Chương 2: Các bus tiêu biểu của hệ thống mạng SIMATICNET

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

Ch­¬ng 2 CÁC BUS TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG MẠNG SIMATICNET

1. Tæng quan chung vÒ m¹ng Simatic

Trong m¹ng Simatic, ®· ®­a c¸c gi¶i ph¸p cho m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp nh­: Profibus, Ethernet, AS-i... nh»m kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ tr ­êng víi c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn , c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ c¸c thiÕt bÞ ë cÊp qu¶n lÝ

Tuú theo ph ­¬ng ph¸p tÝch hîp mµ cã thÓ ® ­a ra c¸c lùa chän phÇn

cøng còng nh­ phÇn mÒm t­¬ng øng.

Ch­¬ng nµy tr×nh bµy vÒ c¸c giao thøc chÝnh ® ­îc dïng trong Simatic, ­¬ng ph¸p ghÐp nèi ® ­îc tr×nh bµy trong

Ethernet (Ethernet, IEEE 802.3)

Profibus

AS - i

phÇn thiÕt bÞ phÇn cøng vµ ph ch­¬ng 5

H×nh 2.0. Ph©n tÇng c¸c m¹ng ®iÓn h×nh trong Simatic -net

H×nh sau lµ cÊu tróc ph©n tÇng ®iÓn h×nh trong Simatic-net

2. AS-i (Actuator Sensor Interface)

§©y lµ s¶n phÈm cña 11 h·ng s¶n xuÊt sensor vµ c¬ cÊu chÊp hµnh næi

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 21

tiÕng trªn thÕ giíi nh ­: Siemens AG, Festo KG...§©y lµ hÖ thèng Bus tr­êng dïng cho giao tiÕp gi÷a c¸c thiÕt bÞ ë cÊp hiÖn tr­êng víi c¸c thiÕt bÞ trong cÊp ®iÒu khiÓn. §Æc tÝnh kü thuËt chÝnh cña AS-i lµ: - TruyÒn tÝn hiÖu cïng nguån nu«i - Cho phÐp thùc hiÖn cÊu tróc m¹ng d¹ng Bus còng nh­ h×nh sao - C¸c thµnh phÇn giao diÖn m¹ng cã thÓ thùc hiÖn víi gi¸ thµnh thÊp

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET 2.1. KiÕn tróc giao thøc

Giao thøc trong AS-i ph¶n ho¹t ®éng cña c¸c bé ®iÒu khiÓn víi c¸c thiÕt bÞ tr ­êng. §Ó n©ng cao hiªu suÊt vµ ®¬n gi¶n ho¸ trong xö lÝ, toµn bé viÖc xö lÝ giao thøc ®­îc thùc hiÖn ë líp 1 trong m« h×nh OSI. Ph­¬ng ph¸p truy cÊp Bus lµ Master/Slave 2.2. CÊu tróc m¹ng, c¸p truyÒn vµ c¬ chÕ giao tiÕp

CÊu tróc m¹ng trong AS-i lµ d¹ng Bus hoÆc h×nh sao, ®Æc tr­ng cña AS-

i lµ kh«ng sö dông trë ®Çu cuèi.

ChiÒu dµi tæng céng tèi ®a lµ 100m, tÊt nhiªn nÕu muèn dïng víi kho¶ng c¸ch lín h¬n ph¶i sö dông bé lÆp. Sè l ­îng tr¹m tèi ®a trong mét m¹ng lµ 31 tøc cã thÓ qu¶n lÝ tèi ®a lµ 124 S/A, tèc ®é truyÒn quy ®Þnh lµ 167kB/s

Trong s¶n phÈm cña Siemens module giao diÖn AS-i Master trong S7-

300 lµ CP 342-2, module nµy cã thÓ ® ­îc nèi víi c¸c Module thô ®éng ®Ó nèi víi c¸c A/S

C¬ chÕ giao tiÕp trong AS-i dùa trªn c¸c yªu cÇu vµ tr¶ lêi. Tr¹m chñ cã

thÓ hái tuÇn tù ®Ó c¸c tr¹m tí tr¶ lêi hoÆc còng cã thÓ hái c¸c tr¹m tí theo c¬ chÕ ®Þnh ®Þa chØ 2.3. CÊu tróc khung truyÒn

Môc ®Ých cña ®Þnh d¹ng khung truyÒn lµ ®Ó gióp bªn nhËn x¸c ®Þnh ®­îc thêi ®iÓm b¾t ®Çu, kÕt thóc mét b¶n tin còng nh ­ göi kÌm c¸c th«ng tin vÒ söa sai lçi

P Stop

I4

I3

I2

I1

I0

Khung truyÒn yªu cÇu d÷ liÖu tõ tr¹m chñ trong AS-i cã chiÒu dµi lµ 14 bÝt cßn khung tr¶ lêi tõ c¸c tr¹m tí cã chiÒu dai lµ 7 bÝt, minh ho¹ trªn h×nh sau: Start CB A4 A3 A2 A1 A0

H×nh 2.1. CÊu tróc khung yªu cÇu d÷ liÖu

STT Ký hiÖu M« t¶

1 Start

®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù khëi ®Çu cña khung truyÒn, nã cã gi¸ trÞ lµ 0 Lµ bit ®iÒu khiÓn

I0 - I4 P Stop

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 22

2 CB 3 A0 - A4 Lµ c¸c bÝt dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®Þa chØ tr¹m tí C¸c bÝt x¸c ®Þnh th«ng tin yªu cÇu tr¹m tí 4 BÝt kiÓm tra ch½n lÎ 5 ®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù kÕt thóc cña khung truyÒn, nã cã 6 gi¸ trÞ lµ 1

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

B¶ng 2.0. ý nghÜa cña c¸c bÝt trong khung yªu cÇu

CÊu tróc khung tr¶ lêi tõ tr¹m tí tr×nh bµy trªn h×nh sau:

Start S3 S2 S1 S0 P Stop

H×nh 2.2. CÊu tróc khung tr¶ lêi

ý nghÜa c¸c bÝt trong khung ®­îc tr×nh bµy trªn h×nh sau: STT Ký hiÖu Start 1

2 3 4 S0 - S3 P Stop

M« t¶ ®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù khëi ®Çu cña khung truyÒn, nã cã gi¸ trÞ lµ 0 Th«ng tin tr¶ lêi vÒ tr¹m chñ BÝt kiÓm tra ch½n lÎ ®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù kÕt thóc cña khung truyÒn, nã cã gi¸ trÞ lµ 1

B¶ng 2.1. ý nghÜa cña c¸c bÝt trong khung tr¶ lêi

3. Profibus (Process Field Bus)

Lµ hÖ thèng Bus tr ­êng ®­îc ph¸t triÓn t¹i §øc n¨m 1987 vµ thµnh

chuÈn EIC 61158 n¨m 2000.

Víi môc ®Ých qu¶ng b¸ còng nh ­ hç trî viÖc ph¸t triÓn vµ øng dông

c¸c s¶n phÈm t ­¬ng thÝch Profibus, mét tæ chøc ng ­êi sö dông ®· ® ­îc thµnh lËp mang tªn Profibus International víi h¬n 1000 thµnh viªn.

Ngµy nay Profibus lµ hÖ thèng Bus tr ­êng hµng ®Çu thÕ giíi víi h¬n

20% thÞ phÇn víi h¬n 5 triÖu thiÕt bÞ l¾p ®Æt trong kho¶ng 500.000 øng dông. Profibus ®ang ® ­îc coi lµ gi¶i ph¸p chuÈn, tin cËy trong nhiÒu øng dông ®Æc biÖt lµ trong c¸c øng dông cã yªu cÇu cao vÒ tÝnh n¨ng thêi gian thùc.

HÖ thèng Bus nµy ® ­îc øng dông ®Ó kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ tr ­êng víi c¸c thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t. §©y lµ hÖ thèng Bus nhiÒu chñ (MultiCast) cho phÐp c¸c thiÕt bÞ vµo/ra ph©n t¸n, c¸c thiÕt bÞ ®o th«ng minh, thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn... nèi vµo cïng mét ®­êng Bus.

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 23

C¸c tr¹m chñ (th ­êng lµ c¸c PC, PLC) ® ­îc quyÒn kiÓm so¸t truyÒn th«ng trªn Bus, c¸c tr¹m tí (th­êng lµ c¸c Module vµo/ra ph©n t¸n, c¸c thiÕt bÞ ®o th«ng minh...) kh«ng ®­îc phÐp truy nhËp Bus, mµ chØ ®­îc x¸c nhËn hoÆc tr¶ lêi c¸c yªu cÇu tõ tr¹m chñ.

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

Profibus gåm 3 lo¹i t ­¬ng thÝch víi nhau: Profibus – FMS, Profibus – DP vµ Profibus – PA. Profibus – FMS ® ­îc dïng chñ yÕu trong viÖc nèi m¹ng c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn vµ cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t. Profibuss – DP ®­îc dïng ®Ó kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ tr ­êng víi c¸c m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn, cßn Profibus – PA ® ­îc sö dông trong c¸c lÜnh vùc tù ®éng ho¸ c¸c qu¸ tr×nh cã m«i tr­êng dÔ ch¸y næ. 3.1. CÊu tróc giao thøc Profibus

Profibus - FMS

Profibus - DP Profibus- PA

Fieldbus Message Specification

Fieldbus Data Link (FDL)

Líp 7 Líp 3 – 6 Líp 2 Líp 1 IEC 1158-2

RS-48S/ C¸p quang H×nh 2.3 KiÕn tróc giao thøc Profibus

Profibus DP vµ PA chØ thùc hiÖn líp 1 vµ 2 nh»m tèi ­u ho¸ viÖc trao ®æi d÷ liÖu qu¸ tr×nh gi÷a cÊp ®iÒu khiÓn vµ cÊp chÊp hµnh. - Líp FMS (víi Profibus – FMS) m« t¶ c¸c ®èi t ­îng truyÒn th«ng,

xö lý vµ cung cÊp c¸c dÞch vô truyÒn th«ng.

- Líp liªn kÕt d÷ liÖu FDL cã chøc n¨ng kiÓm so¸t truy cËp bus, cung cÊp dÞch vô c¬ b¶n (cÊp thÊp) cho viÖc trao ®æi d÷ liÖu mét c¸ch tin cËy.

- Líp vËt lý quy ®Þnh vÒ kü thuËt truyÒn dÉn tÝn hiÖu, m«i tr

­êng truyÒn dÉn, cÊu tróc m¹ng vµ c¸c giao diÖn c¬ häc. ViÖc sö dông giao diÖn RS485 ®· quyÕt ®Þnh c¸c ®Æc tÝnh truyÒn dÉn. Kho¶ng c¸ch truyÒn cùc ®¹i lµ 1200m, nÕu sö dông tr¹m lÆp cã thÓ lªn ®Õn 4800m tÊt nhiªn nã cßn phô thuéc vµo tèc ®é truyÒn. Nãi chung tèc ®é truyÒn th­êng tring kho¶ng 9.6 – 500Kb/s vµ sè l­îng tr¹m tèi ®a lµ 127, nã sö dông ph­¬ng ph¸p m· ho¸ NRZ.

Tèc ®é (Kb/s)

187.5 500

1500

9.6, 19.2, 45.45, 93.75 1200

ChiÒu dµi (m)

1000 400

200

3000, 6000, 12000 100

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 24

Quan hÖ gi÷a tèc ®é truyÒn vµ chiÒu dµi d©y dÉn thÓ hiÖn trªn b¶ng sau:

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET 3.2. Truy cËp Bus vµ c¸c dÞch vô truyÒn sè liÖu.

Hai ph­¬ng ph¸p truy nhËp bus cã thÓ ®­îc ¸p dông ®éc lËp hoÆc kÕt

hîp lµ Token – Passing vµ Master/ Slave.

Thêi gian vßng lÆp tèi ®a ®Ó 1 tr¹m tÝch cùc nhËn l¹i ®­îc Token cã thÓ

Controller

Controller

thay ®æi bëi c¸c tham sè. Kho¶ng thêi gian nµy lµ c¬ së cho viÖc tÝnh to¸n chu k× thêi gian cña c¶ hÖ thèng.

PC PC

Transmiter

Drive Sensor

Sensor

Sensor Actuator

Drive

Drive

M M V

H×nh 2.4. CÊu tróc ®iÓn h×nh vÒ hÖ thèng m¹ng Profibus

M + C¸c dÞch vô truyÒn sè liÖu thuéc líp 2 trong m« h×nh OSI (FDL) bao

gåm 4 dÞch vô:

- SDN (Send Data with No Acknowledge) - SDA (Send Data with Acknowledge) - SRD (Send and Request Data with Reply) - CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply) DÞch vô SDN chñ yÕu dïng trong göi ®«ng flo¹t (broadcast) hoÆc göi

tíi nhiÒu ®Ých (multi cast).

DÞch vô SDA vµ SRD lµ nh÷ng dÞch vô trao ®æi d÷ liÖu yªu cÇu cã sù tr¶ lêi. Do tÝnh chÊt kh«ng tuÇn hoµn cña 2 dÞch vô nµy, ®Ó thùc hiÖn mçi cuéc trao ®æi d÷ liÖu ®Òu ph¶i cã yªu cÇu tõ líp trªn xuèng líp 2, thêi gian xö lý giao thøc t¨ng nªn xuÊt hiÖu suÊt truyÒn th«ng gi¶m. Nªn 2 dÞch vô nµy ®­îc øng dông trong truyÒn sè liÖu b×nh th­êng.

DÞch vô CSRD lµ dÞch vô trao ®æi d÷ liÖu tuÇn hoµn víi môc ®Ých hç trî

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 25

viÖc trao ®æi d÷ liÖu qu¸ tr×nh ë cÊp chÊp hµnh, gi÷a c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn,

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET c¬ cÊu chÊp hµnh vµ c¸c Module vµo ra ph©n t¸n víi m¸y tÝnh ®iÒu khiÓn. Nguyªn t¾c ho¹t ®éng cña nã lµ: mét tr¹m chñ sÏ hái tuÇn tù c¸c tr¹m tí vµ yªu cÇu vÒ trao ®æi d÷ liÖu mét c¸ch tuÇn tù. Do ®ã d÷ liÖu trao ®æi lu«n ë líp 2, khiÕn cho c¸c ch ­¬ng tr×nh øng dông trao ®æi d÷ liÖu ® ­îc thùc hiÖn hiÖu qu¶. 3.3. CÊu tróc khung truyÒn trong Profibus

Cã 3 lo¹i khung cã kho¶ng c¸ch Hamming 4 vµ mét lo¹i khung ®Æc

SD1

FCS

DA

ED

FC

biÖt ®¸nh dÊu Token ®­îc quy ®Þnh nh­ sau:

SD3

FCS

DU

DA

SA

FC

- Khung cã chiÒu dµi th«ng tin cè ®Þnh, kh«ng mang d÷ liÖu SA - Khung cã chiÒu dµi th«ng tin cè ®Þnh, mang 8 byte d÷ liÖu ED

- Khung cã chiÒu dµi th«ng tin kh¸c nhau, mang 1 - 246 byte d÷ liÖu

SD2 DA SA

FC

DU

SD2 LE LEr

FCS ED

LE

- Token

SD4 DA

SA

DA, SA, FC vµ DU ®­îc coi lµ phÇn mang th«ng tin, mçi « cã chiÒu dµi

8 bit (trõ DU). ý nghÜa c¸c tr­êng trong khung ®­îc chØ ra trªn b¶ng sau:

Ký hiÖu Tªn ý nghÜa

SD1...SD4 Start Delimiter

Byte khëi ®Çu ®Ó ph©n biÖt c¸c lo¹i khung: SD1=10H, SD2=68H, SD3=A2H; SD4=DCH ChiÒu dµi d÷ liÖu (4- 249 byte) ChiÒu dµi truyÒn l¹i

LE LER DA SA DU FC FCS

ED Length Length Repeated Destination Address §Þa chØ tr¹m nhËn, tõ 0 – 127 §Þa chØ tr¹m göi, tõ 0 – 127 Source Address §¬n vÞ d÷ liÖu Data Unit KiÓm tra khung Frame Control KiÓm so¸t lçi Frame Check Sequence End Delimiter Byte kÕt thóc, ED=16H

B¶ng 2.2. ý nghÜa c¸c tr­êng trong khung

Do nh÷ng ­u ®iÓm vµ tÝnh n¨ng hiÑu qu¶ vÒ thêi gian trao ®æi d÷ liÖu

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 26

mµ Profibus-DP sÏ ®­îc tr×nh bµy chi tiÕt.

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

Profibus-DP vµ -FMS sö dông ph­¬ng thøc truyÒn kh«ng ®ång bé, viÖc

®ång bé ho¸ gi÷a bÕn göi vµ bªn nhËn ph¶i thùc hiÖn víi tõng kÝ tù ... Mçi khung kÝ tù dµi 11 bÝt ( h×nh 52). Start bit LSB

a2 ... MSB a8 P Stop bit 1 0 a1

Data bit

H×nh 2.5. §Þnh d¹ng kÝ tù trong khung UART dïng trong Profibus

3.4. Profibus-FMS

§©y lµ Bus hÖ thèng dïng ®Ó kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t víi nhau vµ víi c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn, do ®Æc ®iÓm cña giao tiÕp gi÷a c¸c cÊp nµy mµ d÷ liÖu ® ­îc trao ®æi chñ yÕu víi tÝnh chÊt kh«ng ®Þnh kú.

Thùc chÊt cña líp øng dông bao gåm 2 líp con lµ FMS vµ LLI (Lower Layer Interface). Líp LLI cã vai trß thÝch øng, chuyÓn c¸c dÞch vô gi÷a líp FMS vµ líp FDL. Giao diÖn gi÷a líp FMS víi c¸c qu¸ tr×nh øng dông ® ­îc thùc hiÖn bëi líp ALI (Application Layer Interface).

FMS thùc chÊt lµ mét tËp con cña MMS (Munufacturing Message Specification), ®©y lµ mét chuÈn giao thøc vµ dÞch vô thuéc líp 7 cña m« h×nh OSI cã giao tiÕp h ­íng th«ng b¸o (Message-oriented communication) ®­îc ¸p dông réng r·i trong c«ng nghiÖp. Giao tiÕp h­íng ®èi t­îng:

Profibus-FMS cho phÐp thùc hiÖn giao tiÕp h ­íng ®èi t­îng theo c¬ ­íng ®èi t ­îng lµ quan ®iÓm chÕ Client/Server. ý nghÜa cña giao tiÕp h thèng nhÊt trong giao tiÕp d÷ liÖu, kh«ng phô thuéc vµo c¸c ®Æc ®iÓm cña nhµ s¶n xuÊt thiÕt bÞ hay c¸c lÜnh vùc øng dông cô thÓ.

C¸c phÇn tö cã thÓ truy cËp ® ­îc tõ mét tr¹m trong m¹ng, ®ai diÖn cho c¸c ®èi t­îng thùc hay c¸c biÕn qu¸ tr×nh ® ­îc gäi lµ ®èi t ­îng. ViÖc truy nhËp vµo ®èi t ­îng cã thÓ thùc hiÖn theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau, mét ph­¬ng ph¸p hiÖu qu¶ lµ truy cËp ®èi t ­îng th«ng qua tªn h×nh thøc (nh·n) hay cßn gäi lµ c¸c Tag. Mçi ®èi t­îng cã mét tªn h×nh thøc ph©n biÖt thèng nhÊt. Ph­¬ng ph¸p nµy thÓ hiÖn tÝnh trùc quan, dÔ theo dâi trong qu¸ tr×nh thùc hiÖn dù ¸n. ThiÕt bÞ tr­êng ¶o (VFD - Virtual Field Device)

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 27

§©y lµ m« h×nh trõu t ­îng m« t¶ c¸c d÷ liÖu, cÊu tróc d÷ liÖu vµ ®Æc tÝnh cña mét thiÕt bÞ tù ®éng ho¸ d­íi gãc ®é cña mét ®èi t¸c giao tiÕp. Mét

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET ®èi t­îng VFD chøa tÊt c¶ c¸c ®èi t ­îng giao tiÕp vµ danh môc m« t¶ c¸c ­îng VFD ®èi t­îng giao tiÕp cã thÓ truy cËp qua c¸c dÞch vô. Mét ®èi t ®­îc s¾p xÕp t­¬ng øng víi ®óng mét qu¸ tr×nh øng dông.

Mét thiÕt bÞ thùc cã thÓ chøa nhiÒu ®èi t ­îng VFD, trong ®ã ®Þa chØ

cña mçi ®èi t­îng ®­îc x¸c ®Þnh qua c¸c ®iÓm ®Çu cuèi giao tiÕp. Quan hÖ giao tiÕp

Ngoµi h×nh thøc göi ®ång lo¹t vµ göi tíi nhiÒu ®Ých, viÖc trao ®æi th«ng

tin trong Profibus-FMS lu«n ® ­îc thùc hiÖn gi÷a hai ®èi t¸c truyÒn th«ng ­îc hiÓu lµ d­íi h×nh thøc cã nèi theo c¬ chÕ Client/Server. Mét Client ® mét ch­¬ng tr×nh øng dông göi yªu cÇu ®Ó truy nhËp ®èi t ­îng. Cßn Server chÝnh lµ mét ch­¬ng tr×nh cung cÊp c¸c dÞch vô truyÒn th«ng th«ng qua c¸c ®èi t­îng. VÒ nguyªn t¾c ch­¬ng tr×nh øng dông cã thÓ ®ãng vai trß cña c¶ Client vµ Server. 3.5. Profibus-DP

§­îc ph¸t triÓn nh»m ®¸p øng c¸c yªu cÇu vÒ trao ®æi d÷ liÖu gi÷a c¸c

thiÕt bÞ cÊp tr­êng víi c¸c thiÕt bÞ cÊp ®iÒu khiÓn.

­êng

ViÖc trao ®æi d÷ liÖu chñ yÕu thùc hiÖn theo c¬ chÕ Master/ Slave, ngoµi ra Profibus – DP cßn hç trî c¸c dÞch vô truyÒn th«ng kh«ng tuÇn hoµn, phôc vô tham sè ho¸, vËn hµnh vµ chuÈn ®o¸n c¸c thiÕt bÞ tr th«ng minh.

C¸c hµm DP c¬ së (trong User Interface Layer) chñ yÕu phôc vô trao ®æi d÷ liÖu tuÇn hoµn, thêi gian thùc th× c¸c hµm DP më réng l¹i cung cÊp c¸c dÞch vô truyÒn sè liÖu kh«ng tuÇn hoµn nh ­ tham sè thiÕt bÞ, th«ng tin chuÈn ®o¸n... 3.5.1. CÊu h×nh hÖ thèng vµ quy t¾c ho¹t ®éng

Sè tr¹m tèi ®a trong m¹ng lµ 126, DP cho phÐp sö dông cÊu h×nh 1 tr¹m

­ng chØ cã 1

chñ (Mono Master) hoÆc nhiÒu chñ (Multi Master). Trong cÊu h×nh nhiÒu chñ, c¸c tr¹m chñ cã thÓ cïng ®äc d÷ liÖu tõ c¸c tr¹m tí, nh tr¹m chñ duy nhÊt ®­îc ®­a yªu cÇu tíi c¸c tr¹m tí.

ChuÈn DP quy ®Þnh c¸c quy t¾c ho¹t ®éng nh»m ®¶m b¶o tÝnh t

­¬ng ­îc x¸c ®Þnh

thÝch vµ kh¶ n¨ng thay thÕ lÉn nhau cña thiÕt bÞ. Chóng ® th«ng qua tr¹ng th¸i ho¹t ®éng cña c¸c thiÕt bÞ chñ.

CLEAR: Tr¹m chñ lÊy th«ng tin tõ c¸c tr¹m tí vµ gi÷ c¸c ®Çu ra ë vÞ trÝ

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 28

an toµn.

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

OPERATE: Tr¹m chñ ë chÕ ®é trao ®æi d÷ liÖu ®Çu vµo vµ ®Çu ra tuÇn hoµn víi c¸c tr¹m tí. §ång thêi tr¹m chñ còng th ­êng xuyªn göi th«ng tin tr¹ng th¸i cña nã tíi c¸c tr¹m tí sö dông lÖnh göi ®ång lo¹t víi c¸c kho¶ng thêi gian ®Æt tr­íc.

STOP: Kh«ng truyÒn sè liÖu sö dông gi÷a tr¹m chñ vµ tr¹m tí, chØ ®Ó

xhuÈn ®o¸n. 3.5.2. Trao ®æi d÷ liÖu

ViÖc trao ®æi d÷ liÖu gi÷a tr¹m chñ vµ tr¹m tí ® ­îc thùc hiÖn mét c¸ch

tuÇn tù theo quy tr×nh ®Þnh s½n. Khi ®Æt cÊu h×nh cho hÖ thèng Profibus, ta cã thÓ ®Þnh nghÜa ®Þa chØ c¸c tr¹m tí cho 1 tr¹m chñ ....

Trong mçi chu k×, tr¹m chñ ®äc c¸c th«ng tin ®Çu vµo lÇn l

­ît tõ c¸c tr¹m tí vµo bé nhí ®Öm vµ truyÒn c¸c yªu cÇu tõ bé nhí nµy ra c¸c tr¹m tí theo tr×nh tù ®Þnh s½n. Mçi tr¹m tí chØ cho phÐp truyÒn/ nhËn tèi ®a 246 byte d÷ liÖu.

Víi c¸c tr¹m tí, tr¹m chñ göi 1 yªu cÇu vµ chê sù tr¶ lêi. Thêi gian tr¹m chñ cÇn ®Ó xö lÝ 1 l ­ît danh s¸ch hái tuÇn tù gäi lµ thêi gian chu kú bus. Thêi gian chu kú bus ph¶i nhá h¬n chu kú quÐt cña chu tr×nh ®iÒu khiÓn. 3.5.3. §ång bé ho¸ d÷ liÖu

Mét thiÕt bÞ chñ cã thÓ ®ång bé ho¸ viÖc ®äc c¸c ®Çu vµo còng nh ­ ®Æt c¸c ®Çu ra b»ng viÖc göi ®ång thêi c¸c th«ng b¸o ®ång bé. LÖnh ®iÒu khiÓn ®Ó ®Æt chÕ ®é ®ång bé cho mét nhãm tr¹m tí nh­ sau:

+ SYNC: §­a ra nhãm tr¹m tí vÒ chÕ ®é ®ång bé ho¸ ®Çu ra. Trong chÕ ®é nµy, ®Çu ra cña c¸c tr¹m tí ®­îc gi÷ nguyªn ë tr¹ng th¸i hiÖn t¹i cho ®Õn lÖnh SYNC tiÕp theo, trongthêi gian ®ã d÷ liÖu ®Çu ra ® ­îc l­u trong vïng nhí ®Öm cña tr¹m tí vµ chØ khi nhËn ® ­îc lÖnh SYNC tiÕp theo nã míi ®­îc ®­a ra.

+ FREEZE: §­a 1 nhãm c¸c tr¹m tí vÒ chÕ ®é ®ång bé ho¸ ®Çu vµo, ë chÕ ®é nµy c¸c tr¹m tí trong nhãm ®­îc chØ ®Þnh kh«ng ®­îc phÐp cËp nhËt ­îc lÖnh FREEZE tiÕp vïng nhí ®Öm d÷ liÖu ®Çu vµo cho tíi khi nhËn ® theo, trong thêi gian ®ã tr¹m chñ vÉn ®äc gi¸ trÞ ®Çu vµo tõ c¸c tr¹m tí. 3.5.4. ChuÈn ®o¸n hÖ thèng

C¸c hµm chuÈn ®o¸n cña DP cho phÐp ®Þnh vÞ lçi 1 c¸ch nhanh chãng,

c¸c th«ng tin nµy sÏ ® ­îc cËp nhËt ë tr¹m chñ th«ng qua hÖ thèng bus truyÒn. C¸c th«ng b¸o ®­îc chia lµm 3 líp.

ChuÈn ®o¸n tr¹m: Th«ng b¸o liªn quan ®Õn tr¹ng th¸i ho¹t ®éng chung

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 29

cña tr¹m.

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

ChuÈn ®o¸n Module: Th«ng b¸o chØ thÞ lçi n»m ë khu vùc nµo trªn

Module.

ChuÈn ®o¸n kªnh: Nguyªn nh©n cña lçi thuéc kªnh vµo/ ra nµo cña hÖ

thèng. 3. 6. Profibus-PA (Process Automation)

§©y lµ lo¹i Bus tr ­êng thÝch hîp cho c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn dïng trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp dÔ ch¸y næ. Thùc chÊt nã lµ hÖ thèng Bus më réng cña Profibus-DP víi kü thuËt truyÒn dÉn tÝn hiÖu cïng nguån nu«i (IEC 1158-2) ®ång thêi còng ®­a thªm ra mét sè quy ®Þnh ®Æc biÖt vÒ th«ng sè vµ ®Æc tÝnh cho thiÕt bÞ tr­êng.

C¸c yªu cÇu cô thÓ ®Æt ra cho mét giao diÖn Profibus-PA an toµn riªng

bao gåm:

- Mét ®o¹n m¹ng chØ ®­îc phÐp cã mét nguån nu«i tÝch cùc. - Mçi tr¹m tiªu thô mét dßng c¬ së cè ®Þnh ( ‡10mA) ë tr¹ng th¸i x¸c

lËp.

- Mçi tr¹m ®­îc coi nh­ mét t¶i tiªu thô dßng thô ®éng - Mçi tr¹m khi ph¸t tÝn hiÖu ®i kh«ng ® ­îc n¹p thªm nguån vµo

®­êng Bus.

4. Ethernet (IEEE 802.3)

§©y lµ mét trong nh÷ng chuÈn cña m¹ng côc bé, dùa trªn m¹ng

Ethernet do Digital vµ Xorox hîp t¸c vµ ph¸t triÓn tõ n¨m 1980 (lóc ®Çu gäi lµ DIX Ethenet 2.0 version 1.0 vµ ®Õn n¨m 1982 lµ version 2.0).

Ngµy nay Ethernet ®ang ®ãng vai trß quan träng trong c¸c hÖ thèng

th«ng tin c«ng nghiÖp, bªn c¹nh viÖc sö dông c¸p ®«i d©y xo¾n, c¸p ®ång trôc, c¸p quang lµ Ethernet kh«ng d©y

Thùc chÊt Ethernet chØ thùc hiÖn ë líp vËt lÝ vµ mét phÇn cña líp liªn kÕt d÷ liÖu, do ®ã cã thÓ sö dông c¸c giao thøc kh¸c nhau ë phÝa trªn trong ®ã TCP/IP lµ hä giao thøc ®­îc dïng phæ biÕn nhÊt. 4.1. CÊu tróc m¹ng vµ kü thuËt truyÒn dÉn

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 30

CÊu tróc m¹ng th ­êng lµ d¹ng Bus, m¹ch vßng khÐp kÝn vµ ®«i khi lµ h×nh sao. TÇng vËt lÝ cña Ethernet ® ­îc chia lµm 2 phÇn: PhÇn ®éc lËp víi ®­êng truyÒn ®Æc t¶ giao diÖn gi÷a c¸c tÇng MAC vµ vËt lÝ (giao diÖn nµy kh«ng ph¶i lµ yªu cÇu b¾t buéc cña chuÈn nh ­ng trong nhiÒu tr­êng hîp nã rÊt h÷u Ých). PhÇn phô thuéc ® ­êng truyÒn lµ b¾t buéc ph¶i cã ®Æc t¶ giao diÖn víi ®­êng truyÒn, trong phÇn nµy quy ®Þnh nhiÒu lùa chän kh¸c nhau cho kiÓu ®­êng truyÒn, ph­¬ng thøc truyÒn vµ tèc ®é truyÒn.

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET

HiÖn nay cã c¸c ph­¬ng ¸n sau cho tÇng vËt lÝ víi c¸ch ®Æt tªn quy ­íc

theo bé 3:

- Tèc ®é truyÒn tin hiÖu (1, 10 hoÆc 100Mb/s) - BASE (nÕu lµ Baseband) hoÆc BROAD (nÕu lµ Broadband) - ChØ ®Þnh ®Æc tr­ng ®­êng truyÒn

Mét sè lo¹i c¸p th«ng dông ®­îc tr×nh bµy trªn b¶ng sau:

STT

KÝ hiÖu

Lo¹i c¸p Kho¶ng c¸ch

D¶i truyÒn t¶i

truyÒn (m)

1

Tèc ®é truyÒn (Mb/s) 1

1BASE5

Baseband

C¸p UTP

2

10BASE5

10

Baseband

500/topo h×nh sao 500/segment topo d¹ng bus

3

10BASE2

10

Baseband

4

185/segment topo d¹ng bus 4000

C¸p ®ång trôc bÐo (d>10mm), 50W C¸p ®ång trôc gÇy C¸p quang

10

Baseband

5

10BASE-F 10BASE- FL(Fiber Link) 10BASE- FB(Backbone) 10BASE- FP(Passive) 10BROAD36

10

Broadband

1800/ topo d¹ng Bus

6

10BASE-T

10

Baseband

C¸p ®ång trôc, 75W C¸p UTP

7

100BASE-T

100

Baseband

C¸p UTP

100/ topo d¹ng sao 100/ topo d¹ng sao

B¶ng 2.3. Mét sè lo¹i c¸p ®iÓn h×nh

Ethernet theo chuÈn IEEE 802.3 sö dông chÕ ®é truyÒn ®ång bé víi ph­¬ng thøc m· ho¸ Manchester. BÝt 0 t ­¬ng øng víi s­ên lªn vµ 1 lµ s ­ên xuèng. 4.2. C¬ chÕ giao tiÕp

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 31

ViÖc øng dông réng r·i Ethernet mét phÇn v× tÝnh n¨ng më. Ethernet chØ quy ®Þnh líp vËt lÝ vµ líp MAC, cho phÐp c¸c hÖ thèng kh¸c nhau tuú ý ­¬ng ph¸p truy thùc hiÖn c¸c giao thøc vµ dÞch vô phÝa trªn. MÆt kh¸c ph

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET cËp CSMA/CD cho phÐp bæ xung vµ lo¹i bá c¸c thµnh viªn tham gia trong m¹ng dÏ dµng.

C¸c thµnh viªn tham gia trong m¹ng Ethernet ®Òu cã vai trß b×nh ®¼ng,

chóng cã mét ®Þa chØ riªng biÖt, thèng nhÊt. ViÖc giao tiÕp gi÷a c¸c tr¹m ®­îc thùc hiÖn th«ng qua c¸c giao thøc phÝa trªn (ch¼ng h¹n nh ­ NetBUI, IPX/SPX, TCP/IP). Tuú theo giao thøc cô thÓ mµ ®Þa chØ cña bªn göi vµ bªn nhËn trong khung truyÒn ë líp phÝa trªn sÏ ® ­îc dÞch sang ®Þa chØ Ethernet tr­íc khi chuyÓn xuèng líp MAC.

Bªn c¹nh giao tiÕp tay ®«i Ethernet cßn hç trî ph ­¬ng ph¸p göi ®ång

lo¹t hoÆc göi tíi nhiÒu ®Ých. 4.3. CÊu tróc khung truyÒn

Khu«n d¹ng khung truyÒn ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh sau:

SA

LLC data

PAD

FCS

Preamble SFD DA

Length H×nh 2.6. CÊu tróc khung truyÒn trong Ethernet IEEE 802.3

Trong ®ã: Preamble (7 byte): lµ phÇn ®Çu dïng ®Ó thiÕt lËp sù ®ång bé, nã lµ d·y

bÝt lu©n phiªn 1 vµ 0 kÕt thóc lµ 0

SFD (Start Frame Delimiter): lµ d·y bÝt 10101011, ®Ó chØ sù b¾t ®Çu

thùc sù cña khung truyÒn.

DA (Destination Address) 2 byte hoÆc 6 byte: ®Þa chØ tr¹m ®Ých, cã thÓ

lùa chän thèng nhÊt ®Þa chØ lµ 16 bÝt hoÆc 48 bit

SA (Source Address): ®Þa chØ tr¹m nguån, cã chiÒu dµi t ­¬ng øng víi

®Þa chØ ®Ých

Length (2 byte): chØ ®é dµi cña phÇn LLC data LLC data: ®¬n vÞ d÷ liÖu cña LLC PAD: PhÇn d÷ liÖu thªm vµo víi môc ®Ých ph¸t hiÖn xung ®ét FCS (Frame Check Sequence): M· kiÓm tra lçi CRC 32 bÝt cho tÊt c¶

c¸c vïng trõ Preamble, SFD vµ FCS.

Khu«n d¹ng cña vïng ®Þa chØ 16 bÝt vµ 48 bÝt ®­îc chØ ra trªn h×nh sau:

I/G I/G = 0, §Þa chØ riªng biÖt

15 bÝt ®Þa chØ I/G = 1, §Þa chØ nhãm

H×nh 2.7. D¹ng ®Þa chØ 16 bit

I/G

U/L

U/L = 0, Globally Administrered Address

46 bÝt ®Þa chØ U/L =1, Locally Administrered Address

H×nh 2.8. D¹ng ®Þa chØ 46 bit

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 32

Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET 4.4.Fast Ethernet

Lµ sù ph¸t triÓn tiÕp theo cña Ethernet cho phÐp truyÒn víi tèc ®é 100Mb/s. §Ó ®¶m b¶o tÝnh t ­¬ng thÝch víi m¹ng cò, toµn bé c¬ chÕ giao tiÕp vµ kiÕn tróc giao thøc ®­îc gi÷ nguyªn, chØ cã thêi gian bit ® ­îc gi¶m tõ 100ns xuèng 10ns. Do ph ­¬ng ph¸p nèi m¹ng xö dông c¸p ®«i d©y xo¾n vµ bé chia cã ­u thÕ v­ît tréi nªn c¸c m¹ng Fast Ethernet kh«ng hç trî c¸p ®ång trôc. C¸c lo¹i c¸p chuÈn cho Fast Ethernet ® ­îc tr×nh bµy trªn b¶ng sau:

STT

Ký hiÖu

Lo¹i c¸p

ChiÒu dµi tèi ®a trong ®o¹n m¹ng (m)

1 2 3 100BASE-T4 100BASE-TX 100BASE-FX

§«i d©y xo¾n h¹ng 3 100 §«i d©y xo¾n h¹ng 5 100 C¸p quang 2000 B¶ng 2.4. Mét sè lo¹i c¸p th«ng dông dïng trong Fast Ethernet - Lo¹i 100BASE-T4 xö dông 4 ®«i d©y xo¾n UTP h¹ng 3. D¶i tÇn cña c¸p nµy bÞ giíi h¹n ë 25MHz, trong khi m· Manchester sö dông trong Ethernet th«ng th­êng t¹o tÇn sè tÝn hiÖu cao gÊp ®«i so víi tÇn sè nhÞp. §Ó ®¹t ® ­îc tèc ®é truyÒn 100Mb/s, mét ph ­¬ng ph¸p m· ho¸ bÝt víi tÝn hiÖu 3 møc thay v× 2 møc ® ­îc thÓ hiÖn ë ®©y. §ång thêi lo¹i c¸p nµy còng ph¶i xö dông tíi 4 ®«i d©y xo¾n (do ®ã cã ký hiÖu lµ T4), trong ®ã mét ®«i lu«n truyÒn tÝn hiÖu vµo bé chia, mét ®«i lu«n truyÒn ra vµ hai ®«i ® ­îc xö dông linh ho¹t theo chiÒu ®ang truyÒn. Víi 3 ®«i d©y vµ 3 møc tÝn hiÖu, trong mét nhÞp cã thÓ truyÒn ®­îc 4 bÝt, n©ng tèc ®é truyÒn lªn 100Mb/s

- Víi lo¹i 100BASE-TX, ®«i d©y xo¾n h¹ng 5 ® ­îc xö dông cã kh¶ n¨ng lµm viÖc ë tÇn sè nhÞp 125MHz vµ cao h¬n thÕ. Viªcj xö dông 2 ®«i d©y xo¾n cho phÐp truyÒn 2 chiÒu ®ång thêi. Kh¸c víi lo¹i c¸p trªn, mét ph­¬ng ph¸p m· ho¸ bÝt 4B5B ®­îc xö dông ë ®©y. D·y bÝt ­êng tõ khung MAC ® ­îc m· ho¸ l¹i thµnh c¸c tæ hîp 5 bit trªn ® truyÒn. ChØ cã 16 hoÆc 32 tæ hîp biÓu diÔn d÷ liÖu, c¸c tæ hîp cßn l¹i ®­îc sö dông cho ®¸nh dÊu, ®iÒu khiÓn vµ tÝn hiÖu phÇn cøng - Lo¹i 100BASE-FX cho phÐp truyÒn tÝn hiÖu 2 chiÒu sö dông sîi

Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 33

quang ®a modes, ®©y lµ gi¶i ph¸p thÝch hîp cho c¸c øng dông ®ßi hái kho¶ng c¸ch truyÒn lín còng nh­ kh¶ n¨ng chèng nhiÔu cao.