Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụn Module GSM.pdf

NGUYỄN
BÌNH
QUÂN
B O
Ộ GIÁO DỤ Ạ
C VÀ ĐÀO T
TRƯ NG Đ
Ờ Ạ Ọ
I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN BÌNH QUÂN
ĐIỀU
KHIỂN
VÀ
TỰ
ĐỘ
NG
HÓA
GIÁM SÁT VÀ CẢ Ừ
NH BÁO T XA CHO TRẠM GIẢM ÁP KHÍ
NÉN CNG SỬ Ụ
D NG MODULE GSM
LU THU T
ẬN VĂN THẠ Ỹ
C SĨ K Ậ
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
KHOÁ
2012B
Hà Nội – 2014

B O
Ộ GIÁO DỤ Ạ
C VÀ ĐÀO T
TRƯ NG Đ
Ờ Ạ Ọ
I H C BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN BÌNH QUÂN
GIÁM SÁT VÀ CẢ Ừ
NH BÁO T XA CHO TRẠM GIẢM ÁP KHÍ NÉN
CNG SỬ Ụ
D NG MODULE GSM
Chuyên ngành : ĐIỀ Ể Ự ĐỘ
U KHI N VÀ T NG HÓA
LU THU T
ẬN VĂN THẠ Ỹ
C SĨ K Ậ
ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HÓA
NGƯỜ Ớ
I HƯ NG DẪN KHOA HỌC:
TS. HOÀNG SỸ Ồ
H NG
Hà Nội – 2014

Thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụng module GSM
Học viên: Nguyễn Bình Quân CH Điều khiển và Tự động hóa
Người hướng dẫn: TS. Hoàng Sỹ Hồng 1 DKTD2012B
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ luận văn này do chính bản thân tôi thực hiện dưới sự hướng
dẫn của TS. Hoàng Sỹ Hồng.
Người thực hiện
Nguyễn Bình Quân

MỤC LỤC
Trang
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT .....................................................................................5
DANH MỤC BẢNG.......................................................................................................6
DANH MỤC HÌNH ẢNH..............................................................................................7
MỞ ĐẦU .......................................................................................................................10
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN ......................................................................................12
1.1. Giới thiệu công nghệ và thiết bị trạm giảm áp khí nén CNG. ............................12
1.1.1 Giới thiệu công nghệ CNG. ..........................................................................12
1.1.2. Giới thiệu trạm giảm áp PRU (Pressure Regulator Unit) ............................13
1.2. Những khó khăn trong công tác trong công tác vận hành trạm giảm áp. ...........21
1.2.1. Trạm PRU Enric...........................................................................................22
1.2.2. Trạm PRU PLC............................................................................................22
1.3. Những yêu cầu trong công tác vận hành giám sát và kiểm soát thiết bị trên các
trạm PRU....................................................................................................................22
1.4. Giải pháp khắc phục:...........................................................................................23
1.4.1 Phương án 1: .................................................................................................23
1.4.2. Phương án 2 .................................................................................................23
1.5. Kết luận, đưa ra phương án giám sát, cảnh báo từ xa bằng module GSM .........24
CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT ..........................................................................26
2.1. Các chuẩn truyền trong công nghiệp...................................................................26
2.2. Mạng truyền thông MODBUS............................................................................27

2.2.1. Khái niệm tổng quát về mạng truyền thông Modbus:..................................27
2.2.2. Giới thiệu Modbus RTU trong PLC S7-200................................................30
2.3. Tìm hiểu mạng GSM...........................................................................................33
2.4. Module SIM300CZ .............................................................................................34
2.4.1. Các đặc điểm chính của module SIM300CZ ...............................................35
2.4.2. Tập lệnh AT của module Sim 300CZ ..........................................................37
CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO TỪ XA........46
3.1. Mô hình giám sát cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG bằng module
GSM. ..........................................................................................................................46
3.2. Module giám sát và cảnh báo GSM ....................................................................47
3.2.1. Nhiệm vụ thiết kế.........................................................................................47
3.2.2 Sơ đồ khối Module giám sát, cảnh báo GSM ...............................................48
3.3. Các khối chức năng của Thiết bị.........................................................................49
3.3.1 Khối nguồn cung cấp ....................................................................................49
3.3.2. Khối vi điều khiển........................................................................................50
3.3.3. Khối module GSM SIM300CZ....................................................................53
3.3.4. Khối giao tiếp RS-485..................................................................................57
3.3.5. Khối hiển thị LCD........................................................................................57
3.3.6. Khối đầu vào tương tự .................................................................................59
3.3.7. Khối đầu ra cách ly quang............................................................................60
3.3.8. Khối đầu vào/ra số .......................................................................................61
3.4. Sơ đồ nguyên lý đầy đủ của thiết bị giám sát, cảnh báo GSM ...........................61
3.5. Hệ thống điện điều khiển trạm PRU PLC...........................................................64
CHƯƠNG 4 – SẢN PHẨM VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................67
4.1. Sơ đồ thuật toán chương trình Modbus Maser cho PLC S7-200........................67
4.2. Sơ đồ thuật toán Module giám sát, cảnh báo GSM.............................................67

4.3. Mô hình sản phẩm...............................................................................................71
4.3.1 Module giám sát GSM ..................................................................................71
4.3.2 Mô hình giám sát và cảnh báo từ xa trạm giảm áp CNG sử dụng Module ..73
4.4. Kết quả. ...............................................................................................................77
4.5. Hướng phát triển. ................................................................................................78
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................81

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CNG : Compressed Natural Gas
PRU : Pressure Regulator Unit
SDV : Shutdown Valve
GPRS : General Packet Radio Service
GSM : Global System for Mobile Communication
PLC : Progam Logic controller
RTU : Remote Terminal Unit
MT : Mobile Terminal
TE : Terminal Equipment

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1: Bảng mã hàm giao thức Modbus...................................................................29
Bảng 2.2: Bảng địa chỉ modbus trong PLC Siemen S7-200..........................................31
Bảng 2.3: Bảng kiểu dữ liệu cho thông số Modbus PLC Siemen S7-200.....................33
Bảng 2.4: Định nghĩa các chân của Module SIM300CZ ...............................................36
Bảng 3.1: Chức năng các chân LCD..............................................................................58

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ khí nén thiên nhiên CNG. ..................................................12
Hình 1.2: Sơ đồ đường ống công nghệ trạm PRU (Pressure Regulator Unit)...............13
Hình 1.3: Trạm giảm áp PRU PLC. ...............................................................................14
Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý vận hành..............................................................................15
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý trạm PRU Enric...................................................................16
Hình 1.6: Trạm giảm áp PRU Enric (trạm cơ khí).........................................................16
Hình 1.7: Đường ống công nghệ và đồng hồ đo áp suất các giai đoạn..........................17
Hình 1.8: Bản vẽ P&ID Trạm giảm áp PRU Enric........................................................17
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý điều khiển trạm PRU PLC. .................................................18
Hình 1.10: Trạm giảm áp PRU PLC..............................................................................19
Hình 1.11: Van điều áp giai đoạn 2 và cảm biến áp suất sau giai đoạn 2......................19
Hình 1.12: Hệ thống đốt gia nhiệt và bơm tuần hoàn nước nóng..................................20
Hình 1.13: Tủ điều khiển trạm giảm áp PRU PLC – S7 200.........................................20
Hình 1.14: Bản vẽ P&ID Trạm giảm áp PRU PLC. .....................................................21
Hình 2.1: Truyền dữ liệu theo chuẩn RS485. ................................................................26
Hình 2.2: Giao thức Modbus trong mô hình chuẩn OSI................................................27
Hình 2.3: Cấu trúc bản tin truyền mạng modbus. ..........................................................28
Hình 2.4: Lệnh khởi tạo cấu hình Modbus PLC Siemen S7-200. .................................31
Hình 2.5: Lệnh cấu hình khung truyền bản tin Modbus PLC Siemen S7-200. .............32
Hình 2.6: Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS. ........................................................................34
Hình 2.7: Hình ảnh module SIM300CZ.........................................................................35
Hình 2.8: 60 chân DIP cổng ra trên Module SIM300CZ...............................................35
Hình 2.9: Các bước khởi tạo cấu hình mặc định giữa AVR và Module Sim300CZ. ....38
Hình 2.10: Quá trình thực hiện cuộc gọi giữa AVR và Module Sim300CZ. ................40
Hình 2.11: Quá trình nhận tin nhắn giữa AVR và Module Sim300CZ .........................42
Hình 2.12: Quá trình gửi tin nhắn giữa AVR và Module Sim300CZ............................44

Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống giám sát và cảnh báo từ xa các trạm PRU. ...........................46
Hình 3.2: Sơ đồ khối Module giám sát, cảnh báo GSM. ...............................................48
Hình 3.3: Sơ đồ nguồn cung cấp cho AVR, SIM300CZ. .............................................49
Hình 3.4: Khối vi điều khiển AT mega 128L. ..............................................................50
Hình 3.5 Vi điều khiển AT mega 128L. .......................................................................50
Hình 3.6: Cấu trúc vi điều khiển AVR..........................................................................51
Hình 3.7: Khối module GSM SIM300CZ.....................................................................53
Hình 3.8: Module GSM SIM 300CZ. ...........................................................................54
Hình 3.9 Sơ đồ ghép nối Sim300CZ với speaker, microphone. ...................................56
Hình 3.10 Khối giao tiếp RS-485..................................................................................57
Hình 3.11: Khối hiển thị LCD.......................................................................................58
Hình 3.12: Khối đầu vào tương tự. ...............................................................................60
Hình 3.13: Khối đầu ra cách ly quang. .........................................................................60
Hình 3.14: Khối CPU (Chân đế cho vi điều khiển) .......................................................62
Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị ...............................................................................63
Hình 3.16: Mạch Layout của Module GSM ..................................................................64
Hình 3.17: Sơ đồ điện điều khiển của trạm PRU PLC...................................................65
Hình 4.1: Lưu đồ thuật toán chương trình Modbus Master của PLC S7-200................67
Hình 4.2: Lưu đồ thuật toán chương trình chính............................................................68
Hình 4.3: Lưu đồ thuật toán các chương trình ngắt. ......................................................69
Hình 4.4: Module giám sát, cảnh báo GSM...................................................................71
Hình 4.5: Bo mạch mặt trên của Module GSM. ............................................................71
Hình 4.6 Bộ phát sóng Sim300CZ.................................................................................72
Hình 4.7: Mô hình giám sát và cảnh báo từ xa sử dụng Module GSM .........................73
Hình 4.8: Hệ thống cảnh báo, thu thập dữ liệu từ xa bằng tin nhắn và cuộc gọi khi tín
hiệu trên PLC S7-200 bị tác động..................................................................................74

Hình 4.9: Hệ thống cảnh báo và thu thập dữ liệu từ xa bằng tin nhắn và cuộc gọi khi tín
hiệu số trên module bị tác động. ....................................................................................75
Hình 4.10: Thay đổi số điện thoại cảnh báo từ số “0937868595” thành số
“0906054000”. ...............................................................................................................76
Hình 4.11: Mô tả quá trình nạp tiền tài khoản và kiểm tra vào tài khoản Module Sim từ
tin nhắn người quản lý hệ thống.....................................................................................76
Hình 4.12: Thay đổi mật khẩu quản lý Module Sim bằng tin nhắn của người quản lý hệ
thống...............................................................................................................................77

MỞ ĐẦU
Ngành công nghiệp khí là một ngành đóng vai trò mũi nhọn của nền kinh tế
đất nước. Để ngành công nghiệp khí phát triển thì cần phải có công nghệ chế biến
khí, khai thác vận chuyển khí hiệu quả, an toàn cung cấp an ninh năng lượng cho
quốc gia cũng như nền kinh tế nói chung. Để đáp ứng yêu cầu đó thì vấn đề Tự động
hóa trong Công nghiệp Khí đã và đang là một yêu cầu cấp thiết do tính đặc thù của
Ngành. Đề tài “Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụng
module GSM” hướng tới việc xây dựng một hệ thống thu thập dữ liệu và giám sát chế
độ vận hành dành cho các trạm giảm áp đặt tại các nhà máy sử dụng khí CNG tại
các tỉnh miền Đông Nam Bộ từ đó góp phần đảm bảo quá trình sản xuất liên tục đồng
thời mang lại lợi ích to lớn trong công tác điều độ khí, xử lý, cảnh báo sự cố từ xa
của ngành công nghiệp khí.
Tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp, do hạn chế về mặt thời gian
nghiên cứu, kiến thức, kinh nghiệm vận hành nên các mục tiêu cụ thể trong đồ án như
sau:
- Giới thiệu công nghệ, thiết bị trạm giảm áp khí nén CNG trong ngành khí.
- Những khó khăn và bất cập trong việc thu thập, dữ liệu giám sát, xử lý sự cố tại các
trạm giảm áp.
- Tìm hiểu và nắm rõ chuẩn truyền RS-485 và giao thức truyền tin công nghiệp
Modbus.
- Phương thức truyền tin qua mạng GSM..
- Đề xuất ý tưởng sử dụng module GSM để kiểm soát các chế độ hoạt động tại các
trạm PRU.
- Thiết kế, chế tạo module GSM để giám sát và cảnh báo từ xa cho các trạm giảm áp
CNG
Trên cơ sở mục tiêu đề ra như trên tôi đưa ra cách thực hiện như sau:
- Để thu thập dữ liệu bằng sóng GSM dùng module SIM300CZ
- Bộ xử lý trung tâm nhận, phát dữ liệu truyền đi bằng hệ vi điều khiển AT mega 128L

- Lập trình PLC để truyền dữ liệu xuống bộ xử lý trung tâm bằng giao thức modbus,
đường truyền RS485.
- Công cụ:+ Phần mềm thiết kế mạch Altium Designer.
+ Phần mềm lập trình cho PLC Siemens S7-200 Step 7 Microwin
+ Phần mềm lập trình code cho vi xử lý Codevision, Micro C.

CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1. Giới thiệu công nghệ và thiết bị trạm giảm áp khí nén CNG.
1.1.1 Giới thiệu công nghệ CNG.
CNG (Compressed Natural Gas) là khí nén thiên nhiên được khai thác từ các
mỏ khí tự nhiên hay là khí đồng hành trong quá trình khai thác dầu mỏ, qua thiết bị
làm sạch để loại bỏ các tạp chất và các cấu tử nặng, vận chuyển bằng đường ống tới
Nhà máy nén khí hay nén trực tiếp vào các tầu chở CNG. Khí thiên nhiên được nén
tới áp suất 200 – 250 bar, ở nhiệt độ môi trường đề giảm thể tích bồn chứa, tăng hiệu
suất và giảm chi phí vận chuyển bằng các phương tiện vân tải đường bộ, đường sắt,
đường thủy.
Tại nơi tiêu thụ, CNG được gia nhiệt và giảm áp qua cụm thiết bị PRU –
Pressure Regulator Unit, tới áp suất yêu cầu của khách hàng (thường là 3 bar). Quy
trình công nghệ CNG được thể hiện qua hình 1.1.
Thành phần khí chủ yếu là CH4 (84%), C2H6(12%), khi cháy sinh ra ít khí CO2,
làm cho môi trường sạch hơn, không gây hiệu ứng nhà kính. Trong tương lai, sẽ thay
thế cho các loại nhiên liệu như xăng, dầu…Vì vậy, sử dụng CNG thay thế các nhiên
liệu truyền thống như than, dầu sẽ bảo vệ môi trường và giảm chi phí.
Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ khí nén thiên nhiên CNG.

1.1.2. Giới thiệu trạm giảm áp PRU (Pressure Regulator Unit)
Hình 1.2: Sơ đồ đường ống công nghệ trạm PRU (Pressure Regulator Unit).
Giải thích các kí hiệu trên sơ đồ hình 1.2:
- 1: Containter CNG: là bồn chứa khí CNG làm bằng vật liệu composite có thể
tích 20 feet hoặc 40 feet. Khí thiên nhiên (khí khô) được nén vào container từ 22 bar
lên đến 250 bar tại nhà máy CNG Phú Mỹ. Xe bồn container được vận chuyển bằng
đầu kéo từ nhà máy Phú Mỹ lên trạm khách hàng.
- 2: Van cô lập giữa xe bồn chứa khí CNG và đường ống công nghệ trạm PRU.
- 3: SDV, (Shutdown Valve), là van dừng khẩn cấp có 2 trạng thái OPEN và
CLOSE. Công tác vận hành cấp khí bình thường, van ở trạng thái OPEN. Khi có sự
cố mất an toàn như áp suất các giai đoạn vượt quá giá trị cho phép, thì SDV sẽ ở trạng
thái CLOSE ngay khi có hiện tượng quá áp suất giai đoạn 1, quá áp suất giai đoạn 2,
khi có sự rò rỉ khí vượt quá giới hạn an toàn cho phép.
- 4: Heat exchanger: Bộ phận trao đổi nhiệt có nhiệm vụ làm nóng đường ống,
không cho đường ống vận hành bị đóng băng khi các van điều áp, giảm áp suất cao
xuống áp suất thấp, theo quy trình công nghệ giảm áp.
- 5: Filter: Lọc khí đầu vào, không cho dầu nhớt, cặn bẩn đi vào buồng đốt của
khách hàng.

- 6: Van điều áp giai đoạn 1 (Regulator stg1): là van điều chỉnh và ổn định áp
suất giai đoạn 1. Áp suất đầu ra sau van điều áp được duy trì và ổn định trong khoảng
từ 40-60 bar.
- 7: Van điều áp giai đoạn 2 (Regulator stg2): là van điều chỉnh và ổn định áp
suất giai đoạn 2. Áp suất đầu ra sau van điều áp giai đoạn 2 được duy trì và ổn định
trong khoảng từ 3-7 bar (tùy theo yêu cầu trong lò đốt của khách hàng).
- 8: Đồng hồ đo đếm lượng khí sử dụng.
Hình 1.3: Trạm giảm áp PRU PLC.
Nguyên lý vận hành trạm giảm áp PRU CNG:
Theo sơ đồ nguyên lý vận hành hình 1.4: Bồn chứa khí CNG áp suất cao từ
200-250 bar đưa đến đầu vào của trạm PRU. Tại đây đầu đực trên bồn được kết nối
với đầu cái dây coopling gắn trên đường ống công nghệ đầu vào trạm PRU. Khí áp
suất cao 200-250 bar được giảm áp qua 2 giai đoạn bằng 2 thiết bị van điều áp
Regulator. Giai đoạn 1 áp suất được giảm xuống từ 40-60 bar. Sau khi đi qua van
điều áp giai đoạn 1, qua bộ phận trao đổi nhiệt, khí CNG tiếp tục được giảm áp xuống
lần 2 từ 2-7 bar. Đây cũng là áp suất cung cấp cho đầu đốt tùy theo yêu cầu của khách
hàng. Các giai đoạn đầu vào trạm, giai đoạn 1, giai đoạn 2 đều gắn đồng hồ đo áp
suất. Trạm có 2 nhánh hoạt động: 1 nhánh chạy và 1 nhánh dự phòng.

Hình 1.4: Sơ đồ nguyên lý vận hành.
Tất cả thiết bị điều khiển được đặt trong phòng container. Hệ thống gia nhiệt
sử dụng chính khí gas đầu ra làm nhiên liệu đốt. Áp suất đầu ra sau giai đoạn 2 từ 3-
7 bar được điều áp xuống 150-200 mbar.
Khí áp suất thấp đó được dẫn vào đầu đốt gia nhiệt. Tại đây, đường ống nước
tuần hoàn được gia nhiệt. Sau khi làm nóng đến nhiệt độ cài đặt thì hệ thống gia nhiệt
sẽ dừng lại. Khi nào nước gia nhiệt giảm xuống giá trị cài đặt mức thấp thì hệ thống
tự động đốt trở lại. Cài đặt giá trị nhiệt độ đốt lại cũng như ngưng đốt khi đủ nhiệt,
người vận hành thao tác trên màn hình giao diện người máy (HMI) đặt trong phòng
điều khiển.
Hệ thống SDV được đóng mở bằng hệ thống điều khiển khí nén – van điện từ.
Khí nén được cung cấp qua một máy nén khí air nhỏ.
Hệ thống gia nhiệt đường ống hoạt động bằng hệ thống bơm tuần hoàn liên
tục, nhiệt độ nước tuần hoàn được duy trì tự động bởi đầu đốt boiler sử dụng khí gas.
Trạm PRU có 2 loại:

a. Trạm PRU Enric: trạm vận hành bằng cơ khí như mô tả hình 1.5 đến hình
1.8 là trạm không có bộ điều khiển PLC, các tín hiệu điều khiển là tín hiệu cơ khí.
Van đóng khẩn cấp SDV có cơ cấu tác động bằng cơ khí, tín hiệu tác động Close
SDV bằng các đường ống áp suất nối đằng sau van điều áp giai đoạn 1 và van điều
áp giai đoạn 2. Khi van điều áp bị sự cố, áp suất tăng đột ngột, tín hiệu áp suất cao
sẽ được dẫn đến SDV bằng đường ống nhỏ, tác động làm thay đổi cơ cấu tác động,
đóng SDV.
Hình 1.5: Sơ đồ nguyên lý trạm PRU Enric.
Hình 1.6: Trạm giảm áp PRU Enric (trạm cơ khí).

Hình 1.7: Đường ống công nghệ và đồng hồ đo áp suất các giai đoạn.
Hình 1.8: Bản vẽ P&ID Trạm giảm áp PRU Enric.
Sơ đồ đường ống công nghệ tổng thể trạm PRU Enric thể hiện trong hình 1.8
bao gồm từ xe bồn cung cấp khí CNG đi qua các van cô lập trụ xả, đồng hồ áp suất,
CV-1902
BV-1902
CV-1901
BV-1901
PG-1901
TR? X? PRU
TG-1902
TG-1901
PT-1902
PG-1904
PT-1901
PG-1905
FL-1902
FL-1901
PG-1910
PT-1904
TI-1902
PG-1911
PT-1903
TI-1901
PG-1906
PG-1907
PG-1912
PG-1913
PG-1914
PT-1906
PG-1915
PT-1905
TI-1903
PG-1918
RG-1906
WATER TANK
WATER SOURCE
WATER SUPPLY
WATER RETURN
vent
vent
vent
vent
BV-1908
BV-1907
PT-1907
PG-1916
PS-1902
WB-1901
ST-1901
CV-1905
BV-1915
BV-1917
PG-1917
RG-1905
PS-1901
WP-1902
WP-1901
GD-1901
vent
PG-1908
PG-1909

qua SDV, bộ phận gia nhiệt, van điều áp cấp 1, van điều áp cấp 2 , qua hệ thống đo
đếm cùng với các thiết bị phụ trợ khác như bơm tuần hoàn, bộ phận boiler.
b. Trạm PRU PLC: là trạm vận hành bằng hệ thống điều khiển PLC như đã
trình bày ở hình 1.4 và hình 1.9. Tín hiệu đầu vào PLC Siemen S7-200 là tín hiệu
cảm biến áp suất các giai đoạn: đầu vào, sau giai đoạn 1, sau giai đoạn 2, cảm biến
nhiệt độ đầu ra cho khách hàng, các thông số cài đặt điều khiển từ màn hình giao diện
người và máy HMI. Tín hiệu đầu ra là đóng mở SDV, bật bơm nước tuần hoàn, hệ
thống tự động bật/tắt boiler gia nhiệt khi nhiệt độ đầu ra xuống thấp. Hệ thống báo
động các trạng thái áp suất cao, áp suất thấp khi có sự cố về thiết bị các van điều áp,
hay rò rỉ khí gas. Nguyên lý điều khiển các thiết bị trên được trình trình bày qua hình
1.8.
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý điều khiển trạm PRU PLC.

Hình 1.10: Trạm giảm áp PRU PLC.
Hình 1.11: Van điều áp giai đoạn 2 và cảm biến áp suất sau giai đoạn 2.

Hình 1.12: Hệ thống đốt gia nhiệt và bơm tuần hoàn nước nóng.
Hình 1.13: Tủ điều khiển trạm giảm áp PRU PLC – S7 200.

Hình 1.14: Bản vẽ P&ID Trạm giảm áp PRU PLC.
Thiết bị trạm giảm áp PRU PLC từ xe bồn đến đường ống công nghệ vào trạm
giảm áp với các đồng hồ đo áp suất, cảm biến áp suất các giai đoạn, van điều áp các
giai đoạn cùng với các hệ thống phụ trợ như hệ thống gia nhiệt, bơm nước tuần hoàn,
màn hình điều khiển trong container được minh họa từ hình 1.9 đến hình 1.14.
1.2. Những khó khăn trong công tác trong công tác vận hành trạm giảm áp.
Khó khăn chung:
Công tác cấp khí, điều độ vận chuyển khí phụ thuộc phần lớn vào thông tin
cung cấp từ người vận hành tại trạm, mất rất nhiều công sức, chi phí liên lạc và có
thể nhầm lẫn thông tin trao đổi.
Các trạm nằm rải rác ở các tỉnh miền Đông Nam Bộ như Tp Hồ Chí Minh,
Bình Dương, Bình Phước, Bình Thuận, Đồng Nai, Long An nên không thể giám sát
hoạt động trên trạm từ xa, tình hình hoạt động các thiết bị phụ thuộc hoàn toàn thông
tin báo cáo từ người vận hành hiện trường.
Thông tin không được thông báo kịp thời và chính xác thời điểm trạm bị sự
cố, gây chậm trễ và khó khăn trong công tác xử lý sự cố từ xa, cũng như công tác
điều tra sự cố sau này.
1-Stg
1-Stg
2-Stg
2-Stg
vent
vent
BV-2704
BV-2705
BV-2706
SV-2702
SV-2701
ESD-2702
ESD-2701
PG-2704
PG-2705
PT-2701
HE-2702
HE-2701
FL-2702
FL-2701
RG-2701
RG-2702
PSV-2702
PG- 2710
HE-2703
HE-2704 RG-2704
RG-2703
TT -270
2
PSV-2703
BV-2 708
BV-2710
BV-2707 BV-2 709
TFM-2702
TFM-2701
BV-2711
BV-2712
RG-2706
RG-2705
WB-2702
WB-2701
ST-2702
ST-2701
WP-2702
WP-2701
CV-2706
CV-2705
TT -270
1
OUTLE T FLANGE
PG-2703
PG-2702
PG-2701
CV- 270
3
CV- 270
2
CV- 270
1
BV-2703
BV-2702
BV-2701
TR? X? PRU
PG-2706
PS-2701
PS-2702
PG-2707
WATE R SUP
PLY
WATE R RETU
RN
PT- 270
4
PG -2711 PT -270
3
PSV-2701
PG-2712
PG-2713
PG-2716
PG-2717
TG-2702
TG-2701
TT-2703
PG-2719
PS-2705
PG-2708
PG-2709
P
S-2703
PS
-2704
SSV-2702
S
SV-2701
FSV-2702
F
SV-2701
PT-2702
vent
vent
HE-2706
HE-2705
PSV-2704
PG -2714
PG -2715
PT- 270
6
PT- 270
5
vent
PG-2718
BV-2713
GD-2701

Các thông số như áp suất, nhiệt độ xe bồn, áp suất các giai đoạn phục vụ công
tác vận hành, đo đếm giao nhận khí chưa cập nhật tự động. Mọi thông số trên đều
phải xác nhận số liệu qua biển bản rồi mới gửi về Nhà máy. Công việc sử dụng nhiều
thòi gian, không đảm bảo độ chính xác các thông số.
1.2.1. Trạm PRU Enric
Không có hệ thống báo động tại trạm khi trạm có sự cố. Cụ thể như: khi trạm
bị sự cố về các thiết bị vận hành, đóng SDV, không có hệ thống còi báo động để
người vận hành xử lý sự cố dẫn đến gián đoạn quá trình cấp khí, hệ thống ngưng sản
xuất, gây thiệt hại kinh tế lớn cho công ty và khách hàng.
Phụ thuộc vào ý thức làm việc của người vận hành.
1.2.2. Trạm PRU PLC
Công tác vận hành giám sát hoạt động thiết bị trên trạm gặp nhiều khó khăn.
Người quản lý trạm thường phải gọi điện lên trạm hỏi thông số từ người vận hành
trạm. Nhiều trường hợp xử lý gấp, không liên lạc được trên trạm do người vận hành
đi kiểm tra thiết bị, không nghe điện thoại được, công tác xử lý sự cố thời điểm đó
không liên tục và kịp thời.
1.3. Những yêu cầu trong công tác vận hành giám sát và kiểm soát thiết bị trên
các trạm PRU
Hiện tại, trạm giảm áp PRU có 2 loại: Trạm vận hành bằng cơ gọi là PRU
Enric, trạm vận hành bằng bộ điều khiển gọi là PRU PLC. Công tác vận hành, tình
hình hoạt động thiết bị phụ thuộc vào người vận hành trên trạm báo cáo về, các thông
số thiết bị gửi về chưa đảm bảo chính xác, chưa có hệ thống giám sát, cảnh báo thiết
bị từ xa dành cho người quản lý.
Vấn đề đặt ra là phải xây dựng một module giám sát thiết bị, cảnh báo từ xa
phù hợp với 2 loại công nghệ trạm giảm áp như trên.
Thứ nhất với trạm PRU Enric là trạm cơ khí chưa có còi báo động khi trạm có
các sự cố như tăng, giảm quá áp suất cho phép. Vì vậy module phải tích hợp thêm
các hệ thống báo động khi có sự cố áp suất. Cụ thể khi trạm có sự cố về áp suất
module sẽ báo động cho người quản lý bằng cuộc gọi, đồng thời gửi tin nhắn dữ liệu

thông số sự cố trên trạm. Không những vậy, module phải có chức năng báo cáo thông
số trên trạm bằng tin nhắn cho người quản lý mỗi khi người quản lý yêu cầu.
Thứ hai với trạm PRU PLC là trạm có bộ điều khiển logic PLC với số lượng
đầu vào, đầu ra như sau: 6 tín hiệu cảm biến áp suất, 2 tín hiệu cảm biến nhiệt độ, 2
tín hiệu đóng mở SDV, 2 tín hiệu điều khiển bơm tuần hoàn, 1 tín hiệu bật tắt bộ gia
nhiệt, 1 tín hiệu còi báo động. Nhiệm vụ của module phải kết nối được PLC đưa tất
cả thông số trên vào tin nhắn gửi về cho người quản lý mỗi khi người quản lý hệ
thống CNG yêu cầu. Đồng thời chức năng báo động cho người quản lý bằng cuộc gọi
và tin nhắn khi có sự cố xảy ra cũng giống với trạm PLC Enric.
1.4. Giải pháp khắc phục:
1.4.1 Phương án 1:
Đối với trạm Enric: thiết kế bo mạch vi điều khiển, đầu vào là các cảm biến
áp suất, đầu ra là hệ thống báo động. Lập trình, thiết kế ghép nối từ modul đo áp suất,
tích hợp với modul truyền phát dữ liệu bằng tin nhắn SMS.
Đối với trạm PRU PLC: trang bị thêm modul có khả năng kết nối với PLC
Siemens S7-200, truyền dữ liệu bao gồm thông số vận hành trạm PRU PLC.
Đánh giá khả thi phương án 1:
Phương án này sử dụng đến 2 bộ vi điều khiển. 1 bộ để kết nối với trạm Enric,
1 bộ kết nối với trạm PLC. Khả năng tích hợp chưa cao, chưa đồng bộ dẫn đến cần 2
bộ xử lý cho 2 kiểu trạm khác nhau, sản xuất hàng loạt, công tác bảo dưỡng gặp nhiều
khó khăn. Giá thành, chí phí đầu tư cho sản phẩm tăng lên.
Do phải dùng đến 2 bộ giám sát khác nhau, nên độ tin cậy thiết bị hoạt động
ổn đinh không giống nhau, khó đồng bộ, gây khó khăn trong sản xuất hàng loạt, công
tác bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn.
1.4.2. Phương án 2
Thiết kế, lập trình module hệ thống giám sát và cảnh báo từ xa tích hợp cho cả
trạm Enric và trạm PLC bằng 1 module vi điều khiển.
Module vi điều khiển có các đầu vào tương tự: như cảm biến, áp suất. Đầu ra
là các cổng số, rơle, còi báo động, đèn báo. Module có cổng kết nối RS485 để kết nối

với PLC S7-200, các dữ liệu, thông số của trạm giảm áp PRU được truyền đến modul
GSM, cung cấp thông tin, cảnh báo sự cố cho người quản lý trạm ở xa bằng tin nhắn.
Đánh giá tính khả thi phương án 2:
Module có khả năng tích hợp với 2 loại công nghệ trạm giảm áp PRU CNG.
Sản phẩm mang tính công nghệ cao, sử dụng vi điều khiển đa năng, kết nối PLC qua
công nghệ Modbus giải quyết được vấn đề bài toán đặt ra. Do kết nối được cả 2 trạm
nên giá thành, chi phí đầu tư giảm đi còn một nửa, rất thuận tiện trong sản xuất hàng
loạt, bảo dưỡng sửa chữa.
1.5. Kết luận, đưa ra phương án giám sát, cảnh báo từ xa bằng module GSM
Với 2 phương án đưa ra ở trên. Tác giả đề tài thấy phương án 2 là khả thi nhất,
sản phẩm giải quyết được các vấn đề đặt ra:
- Về mặt công nghệ: Sản phẩm áp dụng được 2 công nghệ trạm giảm áp là
trạm PRU Enric, trạm PRU PLC.
- Khi module kết nối trạm PRU, sản phẩm có các đầu vào tương tự như cảm
biến áp suất, cảm biến nhiệt độ. Đầu ra là các rơ le như còi báo động, đèn báo, bật tắt
các thiết bị trong trạm. Các trạng thái của rơ le hoạt động được lập trình nạp vào vi
điều khiển theo quy trình công nghệ trạm giảm áp CNG.
- Với trạm PRU Enric là trạm có các thiết bị phần lớn là các thiết bị cơ khí. Vì
vậy trạm phải trang bị các tín hiệu cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, làm cơ sở đầu
vào bộ xử lý của Module. Đồng thời module GSM phải thể hiện được các trạng thái
của bài toán công nghệ trạm giảm áp CNG như đã trình bày.
- Với trạm PRU PLC, bài toán công nghệ được thể hiện trong chương trình
PLC. Sản phẩm kết nối bộ điều khiển logic khả trình PLC S7-200, thông qua giao
thức modbus, đường truyền RS-485. Với 10 cảm biến đầu vào, 8 trạng thái thiết bị
đầu ra, tất cả thông số trạng thái các biến trong PLC đều được mã hóa bằng bản tin
modbus, đóng gói, gửi dữ liệu xuống module GSM.
Module GSM có trách nhiệm giải mã bản tin modbus, thực hiện quá trình gửi
dữ liệu thông số khi người quản lý soạn tin nhắn yêu cầu, cảnh báo bằng tin nhắn,
thực hiện cuộc gọi khẩn cấp đến người quản lý khi có sự cố xảy ra.

- Giá thành: rẻ, chi phí đầu tư bằng một nửa. Không giới hạn số lượng cảm
biến .
- Độ tin cậy: hệ thống kiểm tra tình trạng thiết bị liên tục, thông báo cho người
quản lý bằng tin nhắn.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1
Trong chương 1, tác giả đã giới thiệu công nghệ khí nén thiên nhiên CNG cũng
như công nghệ trạm giảm áp PRU. Từ đó, tác giả trình bày 02 loại công nghệ trạm
giảm áp PRU Enric và PRU PLC, và nêu lên những khó khăn, bất cập trong công tác
quản lý thiết bị, xử lý sự cố từ xa đối với hai trạm này. Để khắc phục những vấn đề
bất cập trên, Tác giả đã đưa ra 02 giải pháp. Qua đó, tác giả đã so sánh, đánh giá khả
thi giữa các phương án. Và cuối cùng, tác giả lựa chọn ý tưởng thiết kế hệ thống giám
sát và cảnh báo từ xa cho các trạm giảm áp CNG sử dụng module GSM.

CHƯƠNG 2 - CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1. Các chuẩn truyền trong công nghiệp
Có 2 tiêu chuẩn phổ biến trong việc truyền dữ liệu nối tiếp: đó là chuẩn RS232
và chuẩn RS485.
Chuẩn RS232:
Việc truyền dữ liệu được thực hiện nhờ 3 dây TxD, RxD và mass. Tín hiệu
được truyền đi bằng cách: tín hiệu được so sánh với mass để phát hiện sự sai lệch.
Điều này khiến cho dữ liệu khó có thể khôi phục lại ở trạm phát. Một điều nữa là
chuẩn truyền RS232 chỉ được sử dụng để truyền tín hiệu giữa 2 trạm được kết nối
trực tiếp, việc mở rộng số lượng trạm sử dụng chuẩn truyền RS232 là không khả thi.
Một số đặc điểm của chuẩn truyền RS232 là khoảng cách truyền tối đa là 15m,
tốc độ truyền là 20Kbps, hỗ trợ kết nối điểm – điểm trên một mạng.
Nhược điểm của chuẩn truyền RS232 là tín hiệu không thể truyền đi xa, do
việc mất mát tín hiệu không thể phục hồi được, và việc kết nối theo chuẩn RS232 chỉ
được thực hiện giao tiếp giữa 2 thiết bị (point - to - point) nên hạn chế số lượng thiết
bị có trong mạng .
Chuẩn RS485:
Việc truyền dữ liệu được thực hiện trên 2 dây A,B. Chuẩn này truyền tín hiệu
theo phương pháp lấy vi sai cân bằng. Có nghĩa là tín hiệu truyền đi nhờ cả 2 dây. Và
dữ liệu nhận được được căn cứ theo sự sai lệch giữa 2 tín hiệu này .
Hình 2.1 trình bày rõ hơn về cách truyền dữ liệu theo chuẩn truyền RS485
Hình 2.1: Truyền dữ liệu theo chuẩn RS485.

2.2. Mạng truyền thông MODBUS
2.2.1. Khái niệm tổng quát về mạng truyền thông Modbus:
Khái niệm tổng quát:
Modbus là một giao thức mạng truyền dữ liệu theo kiểu nối tiếp. Nó hỗ trợ cả
2 chuẩn truyền RS232 và RS485. Việc truyền dữ liệu được thực hiện theo cơ chế 1
Master, nhiều Slave. (tham khảo mục [1])
Sơ đồ hình 2.2 trình bày sự tham chiếu giao thức modbus lên mô hình chuẩn
OSI. Theo đó thì giao thức modbus nằm ở lớp thứ 7, thứ 2, và thứ 1 của mô hình OSI.
Lớp thứ 7 này (lớp ứng dụng) giúp hỗ trợ phương thức truyền thông server/client giữa
các thiết bị kết nối trên bus hoặc trên mạng không dây. Lớp thứ 2 và lớp thứ 1 quy
định hình thức truyền dữ liệu theo kiểu nối tiếp và chuẩn truyền vật lý là EIA/TIA
–
Hình 2.2: Giao thức Modbus trong mô hình chuẩn OSI.
Giao thức modbus được sử dụng rộng rãi nhờ tính đơn giản, linh hoạt và đáng
tin cậy của nó. Nó có thể truyền dữ liệu rời rạc hoặc tương tự. Thế nhưng giao thức
modbus bị giới hạn bởi cách thức giao tiếp theo chuẩn RS485. Tốc độ truyền của
chuẩn này trong khoảng 0.010Mbps đến 0.115Mbps. Trong khi ngày nay, các mạng
hỗ trợ tốc độ truyền trong khoảng từ 5Mbps đến 16Mbps, thậm chí đối với các mạng
Ethernet nó còn cung cấp tốc độ truyền lên đến 100Mbps, 1Gbps và 10Gbps.
Phân loại: căn cứ vào cách thức truyền dữ liệu trong mạng, thì mạng Modbus
được chia làm 3 loại: Modbus RTU, Modbus ASCII và Modbus TCP/IP.

- Modbus RTU: dữ liệu được truyền trên bus nối tiếp. Dữ liệu được truyền
theo định dạng mã hexadecimal. Modbus RTU thường được sử dụng trong việc
truyền thông thông thường.
- Modbus ASCII: dữ liệu được truyền trên bus nối tiếp. Dữ liệu truyền được
định dạng dưới dạng mã ASCII. Modbus ASCII có ưu điểm là có thể dễ dàng để
người dùng hiểu được dữ liệu đang truyền. Thông thường thì giao thức Modbus
ASCII được sử dụng trong việc kiểm tra và giới thiệu cho giao thức mạng Modbus.
- Modbus TCP/IP: Dữ liệu có thể được truyền trên mạng LAN hoặc mạng ở
trên một khu vực rộng. Dữ liệu được định dạng theo mã hexadecimal.
Ứng dụng của giao thức modbus:
Modbus là một giao thức truyền thông mở, nó là phương pháp truyền thông
phổ biến nhật được sử dụng để kết nối các thiết bị điện tử công nghiệp.
Modbus thường được dùng để truyền các tín hiệu từ các thiết bị đo, thiết bị
điều khiển trở về bộ điều khiển chính hay hệ thống thu thập dữ liệu.
Mosbus thường dùng để kết nối máy tính giám sát với một thiết bị điều khiển
(RTU: remote terminal unit) trong hệ thống Scada (hệ thống điều khiển và thu thập
dữ liệu).
Modbus RTU làm việc:
Modbus truyền tin thông qua dây nối tiếp giữa các thiết bị. Cách cài đặt đơn giản nhất
là dùng 1 cáp nối tiếp kết nối giữa 2 port nối tiếp của 2 thiết bị master – slave.
Dữ liệu được truyền đi dưới dạng bit. Mỗi bit được thể hiện dưới dạng điện áp. Mức
0 ứng với điện áp dương và bit 1 ứng với điện áp âm. Các bit này được gửi với tốc
độ rất nhanh. Tốc độ truyền thông thường là 9600 baud.
Cấu trúc đoạn tin trong giao thức mạng Modbus thể hiển qua hình 2.3
Hình 2.3: Cấu trúc bản tin truyền mạng modbus.

Byte 1: address field
Có độ dài 1 byte. Byte này cung cấp địa chỉ của slave mà master sẽ tác động đến.
Trong cả đoạn tin yêu cầu gửi từ master và đoạn tin đáp ứng nhận từ slave thì byte
này có giá trị giống nhau. Mỗi một slave trong mạng có một địa chỉ modbus riêng
(địa chỉ được chọn trong khoảng từ 1 đến 247). Bằng cách này, sau 1 byte đầu tiên
mỗi một slave sẽ biết được nó có nhận đoạn tin hay không.
Byte 2: function field
Byte thứ 2 mà master gửi đi là function code (mã nhiệm vụ). Mã này giúp slave biết
được nhiệm vụ mà master muốn slave phải làm. Điểm đặc biệt của modbus là nó cung
cấp một bảng 2.1 mã hàm chung cho tất cả các thiết bị.
Bảng 2.1: Bảng mã hàm giao thức Modbus
Byte 3: Data field
Chức năng của khối dữ liệu: khối này thông thường chứa địa chỉ của các vùng
trên thiết bị slave mà master muốn tác động đến.
Trong giao thức mạng Modbus, thì có một tiêu chuẩn địa chỉ chung cho tất cả
các thiết bị có hỗ trợ giao thức Modbus. Có nghĩa là: chuẩn modbus quy định từng

vùng địa chỉ rõ ràng cho khối cuộn dây ngõ ra, khối ngõ vào rời rạc, khối thanh ghi
đầu vào và khối thanh ghi Holding.
Byte 4 Khối CRC (Cyclic Redundancy Check):
Chức năng: giúp Slave kiểm tra được có lỗi xuất hiện trong khung dữ liệu khi
master truyền xuống hay không. Mạng Modbus thực hiện việc kiểm tra lỗi theo 2
hình thức:
- Kiểm tra số lượng bit1, bit0 trong mỗi khung truyền, nhờ mã kiểm tra chẵn
lẻ (Parity bit).
- Kiểm tra nội dung của toàn bộ khung truyền xem có chính xác hay không.
Khi Master gửi khối dữ liệu xuống, nó sẽ dựa vào khung dữ liệu để tính mã CRC, sau
đó Master gửi khung dữ liệu đó xuống, kèm theo cả mã CRC vừa tính được. Khi
Slave nhận được khối tin truyền, nó cũng sẽ dựa vào khối dữ liệu nhận được, tính
toán độc lập lại mã CRC, sau đó nó kiểm tra CRC vừa tính được với CRC mà Master
gửi xuống. Nếu 2 mã CRC giống nhau, thì không có lỗi xảy ra . Nếu 2 mã CRC khác
nhau, tức là dữ liệu nhận được là không đúng, thì Salve sẽ báo lỗi lên cho Master .
2.2.2. Giới thiệu Modbus RTU trong PLC S7-200
Như ta đã biết PLC S7-200 là bộ điều khiển lôgic khả trình khá mạnh ứng
dụng rộng rãi trong các lĩnh vực tự động hóa quá trình sản xuất.
Với phần mềm lập trình cho PLC S7-200 là Step7 – Microwin, mạng truyền
thông modbus được hỗ trợ trong thư viện đi kèm, để phục vụ cho các thiết bị làm việc
qua giao thức modbus. (tham khảo mục [2])
Cấu trúc Modbus Master Protocol được thể hiện trên PLC S7-200 như sau:
Khi cổng kết nối trên PLC được sử dụng phục vụ cho truyền thông Modbus
Master thì cổng đó chỉ được sử dụng cho truyền thông Modbus.
Tất cả PLC S7-200 version phải từ 2.0 trở lên hoặc cao hơn mới hỗ trợ thư
viện cho truyền thông Modbus Master.
Cấu trúc Modbus Master bao gồm 3 chương trình con và 1 chương trình ngắt.
Địa chỉ Modbus Master bao gồm địa chỉ và mã lệnh gửi xuống thiết bị Slave
thể hiện qua bảng 2.2.

00001-09999 là các ngõ ra riêng biệt
10001-19999 là các ngõ vào riệng biệt
30001-39999 là các thanh ghi ngõ vào
40001-49999 là các thanh ghi holding
Bảng 2.2: Bảng địa chỉ modbus trong PLC Siemen S7-200
Để sử dụng truyền thông Modbus Master, ta thực hiện theo cấu trúc như sau:
Cấu hình thông số địa chỉ Modbus Master như hình 2.4 và các hàm lệnh sẽ
làm việc với thiết bị Slave qua hàm MBUS_CTRL. MBUS_CTRL thực hiện sau mỗi
vòng quét, sử dụng MBUS_CTRL để bắt đầu hay thay đỗi thông số truyền nhận.
Hình 2.4: Lệnh khởi tạo cấu hình Modbus PLC Siemen S7-200.
- Mode =1 đăng ký cổng giao tiếp trên PLC với giao thức Modbus.

- Thông số Parity: lựa chọn kiểu mã hóa đường truyền.
- Baud: Tốc độ đường truyền.
Cấu hình của một khung truyền Modbus qua cấu trúc MBUS_MSG như hình
2.5:
Hình 2.5: Lệnh cấu hình khung truyền bản tin Modbus PLC Siemen S7-200.
- Slave: Là địa chỉ của thiết bị Modbus Slave.
- RW: cấu hình của khung truyền tin xuống Slave nếu đọc là 0 hoặc ghi là 1.
- Addr: là địa chỉ bắt đầu truy cập dựa trên Modbus Address (Slave).
- Count: là số bit dữ liệu hoặc số word dữ liệu cần truy cập theo tính năng ghi hoặc
đọc đối với thiết bị.
- DataPtr: địa chỉ dữ liệu trên Modbus Master để truyền xuống Slave.
Để lập trình cấu hình cho các thông số trên phải định dạng dữ liệu các tham số
quy định trong bảng 2.3:

Bảng 2.3: Bảng kiểu dữ liệu cho thông số Modbus PLC Siemen S7-200
2.3. Tìm hiểu mạng GSM
SMS là từ viết tắt của Short Message Service. Đó là một công nghệ cho phép
gửi và nhận các tin nhắn giữa các điện thoại với nhau. SMS xuất hiện đầu tiên ở Châu
Âu vào năm 1992. Ở thời điểm đó, nó bao gồm cả các chuẩn về GSM (Global System
for Mobile Communication). Một thời gian sau đó, nó phát triển sang công nghệ
wireless như CDMA và TDMA. Các chuẩn GSM và SMS có nguồn gốc phát triển
bởi ETSI (European Telecommunication Standards Institute). Ngày nay 3GPP (Third
Generation Partnership Project) đang giữ vai trò kiểm soát về sự phát triển và duy trì
các chuẩn GSM và SMS.
Như chính tên đầy đủ của SMS là Short Message Service, dữ liệu có thể được
lưu giữ bởi một SMS là rất giới hạn. Một SMS có thể chứa tối đa là 140 byte (1120
bit) dữ liệu. Vì vậy, một SMS có thể chứa:
160 ký tự nếu mã hóa ký tự 7 bit được sử dụng (phù hợp với mã hóa các ký tự
latin như alphatet của tiếng Anh)
70 ký tự nếu như mã hóa ký tự 16 bit Unicode UCS2 được sử dụng (dùng cho
các ký tự không phải mã latin như chữ Trung Quốc…)
SMS dạng text hỗ trợ nhiều ngôn ngữ khác nhau. Nó có thể hoạt động tốt với
nhiều ngôn ngữ mà có hỗ trợ mã Unicode, bao gồm Arabic, Trung Quốc, Nhật Bản,
Hàn Quốc…
Cấu trúc một tin nhắn SMS

Nội dung của 1 tin nhắn SMS khi được gửi đi chia làm 5 phần như hình 2.6:
Hình 2.6: Cấu trúc của 1 tin nhắn SMS.
Instructions to air interface: chỉ thị dữ liệu kết nối với air interface (giao diện
không khí).
Instructions to SMSC: chỉ thị dữ liệu kết nối với trung tâm tin nhắn SMSC.
Instructions to handset: chỉ thị dữ liệu kết nối bắt tay
Instructions to SIM (optional): chỉ thị dữ liệu kết nối, nhận biết SIM.
Ưu điểm của SMS
- Tin nhắn có thể được gửi và đọc tại bất kỳ thời điểm nào.
- Tin nhắn SMS có thể được gửi tới các điện thoại dù chúng đang bị tắt nguồn.
- Ít gây phiền phức trong khi bạn vẫn có thể giữ liên lạc với người khác.
- Được sử dụng trên các điện thoại di động khác nhau và có thể gửi cùng mạng
hoặc khác mạng đều được.
- Phù hợp với các ứng dụng wireless sử dụng cùng với nó như: chức năng SMS
được hỗ trợ 100% bởi các điện thoại sử dụng công nghệ GSM; có thể gửi nhạc
chuông, hình ảnh…; hỗ trợ chi trả các dịch vụ trực tuyến download nhạc chuông.
2.4. Module SIM300CZ
Là module dùng để nhận và phát sóng GSM với thiết bị đầu cuối là máy tính
hoặc vi điều khiển thông qua cổng truyền USART (tham khảo mục [3]).

Hình 2.7: Hình ảnh module SIM300CZ.
2.4.1. Các đặc điểm chính của module SIM300CZ
Truyền phát sóng GSM
Tự động đặt tốc độ Baud
Tự động tắt khi quá nhiệt
Chức năng nhận thẻ SIM tự động
Có chế độ ngủ (Sleep) tiết kiệm năng lượng
Hình 2.8: 60 chân DIP cổng ra trên Module SIM300CZ

Bảng 2.4: Định nghĩa các chân của Module SIM300CZ

Yêu cầu cấp nguồn cho Module là 3.4 – 4.5V, dòng điện cực đại là 2A.
2.4.2. Tập lệnh AT của module Sim 300CZ
a. Các thuật ngữ
<CR>: Carriage return (Mã ASCII 0x0D). <LF>: Line Feed (Mã ASCII 0x0A).
MT: Mobile Terminal - Thiết bị đầu cuối mạng (trong trường hợp này là modem).
TE: Terminal Equipment - Thiết bị đầu cuối (máy tinh, hệ vi điều khiển).
b. Cú pháp lệnh AT
Khởi đầu lệnh: Tiền tố “AT” hoặc “at” Kết thúc lệnh: ký tự <CR>
Lệnh AT thường có một đáp ứng theo sau nó, đáp ứng có cấu trúc:
“<CR><LF><Response><CR><LF>”.
Khởi tạo cấu hình mặc định cho modem:

Hình 2.9: Các bước khởi tạo cấu hình mặc định giữa AVR và Module Sim300CZ.

Các bước khởi tạo trong hình 2.9 được trình bày chi tiết từng bước như sau:
(1) ATZ<CR>
Reset modem, kiểm tra modem dã hoạt động bình thường chưa. Gửi nhiều lần cho
đến khi nhận được chuỗi ATZ<CR><CR><LF>OK<CR><LF>.
(2) ATE0<CR>
Tắt chế độ echo lệnh. Chuỗi trả về có dạng
ATE0<CR><CR><LF>OK<CR><LF>.
(3) AT+CLIP=1<CR>
Định dạng chuỗi trả về khi nhận cuộc gọi. Thông thường, ở chế độ mặc định, khi có
cuộc gọi đến, chuỗi trả về sẽ có dạng:
<CR><LF>RING<CR><LF>
Sau khi lệnh AT+CLIP=1<CR> đã được thực thi, chuỗi trả về sẽ có dạng:
<CR><LF>RING<CR><LF>
<CR><LF>+CLIP: "0929047589",129,"",,"",0<CR><LF>
Chuỗi trả về có chứa thông tin về số điện thoại gọi đến. Thông tin này cho phép xác
định việc có nên nhận cuộc gọi hay từ chối cuộc gọi.
Kết thúc các thao tác khởi tạo cho quá trình nhận cuộc gọi. Các bước khởi tạo tiếp
theo liên quan đến các thao tác truyền nhận tin nhắn.
(4) AT&W<CR>
Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh ATE0 và AT+CLIP vào bộ nhớ.
(5) AT+CMGF=1<CR>
Thiết lập quá trình truyền nhận tin nhắn được thực hiện ở chế độ text (mặc định là ở
chế độ PDU). Chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR><LF>OK<CR><LF>
(6) AT+CNMI=2,0,0,0,0<CR>
Thiết lập chế độ thông báo cho TE khi MT nhận được tin nhắn mới.
Chuỗi trả về sẽ có dạng: <CR><LF>OK<CR><LF>
Sau khi lệnh trên được thiết lập, tin nhắn mới nhận được sẽ được lưu trong SIM, và
MT không truyền trở về TE bất cứ thông báo nào. TE sẽ đọc tin nhắn được lưu trong
SIM trong trường hợp cần thiết.

(7) AT+CSAS<CR>
Lưu cấu hình cài đặt được thiết lập bởi các lệnh AT+CMGF và AT+CNMI.
Thực hiện cuộc gọi:
Hình 2.10: Quá trình thực hiện cuộc gọi giữa AVR và Module Sim300CZ.

Quá trình thực hiện cuộc gọi qua hình 2.10 được thể hiện chi tiết từng bước
như sau:
(1) ATDxxxxxxxxxx;<CR>
Quay số cần gọi.
(2) Chuỗi trả về có dạng:
<CR><LF>OK<CR><LF>.
Chuỗi này thông báo lệnh trên đã được nhận và đang được thực thi. Sau đó là những
chuỗi thông báo kết quả quá trình kết nối (nếu như kết nối không được thực hiện
thành công).
(2A) Nếu MT không thực hiện được kết nối do sóng yếu, hoặc không có sóng (thử
bằng cách tháo antenna của modem GSM), chuỗi trả về sẽ có dạng:
<CR><LF>NO DIAL TONE<CR><LF>
(2B) Nếu cuộc gọi bị từ chối bởi người nhận cuộc gọi, hoặc số máy đang gọi tạm
thời không hoạt động (chẳng hạn như bị tắt máy) chuỗi trả về có dạng:
<CR><LF>NO CARRIER<CR><LF>
(2C) Nếu cuộc gọi không thể thiết lập được do máy nhận cuộc gọi đang bận (ví dụ
như đang thông thoại với một thuê bao khác), chuỗi trả về sẽ có dạng:
<CR><LF>BUSY<CR><LF> (4s)
Tổng thời gian từ lúc modem nhận lệnh cho đến lúc nhận được chuỗi trên thông
thường là 4 giây.
(2D) Nếu sau 1 phút mà thuê bao nhận cuộc gọi không bắt máy, chuỗi trả về sẽ có
dạng:
<CR><LF>NO ANSWER<CR><LF> (60s)
(3) Trong trường hợp quá trình thiết lập cuộc gọi diễn ra bình thường, không có
chuỗi thông báo nào (2A, 2B, 2C hay 2D) được trả về, và chuyển sang giai đoạn
thông thoại.
Quá trình kết thúc cuộc gọi được diễn ra trong hai trường hợp:
(4A) Đầu nhận cuộc gọi gác máy trước: chuỗi trả về sẽ có dạng:
<CR><LF>NO CARRIER<CR><LF>

(4B) Đầu thiết lập cuộc gọi gác máy trước: phải tiến hành gửi lệnh ATH, và chuỗi trả
về sẽ có dạng:
<CR><LF>OK<CR><LF>
Nhận tin nhắn:
Hình 2.11: Quá trình nhận tin nhắn giữa AVR và Module Sim300CZ

Mọi thao tác liên quan đến quá trình nhận tin nhắn đều được thực hiện trên 2
ngăn 1 và 2 của bộ nhớ nằm trong SIM trong hình 2.11:
(1) Đọc tin nhắn trong ngăn 1 bằng lệnh AT+CMGR=1.
(2A) Nếu ngăn 1 không chứa tin nhắn, chỉ có chuỗi sau được trả về:
<CR><LF>OK<CR><LF>
(2B) Nếu ngăn 1 có chứa tin nhắn, nội dung tin nhắn sẽ được gửi trả về TE với định
dạng như sau:
<CR><LF>+CMGR: "REC UNREAD","+84929047589",,"07/05/15,09:32:05+28"
<CR><LF>NỘI DUNG<CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>
Các tham số trong chuỗi trả về bao gồm trạng thái của tin nhắn (REC UNREAD), số
điện thoại gửi tin nhắn (+84929047589) và thời gian gửi tin nhắn
(07/05/15,09:32:05+28) và nội dung tin nhắn. Đây là định dạng mặc định của module
SIM300CZ lúc khởi động. dạng mở rộng có thể được thiết lập bằng cách sử dụng
lệnh AT+CSDH=1 trước khi thực hiện đọc tin nhắn.
(3) Sau khi đọc, tin nhắn được xóa đi bằng lệnh AT+CMGD=1.
Thao tác tương tự đối với tin nhắn chứa trong ngắn thứ 2 trong các bước 4, 5A (5B)
và 6.
Gửi tin nhắn:
Quá trình gửi tin nhắn thể hiện qua hình 2.12 được trình bày từng bước như
sau:
(1) Gửi tin nhắn đến thuê bao bằng cách sử dụng lệnh AT+CMGS=”số điện thoại”.
(2) Nếu lệnh (1) được thực hiện thành công, chuỗi trả về sẽ có dạng:
<CR><LF>> (kí tự “>” và 1 khoảng trắng).
(3) Gửi nội dung tin nhắn và kết thúc bằng kí tự có mã ASCII 0x1A.
(3A) Gửi kí tự ESC (mã ASCII là 27) nếu không muốn tiếp tục gửi tin nhắn nữa. Khi
đó TE sẽ gửi trả về chuỗi
<CR><LF>OK<CR><LF>.

Hình 2.12: Quá trình gửi tin nhắn giữa AVR và Module Sim300CZ
(4) Chuỗi trả về thông báo kết quả quá trình gửi tin nhắn. Chuỗi trả về có định dạng
như sau:
<CR><LF>+CMGS: 62<CR><LF>
<CR><LF>OK<CR><LF>

Trong đó 62 là một số tham chiếu cho tin nhắn đã được gửi. Sau mỗi tin nhắn được
gửi đi, giá trị của số tham chiếu này sẽ tăng lên 1 đơn vị. Số tham chiếu này có giả trị
nằm trong khoảng từ 0 đến 255. Thời gian gửi một tin nhắn vào khoảng 3-4 giây
(kiểm tra với mạng Mobi phone).
(4A) Nếu tình trạng sóng không cho phép thực hiện việc gửi tin nhắn (thử bằng cách
tháo antenna), hoặc chức năng RF của modem không được cho phép hoạt động (do
sử dụng các lệnh AT+CFUN=0 hoặc AT+CFUN=4), hoặc số tin nhắn trong hàng đợi
phía tổng đài vượt qua giới hạn cho phép, hoặc bộ nhớ chứa tin nhắn của MT nhận
được tin nhắn bị tràn, MT sẽ gửi thông báo lỗi trở về và có định dạng như sau:
<CR><LF>+CMS ERROR: 193<CR><LF>
<CR><LF>+CMS ERROR: 515<CR><LF>
Chức năng truyền nhận tin nhắn và chức năng thoại được tách biệt. Khi đang thông
thoại vẫn có thể truyền nhận được tin nhắn. Khi truyền nhận tin nhắn vẫn có thể tiến
hành thiết lập và kết thúc cuộc gọi.
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
Trong quá trình tìm hiểu để thiết kế hệ thống giám sát và cảnh báo từ xa trạm
giảm áp khí nén CNG, tác giả đã tìm hiểu truyền thông Modbus RTU cũng như chuẩn
truyền RS485, phần mềm lập trình PLC Siemens S7-200 về truyền thông Modbus.
Để nhận tín hiệu từ xa, tác giả đã tìm hiểu sóng GSM cũng như module SIM 300CZ
phân tích quá trình nhận, gửi tin nhắn cũng như thực hiện cuộc gọi. Với những kiến
thức cơ bản trên giúp tác giả nắm rõ nguyên lý hoạt động của từng thiết bị, thực hiện
các yêu cầu của đề tài đề ra.

CHƯƠNG 3 - THIẾT KẾ MÔ HÌNH GIÁM SÁT VÀ CẢNH BÁO TỪ XA
3.1. Mô hình giám sát cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG bằng
module GSM.
Hiện tại, với công nghệ trạm giảm áp khí nén CNG có 2 loại: PRU Enric và
PRU PLC. Để đảm bảo bài toán công nghệ đặt ra module có nhiệm vụ giám sát thông
số hoạt động. Cảnh báo từ xa thông qua cuộc gọi báo về điện thoại người quản lý
trạm cũng như tin nhắn báo trạng thái hoạt động được thể hiện qua hình 3.1.
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống giám sát và cảnh báo từ xa các trạm PRU.
- Với trạm PRU Enric là trạm cơ khí, không có bộ điều khiển xử lý, chỉ bao
gồm những tín hiệu điện rời rạc như cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ, còi báo
động. Đầu vào của Module GSM là tín hiệu cảm biến áp suất, cảm biến nhiệt độ 4-
20mA. Đầu ra là tín hiệu phục vụ cho các cơ cấu chấp hành như còi báo động áp suất,
bơm tuần hoàn gia nhiệt nước nóng, bộ gia nhiệt nước nóng.

- Với trạm PRU PLC là trạm có bộ điều khiển PLC S7-200, các tín hiệu điện
cũng như trạng thái của cơ cấu chấp hành đều nằm trong bài toán công nghệ được lập
trình nạp vào PLC. Module GSM kết nối PLC qua cổng kết nối RS485 bằng truyền
thông Modbus. Bộ điều khiển PLC có trách nhiệm thiết lập bản tin Modbus bao gồm
các dữ liệu phục vụ cho mục đích giám sát như đã trình bày ở trên. Module GSM có
trách nhiệm giải mã bản tin Modbus và thông báo cho người quản lý bằng cuộc gọi
hoặc tin nhắn gửi đến khi trạm có sự cố về áp suất hoặc khi người quản lý kiểm tra
tình trạng thiết bị bằng tin nhắn gửi đến module.
3.2. Module giám sát và cảnh báo GSM
3.2.1. Nhiệm vụ thiết kế
Thiết kế Module GSM giám sát và cảnh báo từ xa trạm giảm áp khí nén CNG:
Với nhiệm vụ trên thì Module GSM (tham khảo mục [4]) phải có chức năng như sau:
- Module cần phải có các đầu vào tương tự và đầu vào, ra số phục vụ cho trạm PLC
Enric.
- Module phải có khả năng giao tiếp với nhiều đối tượng theo một chuẩn giao tiếp
công nghiệp nào đó (Modbus, Frofilebus..). Cụ thể ở đây là truyền thông Modbus
RTU qua chuẩn truyền RS485.
- Với trạm PRU PLC có bộ điều khiển PLC S7-200, Module phải xử lý được bản tin
Modbus Master của PLC S7-200 truyền xuống Module.
- Module GSM cảnh báo bằng tin nhắn và cuộc gọi đến số điện thoại người quản lý
vận hành khi trạm có sự cố xảy ra.
- Module GSM thông báo tình hình thiết bị trên trạm khi người quản lý yêu cầu đến.
- Module GSM có tính năng nạp tiền, kiểm tra tài khoản, thay đổi số điện thoại cảnh
báo, thay đổi mật khẩu khi người quản lý hệ thống yêu cầu.

3.2.2 Sơ đồ khối Module giám sát, cảnh báo GSM
Hình 3.2: Sơ đồ khối Module giám sát, cảnh báo GSM.
Với sơ đồ khối Module giám sát trong hình 3.2 (tham khảo mục [4]) thì bộ xử
lý trung tâm, giao tiếp với cảm biến, module GSM, và các khối in, out là vi điều khiển
là AT MEGA 128L.
Cổng RS-485 giúp thiết bị có thể giao tiếp nhận dữ liệu bản tin Modbus từ
PLC Siemens S7-200 xuống bộ vi điều khiển AVR.
Thiết bị có bốn đầu vào tương tự, bốn đầu ra số có cách ly quang.
Module GSM 300CZ phục vụ cho việc gửi, nhận tin nhắn điện thoại hoặc tín
hiệu thực hiện cuộc gọi tới người quản lý khi AVR yêu cầu.
Các ngoại vi : LCD, LEDS phục vụ cho việc quan sát trạng thái.
PLC
S7-200

3.3. Các khối chức năng của Thiết bị
3.3.1 Khối nguồn cung cấp
Hình 3.3: Sơ đồ nguồn cung cấp cho AVR, SIM300CZ.
Thiết bị cần có 3 giá trị nguồn cung cấp là 5V; 3,3V và 4,2V.
Nguồn đầu vào của khối sử dụng adapter AC-DC (100 -:- 240 VAC - 9.5VDC,1A).
Sử dụng IC ổn áp LM2576 cho ra điện áp ổn định 5V.
Sử dụng IC ổn áp ASM1117 cho ra điện áp ổn định 3,3V.
Tụ C19 (1000uF/16V) có vai trò làm phẳng điện áp từ adapter.
Tụ C21 (1000uF/16V) giúp ổn định điện áp đầu ra 5V.
Tụ C244 (220uF/25V) giúp ổn định điện áp đầu ra 3,3V.
Tụ C20 (1000uF/16V) có vai trò bù điện tích khi moduld GSM hút dòng.
Sử dụng 2 Diode 1N4007 và 1N5822 cho ta điện áp đầu ra 4,2V.
Các Led thế hiện trạng thái các nguồn.
Với L= 100 uH. Ta có Vout=Vref (1+R2/R1) với Vref = 1,23v

3.3.2. Khối vi điều khiển
Hình 3.4: Khối vi điều khiển AT mega 128L.
Những điểm chú ý về Vi điều khiển AT MEGA 128L
Hình 3.5 Vi điều khiển AT mega 128L.
PEN
1
PE0 (RXD0/PDI)
2
PE1 (TXD0/PDO)
3
PE2 (XCK0/AIN0)
4
PE3 (OC3A/AIN1)
5
PE4 (OC3B/INT4)
6
PE5 (OC3C/INT5)
7
PE6 (T3/INT6)
8
PE7 (IC3/INT7)
9
PB0 (SS)
10
PB1 (SCK)
11
PB2 (MOSI)
12
PB3 (MISO)
13
PB4 (OC0)
14
PB5 (OC1A)
15
PB6 (OC1B)
16
PB7 (OC2/OC1C)
17
TOSC2/PG3
18
TOSC1/1PG4
19
RESET
20
VCC
21
GND
22
XTAL2
23
XTAL1
24
PD0 (SCL/INT0)
25
PD1 (SDA/INT1)
26
PD2 (RXD1/INT2)
27
PD3 (TXD1/INT3)
28
PD4 (IC1)
29
PD5 (XCK1)
30
PD6 (T1)
31
PD7 (T2)
32
PG0 (WR)
33
PG1 (RD)
34
PC0 (A8)
35
PC1 (A9)
36
PC2 (A10)
37
PC3 (A11)
38
PC4 (A12)
39
PC5 (A13)
40
PC6 (A14)
41
PC7 (A15)
42
PG2 (ALE)
43
PA7 (AD7)
44
PA6 (AD6)
45
PA5 (AD5)
46
PA4 (AD4)
47
PA3 (AD3)
48
PA2 (AD2)
49
PA1 (AD1)
50
PA0 (AD0)
51
VCC
52
GND
53
PF7 (ADC7/TDI)
54
PF6 (ADC6/TDO)
55
PF5 (ADC5/TMS)
56
PF4 (ADC4/TCK)
57
PF3 (ADC3)
58
PF2 (ADC2)
59
PF1 (ADC1)
60
PF0 (ADC0)
61
AREF
62
GND
63
AVCC
64
U5
Comment
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
ICSP
PE0
RESET
PB1
PE1
VCC
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
TOSC2
TOSC1
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
PD7
PE0
PE1
PE2
PE3
PE4
PE5
PE6
PE7
WR
RD
ALE
RESET
PEN
AREF
AVCC
VCC
VCC
PF0
PF1
PF2
PF3
PF4
PF5
PF6
PF7
PC3
PC1
PA7
PA6
PA5
PA4
PA3
PA2
PA1
PA0
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT3
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT1
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT2
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT4
Header 8X2
GND
1K
RCPU
Res3
VCC
10K
R15x
VCC
10uF
C24
SW2
SW-PB
RESET
PEN PE0
PE1 PE2
PE3 PE4
PE5 PE6
PE7 PB0
PB1 PB2
PB3 PB4
PB5 PB6
PB7 TOSC2
TOSC1 RESET
VCC
PD2
PD4
PD6
XTA1
PD0
GND
XTA2
PD1
PD3
PD5
PD7
AVCC
AREF
PF1
PF3
PF5
PF7
VCC
PA1
GND
PF0
PF2
PF4
PF6
GND
PA0
PA2
PA3
PA5
PA7
PC7
PC5
PC3
PC1
RD
PA4
PA6
ALE
PC6
PC4
PC2
PC0
WR
22pF
C22
1
2
CRY
22pF
C23
PC0
PC2
PC4
PC5
PC6
PC7
DCU
LED3
470
RCU
Res3
GND
VCC

Tụ điện C22 C23 giá trị 22pF theo khuyên dùng của nhà sản xuất.
Trở RCPU, R15x là trở treo có giá trị 1K-10K.
Trở RCU giá trị theo độ sang led 10mA: R=(U-Vdiode)/I=(5-0.7)/0.01=430 (ohm)
Hình 3.6: Cấu trúc vi điều khiển AVR.
-ROM : 128 Kbytes
-SRAM: 4Kbytes
-EEPROM : 4Kbytes
-64 thanh ghi I/O
-160 thanh ghi vào ra mở rộng
-32 thanh ghi đa mục đích

- 02 bộ định thời 8 bit (0,2)
- Bộ dao động nội RC tần số 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz, 8 MHz.
- ADC 8 kênh với độ phân giải 10 bit
- Bộ so sánh tương tự có thể lựa chọn ngõ vào
- 2 khối USART lập trình được
- Khối truyền nhận nối tiếp SPI
- Khối giao tiếp nối tiếp 2 dây TWI
- 2 kênh PWM 8 bit
- 6 kênh PWM có thể lập trình thay đổi độ phân giải
- Hỗ trợ boot loader
- 6 chế độ tiết kiệm năng lượng
- Lựa chọn tần số hoạt động bằng phần mềm
- Tần số hoạt động tối đa 16MHz
- Giải điện áp làm việc rộng: 1,8V – 5,5V
Vai trò của Vi điều khiển AT MEGA 128L trong hình 3.14
- ATmega 128L sử dụng khối ADC trong để đọc tín hiệu tương tự đầu vào (4 kênh).
- ATmega 128L sử dụng các chân vào ra cho mục đích điều khiển vào ra số và điều
khiển đầu ra cách ly quang (4 kênh) bật tắt các thiết bị chấp hành, giao tiếp LCD…
- ATmega 128L sử dụng giao tiếp USART để giao tiếp với máy tính, module GSM
SIM 300CZ và IC Max 485 để giải mã bản tin Modbus Master từ PLC Siemens S7-
200 truyền xuống.

3.3.3. Khối module GSM SIM300CZ
Hình 3.7: Khối module GSM SIM300CZ.
Các giá trị điện trở là để đèn led sáng khoảng 10mA.
R1, R4, R9 tính theo R=(U-Vdiode-VAK)/I=(5-0.7-1)/0.01=330(ohm)
Các tụ lắp theo Data sheet.
Các đèn Led NETWORK, STATUS, RI để báo trạng thái hoạt động của module
Sim300CZ.
Những đặc điểm về module GSM SIM300CZ

Hình 3.8: Module GSM SIM 300CZ.
Module GSM SIM300CZ hỗ trợ tập lệnh AT đầy đủ cho GSM và GPRS.
Nguồn cung cấp cho SIM300CZ từ 3,4V đến 4,5V.
Khởi động SIM300CZ có hai cách:
+) Giữ chân PWRKEY ở mức logic thấp trong một khoảng thời gian.
+) SIM300CZ có thể hẹn giờ khởi động bằng lệnh: AT+CALARM.
Dừng hoạt động module SIM300CZ có 4 trường hợp:
+) Giữ chân PWRKEY ở mức logic thấp trong một khoảng thời gian.

+) Dừng hoạt động module SIM300CZ bằng lệnh: AT + CPOWD=1.
+) Module SIM300CZ dừng hoạt động khi nguồn cung cấp giảm xuống dưới 3,5V.
+) Module SIM300CZ sẽ dừng hoạt động khi nhiệt độ tăng lên quá 80oC hoặc giảm
xuống dưới -30 C.
Có thể khởi động lại module SIM300CZ bằng cách sử dụng chân PWRKEY
SIM300CZ hỗ trợ chế độ cung cấp nguồn bằng pin xạc
SIM300CZ có chế độ SLEEP cho phép tiết kiệm năng lượng tiêu thụ.
SIM300CZ hỗ trợ hai cổng giao tiếp nối tiếp với nhiều tốc độ.
SIM300CZ hỗ trợ ghép nối Audio bao gồm Speaker, Microphone, Alarm…

Hình 3.9 Sơ đồ ghép nối Sim300CZ với speaker, microphone.
Vai trò của module GSM SIM300CZ trong Module
Module GSM SIM300CZ được ghép nối với Vi điều khiển AT mega 128L để
phục vụ cho giải pháp gửi tin nhắn thông báo, cũng như giám sát chế độ vận hành
thiết bị trạm cho người quản lý.
Để thực hiện cuộc gọi, tin nhắn đến số điện thoại người quản lý, vi điều khiển
AT MEGA 128L đưa ra các lệnh AT đến module SIM300CZ:
- AT OK
- Lệnh này để khởi tạo SIM300CZ, nếu SIM300CZ trả lại có nghĩa
đã sẵn sàng giao tiếp.
- AT+CMGS=”số điện thoại”: gửi tin nhắn đến số điện thoại người quản lý.

- ATDxxxxxxxxxx;<CR> thực hiện cuộc gọi đến số điện thoại người quản lý
- Để kiểm tra Module Sim có tin nhắn như yêu cầu kiểm tra số liệu, thay đổi mật khẩu,
kiểm tra tin nhắn Module, nạp tiền cho Module từ người quản lý hay thay đổi số điện
thoại cảnh báo, thì vi điều khiển AT MEGA 128L gửi các tập lệnh AT sau để xử lý
tin nhắn gửi đến như sau:
- AT + CMGR =1 Lệnh này đọc tin nhắn trên ngăn 1 của bộ nhớ SIM
- AT+ CMGD = 1 Lệnh này xóa tin nhắn, sau khi đọc xong.
- Cứ mỗi lần gửi mã lệnh AT lên Module Sim, nếu thành công Module Sim cũng trả
về cú pháp để xác nhận <CR><LF>OK<CR><LF>
3.3.4. Khối giao tiếp RS-485
Hình 3.10 Khối giao tiếp RS-485.
Sử dụng IC 74HC126 làm nhiệm vụ chọn giao tiếp với máy tính hay MAX485.
Điện trở R485=120 (ohm) theo datasheet.
Vai trò của khối giao tiếp RS485
- Thông qua khối giao tiếp RS-485 trong hình 3.10 có nhiệm vụ giao tiếp với PLC
S7-200 cụ thể là nhận bản tin Modbus Master truyền xuống thông qua chuẩn truyền
RS485 theo quy định của giao thức Modbus. Từ đó làm cơ sở để vi điều khiển AVR
xử lý nội dung và thực hiện theo nội dung đó.
3.3.5. Khối hiển thị LCD

Hình 3.11: Khối hiển thị LCD.
LCD ở trong hình 3.11 cho thấy LCD dùng ở chế độ 4bit tức là sẽ tiết kiệm số chân
giao tiếp với vi điều khiển AVR.
Những nét chính về LCD 16x2 : được trình bày ở bảng 3.1
Bảng 3.1: Chức năng các chân LCD
Chân chọn thanh ghi RS (Register Select):
Chân RS(Register Select) được dùng để chọn 1 trong 2 thanh ghi, như sau:
Nếu RS = 0 thì thanh ghi mà lệnh được chọn để cho phép người dùng gửi một lệnh
chẳng hạn như xoá màn hình, đưa con trỏ về đầu dòng v.v…
Nếu RS = 1 thì thanh ghi dữ liệu được chọn cho phép người dùng gửi dữ liệu
cần hiển thị trên LCD.

Chân đọc/ghi (R/W): Đầu vào đọc/ghi cho phép người dùng ghi thông tin lên
LCD khi R/W = 0 hoặc đọc thông tin từ nó khi R/W = 1.
Chân cho phép E (Enable): Chân cho phép E được sử dụng bởi LCD để chốt
dữ liệu của nó. Khi dữ liệu được cấp đến chân dữ liệu thì một xung mức cao xuống
thấp phải được áp đến chân này để LCD chốt dữ liệu trên các chân dữ liêu. Xung này
phải rộng tối thiểu là 450ns.
Chân D0 - D7: Đây là 8 chân dữ liệu 8 bít, được dùng để gửi thông tin lên
LCD hoặc đọc nội dung của các thanh ghi trong LCD. Khi chúng ta gửi các mã ASCII
của các chữ cái từ A đến Z, a đến f và các con số từ 0 - 9 đến các chân này khi bật
RS = 1 thì sẽ hiển thị các chữ cái và các con số,
Chú ý: Chúng ta cũng sử dụng RS = 0 để kiểm tra bít cờ bận để xem LCD có
sẵn sàng nhận thông tin chưa. Cờ bận là bít D7 và có thể được đọc khi R/W = 1 và
RS = 0 như sau:
Nếu R/W = 1, RS = 0 khi D7 = 1 (cờ bận 1) thì LCD bận bởi các công việc
bên trong và sẽ không nhận bất kỳ thông tin mới nào. Khi D7 = 0 thì LCD sẵn sàng
nhận thông tin mới. Vì thế, chúng ta nên kiểm tra cờ bận trước khi ghi bất kỳ dữ liệu
nào lên LCD.
Vai trò của khối LCD trong mô hình
LCD 16x2 được ghép với Vi điều khiển theo PortC.
LCD có vai trò hiện thị trạng thái hoạt động của thiết bị, trạng thái cảm biến và trạng
thái quá trình gửi và nhận tin nhắn từ vi điều khiển AVR.
3.3.6. Khối đầu vào tương tự

Hình 3.12: Khối đầu vào tương tự.
Thiết bị có bốn đầu vào tương tự, sử dụng bộ chuyển đổi ADC 10 bit tích hợp bên
trong Vi điều khiển AT mega 128L.
Mỗi đầu vào tương tự trong hình 3.12 có dùng Opam 777 để lặp tín hiệu và bảo vệ
giá trị đầu vào cho ADC. Ý nghĩa: chuyển đổi các tín hiệu áp suất các giai đoạn thành
tín hiệu số, làm cơ sở để AVR xử lý dữ liệu.
3.3.7. Khối đầu ra cách ly quang
Hình 3.13: Khối đầu ra cách ly quang.
Thiết bị sử dụng IC PC817 cách ly quang (điện áp CE max là 35V) như trong hình
3.13.

Các điện trở R20, R21 chọn để khi đầu ra số AD về 0 thì có dòng chạy qua
diode quang và dòng chạy qua led báo hiệu DS1 xấp xỉ khoảng 10mA, các điện trở
này chọn theo công thức I=(Vcc-Vdiode)/R=(5-0.7)/R
Điện trở R22 và R23 chọn theo tỉ lệ R22/R23 xấp xỉ 0 để khi diode quang
thông thì điện áp ra ở vị trí D_OUT xấp xỉ 0.
Nguyên lý hoạt động:
+) Khi chân điều khiển ở mức 0 thì Led sáng, CE dẫn, đầu ra mức 0.
+) Khi chân điều khiển ở mức logic 1 thì Led không sáng, CE không dẫn, đẩu ra mức
1. Thiết bị có bốn đầu ra cách ly quang phục vụ cho điều khiển.
3.3.8. Khối đầu vào/ra số
Thiết bị có mười sáu đầu vào/ra số thực chất là các chân vào ra của Vi điều khiển như
hình 3.4.
Các đầu vào ra số này được sử dụng với các trạm như PRU ENRIC bổ sung các tín
hiệu vào, ra số như còi, bật tắt bơm tuần hoàn dự phòng, đóng mở SDV dừng khẩn
cấp .v.v.
3.4. Sơ đồ nguyên lý đầy đủ của thiết bị giám sát, cảnh báo GSM

Hình 3.14: Khối CPU (Chân đế cho vi điều khiển)
PEN
1
PE0 (RXD0/PDI)
2
PE1 (TXD0/PDO)
3
PE2 (XCK0/AIN0)
4
PE3 (OC3A/AIN1)
5
PE4 (OC3B/INT4)
6
PE5 (OC3C/INT5)
7
PE6 (T3/INT6)
8
PE7 (IC3/INT7)
9
PB0 (SS)
10
PB1 (SCK)
11
PB2 (MOSI)
12
PB3 (MISO)
13
PB4 (OC0)
14
PB5 (OC1A)
15
PB6 (OC1B)
16
PB7 (OC2/OC1C)
17
TOSC2/PG3
18
TOSC1/1PG4
19
RESET
20
VCC
21
GND
22
XTAL2
23
XTAL1
24
PD0 (SCL/INT0)
25
PD1 (SDA/INT1)
26
PD2 (RXD1/INT2)
27
PD3 (TXD1/INT3)
28
PD4 (IC1)
29
PD5 (XCK1)
30
PD6 (T1)
31
PD7 (T2)
32
PG0 (WR)
33
PG1 (RD)
34
PC0 (A8)
35
PC1 (A9)
36
PC2 (A10)
37
PC3 (A11)
38
PC4 (A12)
39
PC5 (A13)
40
PC6 (A14)
41
PC7 (A15)
42
PG2 (ALE)
43
PA7 (AD7)
44
PA6 (AD6)
45
PA5 (AD5)
46
PA4 (AD4)
47
PA3 (AD3)
48
PA2 (AD2)
49
PA1 (AD1)
50
PA0 (AD0)
51
VCC
52
GND
53
PF7 (ADC7/TDI)
54
PF6 (ADC6/TDO)
55
PF5 (ADC5/TMS)
56
PF4 (ADC4/TCK)
57
PF3 (ADC3)
58
PF2 (ADC2)
59
PF1 (ADC1)
60
PF0 (ADC0)
61
AREF
62
GND
63
AVCC
64
U5
Comment
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
ICSP
PE0
RESET
PB1
PE1
VCC
PB0
PB1
PB2
PB3
PB4
PB5
PB6
PB7
TOSC2
TOSC1
PD0
PD1
PD2
PD3
PD4
PD5
PD6
PD7
PE0
PE1
PE2
PE3
PE4
PE5
PE6
PE7
WR
RD
ALE
RESET
PEN
AREF
AVCC
VCC
VCC
PF0
PF1
PF2
PF3
PF4
PF5
PF6
PF7
PC3
PC1
PA7
PA6
PA5
PA4
PA3
PA2
PA1
PA0
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT3
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT1
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT2
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT4
Header 8X2
GND
1K
RCPU
Res3
VCC
10K
R15x
VCC
10uF
C24
SW2
SW-PB
RESET
PEN PE0
PE1 PE2
PE3 PE4
PE5 PE6
PE7 PB0
PB1 PB2
PB3 PB4
PB5 PB6
PB7 TOSC2
TOSC1 RESET
VCC
PD2
PD4
PD6
XTA1
PD0
GND
XTA2
PD1
PD3
PD5
PD7
AVCC
AREF
PF1
PF3
PF5
PF7
VCC
PA1
GND
PF0
PF2
PF4
PF6
GND
PA0
PA2
PA3
PA5
PA7
PC7
PC5
PC3
PC1
RD
PA4
PA6
ALE
PC6
PC4
PC2
PC0
WR
22pF
C22
1
2
CRY
22pF
C23
PC0
PC2
PC4
PC5
PC6
PC7
DCU
LED3
470
RCU
Res3
GND
VCC

Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý thiết bị
IN
3
1
OUT
2
ADJ
ASM1117
X
1
Y
2
P
1000uF
C19
VCCSIM
D3
1N
4007
330
R12
LED
1000uF
C21
D5 1N
5822
100uH
L_F
IN
A
1
K
3
D7
1N
5822
FB 4
ON/OFF
5
GND
3
IN
1
OUT
2
LM2576
LM2576HVT-5.0
RX
_SIMC
TX_SI RTS
C
CTSC DTRC
RIC
ON/OFFC
PC03
PC13
PC23
PC43
PC53
PC63
PC73
DAC3
DAC2
DAC1 DAC0
ADC3
ADC2
ADC1
ADC0
S1
SW-SPST
GND
5V
GND
5V
GND
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT3
Header 8X2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT4
Header 8X2
PF1
PF3
VCC
PA13
GND
PF0
PF2
PF43
PF63
GND
PA03
PA23
PA33
PA53
PA73
PC73
PC53
PC33
PC13
PG1
PA43
PA63
ALE
PC63
PC43
PC23
PC03
PG0
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT1
Header 8X
2
1 2
3 4
5 6
7 8
9 10
11 12
13 14
15 16
PORT2
Header 8X
2
IN
T7 SS
SCK MOSI
MISO PB43
ENB
PG3
PG4
VCC
RX
IN
T0
GND
IN
T1
TX
PB73
5V
120
R485
1
2
3
PORT485
ENB
RX
_M
TX_M
B
2
3
4
VCC 8
1 6
7
GND
5
D
R
A
B
MAX485
MAX485CSA
AVCC
1000uF
C20
220uF
C244
330
R13
LED1
VCC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
LCD
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
keypad
Header 10
PA03
PA13
PA23
PA33
PA43
PA53
PA63
PA73
VCC
GND
OE1
1
A1
2
Y1
3
GND
7
VCC
14
OE2
4
A2
5 Y2 6
OE3
10
A3
9 Y3 8
Y4
11
A4
12
OE4
13
3_STA
TE
DM74LS126AM
VCC
ENB
RX
_MB
GND
PD73
PD63
PB63
PB53
AREF3
PF53
PF73
TX RX
_PC
TX_M
B
PD73
PD63
PD53
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
74LS08
AND_G
ATE
PA03
PA13
PA23
VCC
PA33
IN
T7
PD53
DCD
C
NET_SIM
SIM_C
104
C32
104
C33
104
C34
GND
VCC
5V
5V
2
3
1
S_S
SW-SPDT
TX_SI
RX
_SI
RTS
C
CTS
C
DTRC
DCD
C
RIC
ON/OFFC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
J-CO
M-SIM
VCCSIM
104
C35
104
C36
104
C37
GND
VCCSIM
Khoi CPU
Khoi phim mo rong
Khoi hien thi
Khoi RS485
Khoi RS-232
Khoi nguon Khoi giao tiep Module GSM
TX_PC
ALE
1uF
C26
1uF C27
TX_PC
1
2
3
4
5
6
7
8
9
11
10
CO
M
D Connector 9
5V
1uF
C29
C1+
1
VDD
2
C1-
3
C2+
4
C2-
5
VEE 6
T2O
UT 7
R2IN
8
R2OUT
9
T2IN
10
T1IN
11
R1OUT
12
R1IN
13
T1O
UT
14
GND
15
VCC 16
MAX232
MAX232ACSE
GND
1uF C28
104
C30
RX
_PC
RX

Hình 3.16: Mạch Layout của Module GSM
3.5. Hệ thống điện điều khiển trạm PRU PLC
- Trạm PRU PLC có tín hiệu cảm biến và trạng thái cơ cấu chấp hành như sau:
- 06 tín hiệu cảm biến áp suất.
- 02 tín hiệu cảm biến nhiệt độ.
- 2 tín hiệu cơ cấu chấp hành SDV.
- 2 tín hiệu cơ cấu chấp hành bơm tuần hoàn.
- 2 tín hiệu hoạt động của lò đốt gia nhiệt nước nóng.
- 1 tín hiệu báo động khi trạm có sự cố về áp suất các giai đoạn.
- PLC S7-200 có nhiệm vụ thiết lập thiết bị trở thành Modbus Master để truyền dữ liệu
các thông số, tín hiệu của PLC xuống Module GSM qua đường truyền RS 485.

Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụn Module GSM.pdf

Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụn Module GSM.pdf

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụn Module GSM.pdf

Similar to Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụn Module GSM.pdf (20)

More from Man_Ebook

More from Man_Ebook (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (20)

Giám sát và cảnh báo từ xa cho trạm giảm áp khí nén CNG sử dụn Module GSM.pdf