORTAL cho thấy hệ thống hoạt động tốt với dữ liệu giữa các PLC 
được truyền nhanh chóng và chính xác. 
 Từ khóa: Mạng truyền thông profinet, PLC S7-1200, HMI, Biến tần G120C PN. 
ABSTRACT 
This article presents the creation of industrial networks between multiple 
PLCs nd also their mutual communication via PROFINET. Currently, industrial 
networks with PROFINET communication are used in industrial practice very 
often and therefore is necessary to teach students in Control and Automation 
how to building, designing, and programming experimental models using 
profinet communication network. In this paper, the profinet communication 
network is built from PLC S7-1200 (PLC1) - PLC S7-1200 (PLC2) - inverter G120C -
Asynchronous motor, controlled and monitored via HMI screen. 
Keywords: Profinet communication network, PLC S7-1200, Human Machine 
Interface, inverter G120C PN. 
1Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp 
2Lớp TĐH 11A3, Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật Công nghiệp 
Number: 0913.024.989; 0387154510 
*Email: vtha@uneti.edu.vn 
Ngày nhận bài: 01/7/2020 
Ngày nhận bài sửa sau phản biện: 02/8/2020 
Ngày chấp nhận đăng: 18/8/2020 
1. ĐẶT VẤN ĐỀ 
Hiện tại, việc quản lý các quy trình công nghiệp, dây 
chuyền sản xuất và máy móc sử dụng rộng rãi các bộ điều 
khiển logic lập trình (PLC). Nhờ có chúng, quá trình có thể 
được chia thành các phần nhỏ hơn để tạo ra một hệ thống 
điều khiển phân tán. Một PLC không thể tạo và quản lý 
toàn bộ hệ thống. Thiết bị điều khiển trên mức cao hơn là 
cần thiết, nhưng đặc biệt quan trọng là giao tiếp giữa các 
PLC và hệ thống điều khiển cấp cao hơn thông qua mạng 
truyền thông công nghiệp. Các mạng công nghiệp ngày 
nay thường được hình thành bởi các kết nối cáp xoắn đôi. 
Vì kênh truyền thông này được thực hiện là một giao tiếp 
công nghiệp sử dụng các giao thức khác nhau. Giao thức cụ 
thể thường được đưa ra bởi nhà sản xuất của một thiết bị 
được sử dụng trong mạng công nghiệp [1]. Hiện nay cũng 
có một số công trình nghiên cứu thử nghiệm dùng mạng 
truyền thông được ứng dụng trong công nghiệp [2, 3] đã 
tiến hành thực thi mô phỏng kiểm chứng lý thuyết trên mô 
hình mạng PLC S7-1200, bước đầu hệ thống hoạt động tốt 
với dữ liệu giữa các PLC được truyền nhanh chóng và chính 
xác, chưa có điều kiện thử nghiệm truyền thông trong các 
môi trường công nghiệp để kiểm tra tính chống nhiễu của 
hệ thống. Ngoài ra cũng có một số công trình nghiên cứu 
thử nghiệm dùng mạng truyền thông được ứng dụng 
trong giáo dục [3] mô hình này dùng mạng công nghiệp 
trên PROFINET cơ sở sử dụng công nghệ mới nhất của 
SIEMENS là được xây dựng cho mục tiêu giáo dục. Các 
thành phần chính của mạng đó mới dừng lại là PLC Simatic 
S7-1200, HMI bảng điều khiển SIEMENS KTP700 PN cơ bản, 
chuyển đổi SIEMENS SCALANCE XB005 và các sản phẩm 
phần mềm TIA Portal phiên bản V13 SP1 cơ bản và Proneta, 
chưa có đối tượng điều khiển cụ thể. 
Nội dung chính của bài báo là xây dựng được quy trình 
xây dựng, thiết kế, lập trình, điều khiển và giám sát với mô 
hình thực hành dùng mạng truyền thông Profinet được sử 
dụng trong quá trình học tập cho sinh viên ngành kỹ thuật. 
Mô hình thực hành này là mô tả một minh họa về việc tạo 
ra mạng truyền công nghiệp, bao gồm hai PLC, hai HMI, hai 
biến tần và hai động cơ không đồng bộ. Kết nối được thực 
hiện thông qua các cáp đôi xoắn [1-5]. Từ đó giúp sinh viên 
ngành Công nghệ kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa 
trong quá trình nghiên cứu không chỉ nhận được kiến thức 
lý thuyết mà còn có thể giải quyết các vấn đề thực tế. 
2. DỰNG CẤU HÌNH MÔ HÌNH THỰC HÀNH DÙNG MẠNG 
TRUYỀN THÔNG PROFINET CHO GIÁO DỤC 
Các thiết bị và phần mềm, được sử dụng để tạo ra mạng 
công nghiệp được trình bày là từ hãng SIEMENS. Các thiết 
bị được sử dụng cụ thể là hai PLC S7-1200, hai biến tấn 
G120C PN, hai bảng HMI, hai động cơ không đồng bộ 3 pha 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 4 (8/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 20
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
công suất 0,75kW, hai module mở rộng CSM 1277, hai bộ 
chuyển nguồn PM1207 và phần mềm TIA Porta. 
2.1. PLC 
Một mạng công nghiệp đơn giản đã được tạo ra sử dụng 
hai PLC SIEMENS Simatic S7-1200 với CPU 1214C AC/DC/Rly 
nhỏ gọn (hình 1). Giá đỡ cơ bản chứa mười bốn đầu vào kỹ 
thuật số 24VDC, mười đầu ra kỹ thuật số được thực hiện như 
role 2A, hai đầu vào tương tự có phạm vi 0 - 10VDC. Nó có 
một nguồn cung cấp điện tích hợp cho 85 - 264VAC có tần 
số 47 - 63Hz. Kích thước bộ nhớ cho chương trình và dữ liệu 
là 100kB. PLC này có một card mạng với đầu nối RJ-45 cho 
PROFINET giao tiếp PLC thông qua cổng này [4]. 
Hình 1. Simatic S7-1200 với CPU 1214C AC/DC/Rly 
2.2. HMI 
HMI là bảng điều khiển cho các tương tác giữa người và 
máy. Trong trường hợp này, bảng điều khiển HMI SIEMENS 
KTP400 Bassic (hình 2). Nó là màn hình rộng 7 inch cảm ứng 
với màn hình màu và tám phím chức năng. Đó là bảng HMI 
cơ bản cho các nhiệm vụ dễ dàng và trung bình, được thiết 
kế để kết nối với PLC SIEMENS từ sê-ri S7-1200. Bảng điều 
khiển bao gồm cổng USB và RJ-45 [4]. 
Hình 2. HMI KTP400 Bassic 
2.3. Phần mềm TIA Portal 
TIA Portal V13 SP1 là phần mềm được sử dụng cho cấu 
hình mạng (hình 3). Nó là một phần mềm kỹ thuật nhỏ gọn 
giúp giảm thiểu thời gian của cấu hình. Phần mềm TIA 
Portal được tích hợp đầu tiên vào lập trình PLC S7-1200 với 
điều khiển giám sát qua HMI. Phần mềm TIA Portal còn 
được tích hợp điều khiển giám sát qua WinCC để lập trình 
các bảng HMI. lập trình PLC S7 hỗ trợ lập trình IEC các ngôn 
ngữ như LAD, FBD và SCL [4]. 
Hình 3. Phần mềm TIA Protal 
2.4. Module mở rộng CSM 1277 và bộ chuyển nguồn 
PM1207 
Module truyền thông Ethernet cho S7-1200 CSM 1277 là 
một sản phẩm SIEMENS kết nối với 3 điểm mạng Ethernet 
công nghiệp với tốc độ 10/100 Mbit/s, 4 cổng RJ45, nguồn 
cấp 24VDC. Bộ nguồn SIMATIC S7-1200 PM1207 6EP1332-
1SH71 (24VDC/2.5A), hình 4. 
Hình 4. Module CSM 1277 và bộ chuyển nguồn PM1207 
2.5. Biến tần G120C PN 
Dải công suất: 0,55 - 132kW. Chế độ điều khiển: V/F, 
Vector control without encoder. Truyền thông: Modbus, 
Uss, Profibus, Profinet, Ethernet. Tích hợp bộ xả bên trong ở 
tất cả các công suất. Tiêu chuẩn bảo vệ: IP20. Ngõ kết nối: 6 
ngõ vào số, 2 ngõ ra, 1 ngõ và 1 ngõ ra analog. Tích hợp 
chế độ điều khiển PID (hình 5). 
Hình 5. Biến tần G120C PN 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 4 (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 21
2.6. Động cơ không đồng bộ 
 Trong mô hình thực hành dùng động cơ không đồng 
bộ 3 pha công suất 0,75kW, dòng điện 2,2A, tốc độ 
1380rpm, điện áp 380V, tần số 50Hz (hình 6) [3]. 
Hình 6. Động cơ không đồ bộ 3 pha công suất 0,75kW 
3. SƠ ĐỒ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRÊN MÔ HÌNH THỰC HÀNH 
Đó là sự thiết lập truyền thông PLC S7-1200 (PLC1) - PLC 
S7-1200 (PLC2) - Biến tần G120C - Động cơ không đồng bộ 
3 pha công suất 0,75kW, được điều khiển giám sát qua màn 
hình HMI. Tín hiệu tốc độ đặt và tốc độ thực của động cơ 
được hiển thị trên màn hình HMI, PLC1 truyền giá trị tốc độ 
đặt yêu cầu còn PLC2 điều khiển biến tần G120C truyền 
động cho động cơ làm việc theo tốc độ đặt (hình 7). 
Hình 7. Sơ đồ bố trí thiết bị trên mô hình thực hành 
4. CẤU HÌNH MẠNG 
Phần mềm TIA Portal đã được sử dụng cho PROFINET 
cấu hình mạng. Sau khi kết nối PC vào mạng PROFINET và 
khởi động phần mềm, Proneta tự động tìm các thiết bị có 
sẵn trong mạng lưới. Các thiết bị này, chúng tôi có thể chỉ 
định yêu cầu địa chỉ IP và mặt nạ mạng con, cụ thể: 
● PLC1 S7–1200 ( CPU1214 DC/DC/DC). 
 - IP: 192.168.0.7 
● PLC2 S7–1200 ( CPU1214 DC/DC/DC) 
 - IP: 192.168.0.1 
● HMI KTP400 Bassic 
 - IP: 192.168.0.3 
● Biến tần G120C PN 
 - IP: 192.168.0.4 
Cấu hình PLC1, được biểu diễn trên hình 8 - PLC1 S7-
1200 (CPU1214 DC/DC/DC), IP: 192.168.0.7. 
Hình 8. Cấu hình PLC 1 
Cấu hình PLC2, được biểu diễn trên hình 9 - PLC2 S7-12 
(CPU1214 DC/DC/DC), IP: 192.168.0.1. 
Hình 9. Cấu hình PLC 2 
Cấu hình HMI, được biểu diễn trên hình 10 - HMI 
KTP400 Bassic, IP: 192.168.0.3. 
Hình 10. Cấu hình HMI 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 4 (8/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 22
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
Cấu hình biến tần được biểu diễn trên hình 11, biến 
tần G120C PN, IP: 192.168.0.4 
Hình 11. Cấu hình Biến tần G120C PN 
Khai báo kết nối thiết bị trên phần mềm Tia Portal, 
được biểu diễn trên hình 12. 
Hình 12. Khai báo kết nối thiết bị trên Tia Portal 
5. CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ TRÊN BIẾN TẦN 
Cài đặt thông số động cơ cho biến tần Commissioning 
 Commissioning Wizard. 
● Drive setting lựa chọn tiêu chuẩn IEC và điện áp 380V, 
hình 13. 
Hình 13. Drive setting lựa chọn tiêu chuẩn IEC và điện áp 380V 
● Đặt giá trị dòng điện, công suất, tốc độ quay động cơ, 
hình 14. 
Hình 14. Đặt giá trị dòng điện, công suất, tốc độ động cơ 
6. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 
Thuật toán điều khiển chương trình được mô tả như 
hình 15. Thời điểm bắt đầu PLC1 nhận giá trị đặt từ HMI, 
kiểm tra điều kiện truyền tín hiệu đảm bảo thì thực hiện 
truyền dữ liệu tốc độ đặt yêu cầu cho PLC2. Hoàn thành 
quá trình nhận dữ liệu từ PLC1, PLC2 thực hiện lệnh truyền 
thông đặt dữ liệu cho biến tần điều khiển động cơ làm việc. 
Trước khi truyền thông, PLC1, PLC2 sẽ kiểm tra các kết quả 
về trạng thái đường truyền. Nếu đường truyền trống, lệnh 
truyền thông thỏa mãn thì PLC1 sẽ truyền dữ liệu đến đối 
tượng tương ứng - PLC2, PLC2 gửi dữ liệu tới biến tần. Tại 
mỗi thời điểm PLC thực hiện vai trò truyền/ nhận tín hiệu 
nên ta cần sử dụng các khoảng thời gian khác nhau để thực 
hiện các lệnh truyền thông khác nhau [4]. 
Hình 15. Sơ đồ thuật toán điều khiển 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 4 (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 23
a) Với PLC1 
 Bước 1: Khai báo biến 
Bước 2: Viết chương trình điều khiển 
Khai báo lệnh SINA_SPEED điều khiển biến tần: 
- Khai báo tham số kết nối truyền nhận dữ liệu giữa 
PLC1 với PLC2. 
Vùng giá trị truyền Vùng giá trị nhận 
MD300 MD200 
- Khai báo lệnh nhận dữ liệu được truyền từ PLC2: 
b) Với PLC2 
- Khai báo kết nối truyền nhận dữ liệu giữa PLC1 với PLC2: 
- Khai báo lệnh truyền dữ liệu cho PLC1: 
 CÔNG NGHỆ 
 Tạp chí KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ● Tập 56 - Số 4 (8/2020) Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn 24
KHOA HỌC P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619
- Bước 3: Lưu giá trị cài đặt từ ngoài vào dữ liệu gửi 
c) Thiết kế giao diện cho màn hình HMI, được biểu 
diễn trên hình 16. 
- Thiết lập nút bấm start/stop từ màn hình HMI 
- Thiết lập vùng cài đặt giá trị đặt, vùng hiển thị tốc độ 
thực của động cơ 
Hình 16. Giao diện cho màn hình HMI 
7. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 
Tham số đặt động cơ và tham số giá trị đặt từ HMI như 
bảng 1, 2. 
Bảng 1. Tham số đặt động cơ 
Giá trị đặt Thông số 
Dòng điện 2,2A 
Công suất 0,75kW 
Dải tốc độ 1380rpm 
Điện áp 380V 
Tần số 50Hz 
Bảng 2. Tham số giá trị đặt từ HMI 
Giá trị đặt Thông số 
Tốc độ đặt Tùy ý trong dải tốc độ - Ví dụ 50rpm 
Refspeed 1638,4 
Kết nối và chạy thực nghiệm mô hình, được biểu diễn 
trên hình 17. 
 Hình 17. Mô hình truyền thông PLC - biến tần - động cơ 
Thời gian xung nhịp gửi tín hiệu truyền thông từ PLC1, 
PLC2 là 1ms, băng thông cho chu kì dữ liệu IO là 0,007ms, 
được thể hiện trên hình 18. 
Hình 18. Xung nhịp gửi dữ liệu và tính toán băng thông cho chu kỳ dữ liệu IO 
Thời gian cập nhật dữ liệu của biến tần, HMI được tính 
toán, cập nhật tự động theo PLC2, thể hiện trên hình 19. 
P-ISSN 1859-3585 E-ISSN 2615-9619 SCIENCE - TECHNOLOGY 
Website: https://tapchikhcn.haui.edu.vn Vol. 56 - No. 4 (Aug 2020) ● Journal of SCIENCE & TECHNOLOGY 25
Hình 19. Thời gian cập nhật dữ liệu của biến tần, HMI 
Với giá trị tốc độ đặt, tốc độ thực hiện trên HMI, được 
biểu diễn trên hình 20. 
Hình 20. Giá trị tốc độ đặt, tốc độ thực hiện HMI 
Giá trị tốc độ đặt, tốc độ thực hiển thị trên biến tần, 
được biểu diễn trên hình 21. 
Hình 21. Giá trị tốc độ đặt, tốc độ thực hiển thị trên biến tần 
Giám sát lệnh điều khiển biến tần từ PLC, được biểu 
diễn trên hình 22. 
Biến tần truyền động cho động cơ đạt đến tốc độ đặt 
50rpm cần 0,36s (tương ứng với thời gian tăng tốc bài báo 
đặt 10s để đạt tốc độ lớn nhất là 1380rpm và động cơ quay 
ổn định tại tốc độ đặt, được biểu diễn trên hình 23. 
Hình 22. Giám sát lệnh điều khiển biến tần từ PLC 
Hình 23. Thời gian tăng tốc độ từ 0 tới 1380rpm 
8. KẾT LUẬN 
Mô hình mạng công nghiệp trên PROFINET cơ sở sử 
dụng công nghệ mới nhất của SIEMENS là được xây dựng 
cho mục tiêu giáo dục. Các thành phần chính của mạng đó 
là PLC Simatic S7-1200, HMI KTP400 Bassic, module mở 
rộng csm1277 simatic net, 1 bộ chuyển nguồn PM1207 và 
các sản phẩm phần mềm TIA Portal Phiên bản V13 SP1 cơ 
bản. Bộ thực hành đầu tiên của chúng tôi với mô hình 
mạng công nghiệp đã chứng minh chức năng và kinh 
nghiệm thu được đã bắt đầu để tạo ra nhiệm vụ thực tế cho 
sinh viên để giải quyết chúng tại thực tế. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1]. Hoàng Minh Sơn, 2007. Mạng truyền thông công nghiệp. NXB Khoa học 
và Kỹ thuật. 
[2]. Trần Tiến Lương, 2016. Nghiên cứu hệ thống mạng truyền thông PLC S7-
1200 qua mạng Ethernet. Đề tài Nghiên cứu khoa học Trường Đại học Hàng hải 
Việt Nam. 
[3]. https://ximang.vn/kinh-nghiem-van-hanh/he-dieu-khien-plc-bien-
tan-dong-co-khong-dong-bo-ba-pha-p2--4970.htm 
[4]. Martin Višňovský, Róbert Rákay, Alena Galajdová, Dušan Šimšík, 2017. 
Creating Industrial Network with PROFINET Communication for Education Purposes. 
Acta Mechanica Slovaca 21 (4): 66 – 72. 
[5]. Dušan Šimšík, Alena Galajdová, Róbert Rákay, 2016. Intenzifikácia výskumu 
a prepojenia na prax inováciou laboratórií. In: Automatizácia a riadenie v teórii a 
praxi: ARTEP 2016. - Košice: TU, 2016 S. 52-1-52-10. ISBN 978-80-553-2474. 
AUTHORS INFORMATION 
Vo Thu Ha1, Dang Thi Tuyet Minh1, Vu Huy Hien2 
1Faculty of Electrical Engineering, University of Economic and Technical Industries 
2Class TDH 11A3, Faculty of Electrical Engineering, University of Economic 
and Technical Industries