Chương 5: Khái quát mạng PLC

Chia sẻ: Nguyenhoanglong Long | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:17

Thêm vào BST

Báo xấu

792
lượt xem 514
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'chương 5: khái quát mạng plc', công nghệ thông tin, kỹ thuật lập trình phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Chương 5: Khái quát mạng PLC

ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC PHAÀN II HEÄ THOÁNG MAÏNG PLC CHÖÔNG 5 KHAÙI QUAÙT MAÏNG PLC Chuû ñeà: Cô sôû truyeàn thoâng Caùc kieán truùc giao thöùc Kyõ thuaät truy caäp vaø gheùp maïng Caùc bus truyeàn thoâng Muïc ñích: Naém roõ caùc khaùi nieäm veà truyeàn thoâng maïng PLC Caùc caáp vaø loaïi maïng chuû yeáu cuûa Simatic 131
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC 5.1. MAÏNG TRUYEÀN THOÂNG COÂNG NGHIEÄP LAØ GÌ ? Söï phoå bieán cuûa caùc giaûi phaùp töï ñoäng hoùa söû duïng heä thoáng truyeàn thoâng soá laø keát quaû toång hôïp cuûa caùc tieán boä trong kyõ thuaät vi ñieän töû, kyõ thuaät maùy tính, kyõ thuaät thoâng tin vaø kyõ thuaät töï ñoäng hoùa. Maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp hay maïng coâng nghieäp laø moät khaùi nieäm chung chæ caùc heä thoáng maïng truyeàn thoâng soá, truyeàn bit noái tieáp ñöôïc söû duïng ñeå gheùp noái caùc thieát bò coâng nghieäp. Caùc heä thoáng truyeàn thoâng coâng nghieäp phoå bieán hieän nay cho pheùp lieân keát maïng ôû nhieàu möùc khaùc nhau, töø caùc boä caûm bieán, cô caáu chaáp haønh döôùi möùc tröôøng cho ñeán caùc maùy tính ñieàu khieån, thieát bò quan saùt, maùy tính ñieàu khieån giaùm saùt vaø caùc maùy tính treân caáp ñieàu haønh xí nghieäp, quaûn lyù coâng ty.Veà cô sôû kyõ thuaät, maïng coâng nghieäp vaø caùc heä thoáng maïng vieãn thoâng coù nhieàu ñieåm töông ñoàng, tuy nhieân cuõng coù nhöõng ñieåm khaùc bieät sau : Maïng vieãn thoâng coù phaïm vi ñòa lyù vaø soá löôïng thaønh vieân tham gia lôùn neân caùc yeâu caàu kyõ thuaät ( caáu truùc maïng, toác ñoä truyeàn thoâng, tính naêng thôøi gian thöïc, … ) raát khaùc, cuõng nhö phöông phaùp truyeàn thoâng ( truyeàn daûi roäng / daûi cô sôû, ñieàu bieân, doàn keânh, chuyeån maïch,… ) thöôøng phöùc taïp hôn so vôùi maïng coâng nghieäp. Ñoái töôïng cuûa maïng vieãn thoâng bao goàm caû con ngöôøi vaø thieát bò kyõ thuaät, trong ñoù con ngöôøi ñoùng vai troø chuû yeáu. Vì vaäy caùc daïng thoâng tin caàn trao ñoåi bao goàm caû tieáng noùi, hình aûnh, vaên baûn vaø döõ lieäu. Ñoái vôùi maïng coâng nghieäp thuaàn tuùy laø caùc thieát bò coâng nghieäp, neân daïng thoâng tin quan taâm duy nhaát laø döõ lieäu. Kyõ thuaät truyeàn thoâng duøng trong maïng vieãn thoâng cuõng raát phong phuù, trong khi kyõ thuaät truyeàn döõ lieäu theo cheá ñoä bit noái tieáp laø ñaëc tröng cuûa maïng coâng nghieäp. Maïng truyeàn thoâng coâng nghieäp thöïc chaát laø moät daïng ñaëc bieät cuûa maïng maùy tính, coù theå so saùnh vôùi maïng maùy tính thoâng thöôøng ôû nhöõng ñieåm gioáng nhau vaø khaùc nhau nhö sau : Kyõ thuaät truyeàn thoâng soá hay truyeàn döõ lieäu laø ñaëc tröng chung. Maïng maùy tính söû duïng trong coâng nghieäp ñöôïc coi laø moät phaàn ( ôû caùc caáp ñieàu khieån giaùm saùt, ñieàu haønh saûn xuaát vaø quaûn lyù coâng ty ) trong moâ hình phaân caáp cuûa maïng coâng nghieäp. Yeâu caàu veà tính naêng thôøi gian thöïc, ñoä tin caäy vaø khaû naêng töông thích trong moâi tröôøng coâng nghieäp cao hôn so vôùi maïng maùy tính thoâng thöôøng, trong khi ñoù maïng maùy tính thöôøng ñoøi hoûi cao hôn veà baûo maät thoâng tin. Maïng maùy tính coù phaïm vi traûi roäng khaùc nhau, ví duï coù theå nhoû nhö maïng LAN cho moät nhoùm vaøi maùy tính, hoaëc raát lôùn nhö maïng Internet. Trong nhieàu tröôøng hôïp, maïng maùy tính giaùn tieáp söû duïng dòch vuï truyeàn döõ lieäu cuûa maïng vieãn thoâng. Trong khi ñoù, cho ñeán nay caùc heä thoáng maïng coâng nghieäp thöôøng coù tính chaát ñoäc laäp, phaïm vi hoaït ñoäng töông ñoái heïp. 5.2. VAI TROØ ÖÙNG DUÏNG Trong nhöõng naêm gaàn ñaây boä ñieàu khieån laäp trình PLC ñöôïc söû duïng ngaøy caøng roäng raõi trong coâng nghieäp, laø giaûi phaùp lyù töôûng cho vieäc töï ñoäng hoùa caùc quaù trình saûn xuaát. 132
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC PLC ñoùng vai troø trung taâm trong ñieàu khieån, deã daøng laäp trình, cho pheùp nhanh choùng thay ñoåi chöông trình ñieàu khieån, öùng duïng trong phaïm vi roäng, chuaån hoùa ñöôïc ñieàu khieån, giaù thaønh thaáp vaø deã daøng trong baûo trì söûa chöõa, ñoä chính xaùc cao trong moâi tröôøng coâng nghieäp. Tuy coù nhieàu öu ñieåm veà ñieàu khieån nhöng PLC khoâng ñaùp öùng ñöôïc veà phöông dieän quaûn lyù, thoâng tin vaø löu tröõ döõ lieäu. Vì vaäy ñeå ñaùp öùng nhöõng yeâu caàu naøy PLC thöïc hieän truyeàn thoâng noái maïng ôû nhieàu caáp ñoä khaùc nhau nhaèm ñaùp öùng yeâu caàu vöøa ñieàu khieån vöøa giaùm saùt heä thoáng. Heä thoáng maïng hoã trôï nhöõng nhaø quaûn lyù nhöõng ngöôøi chòu traùch nhieäm saûn xuaát theo doõi ñöôïc tình hình cuï theå quaù trình saûn xuaát maø khoâng caàn tröïc tieáp trong khu vöïc saûn xuaát. Maïng thu nhaän döõ lieäu treân taát caû caùc daây chuyeàn saûn xuaát maø khoâng laøm chaäm laïi quaù trình saûn xuaát, thu nhaän döõ lieäu ñeå phaân tích quaù trình saûn xuaát, chaån ñoaùn, giaùm saùt söï coá vaø ñoä tin caäy trong hoaït ñoäng cuûa caùc thieát bò, quaûn lyù nguyeân lieäu vaø löu vaøo heä thoáng keá hoaïch saûn xuaát cuûa nhaø maùy. Maïng laøm taêng theâm tính saün saøng cuûa caùc thieát bò noái maïng. Maïng thöïc thi thôøi baùo phaûn öùng nhanh vôùi möùc cao oån ñònh traùnh nhöõng möùc thaáp hay thay ñoåi khi thöïc hieän truyeàn thoâng. Thao taùc maïng linh hoaït ñeå ñieàu khieån ñaûm baûo cho söï saûn xuaát lieân tieáp. Tính lieân tuïc khoâng giaùn ñoaïn vaø saün saøng ñang daàn trôû thaønh ñieàu quan troïng vaø ngaøy caøng taêng. Chi phí thôøi gian cho vieäc ngöøng quaù trình saûn xuaát ñeå phaùt hieän vaø söûa chöõa söï coá thì cao hôn chi phí cho söï laép ñaët nhöõng heä thoáng caûnh baùo, theo doõi, giaùm saùt, kòp thôøi phaùt hieän ra nhöõng söï coá ñeå söûa chöõa vaø tieáp tuïc saûn xuaát moät caùch nhanh choùng vaø coâng cuï ñeå laøm ñieàu naøy khoâng khaùc hôn laø söû duïng heä thoáng maïng truyeàn thoâng maïnh ñeå ñònh vò vaø chæ baùo loãi moät caùch nhanh choùng. Cuøng vôùi söï phaùt trieån maïng toaøn caàu, nhöõng nhaø quaûn lyù hoaøn toaøn coù theå theo doõi tình hình hoaït ñoäng cuûa nhaø maùy vaø coù theå ñöa ra nhöõng quyeát ñònh thay ñoåi trong saûn xuaát vaø quyeát ñònh seõ ñöôïc thöïc thi nhanh choùng, duø ngöôøi quaûn lyù ñang ôû baát cöù ñòa ñieåm naøo, ôû baát cöù moät nöôùc naøo, thoâng qua vieäc keát noái maïng cuûa nhaø maùy vôùi maïng toaøn caàu. Söï xuaát hieän cuûa heä thoáng maïng ñaõ ñem laïi moät cuoäc ñoät phaù maïnh meõ trong coâng nghieäp vaø caû trong ñôøi soáng, trong khi söï hôïp taùc toaøn caàu ñöôïc nhaéc ñeán vaø nhöõng nhu caàu cuûa con ngöôøi ngaøy caøng ñoøi hoûi toát hôn thì heä thoáng maïng ñaõ ñaùp öùng ñöôïc töông ñoái nhöõng yeâu caàu naøy. 5.3. CÔ SÔÛ TRUYEÀN THOÂNG 5.3.1. Truyeàn thoâng giöõa caùc PLC Söï lieân laïc truyeàn thoâng giöõa caùc thieát bò, maùy moùc saûn xuaát caøng ngaøy caøng ñoùng vai troø quan troïng hôn, bôûi vì noù giuùp cho vieäc tích hôïp caùc thaønh phaàn rieâng leõ trong moät heä thoáng saûn xuaát thaønh moät heä thoáng hoaøn chænh. Caùc vaán ñeà cuûa ñieàu khieån, giaùm saùt, quaûn lyù döõ lieäu cuûa moät heä thoáng saûn xuaát ñeàu phuï thuoäc vaøo caùc heä thoáng truyeàn thoâng, töø nhöõng keát noái ñôn giaûn töø maùy naøy ñeán maùy khaùc tôùi nhöõng keát noái maïng cuïc boä vaø caû 133
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC maïng dieän roäng maø ôû ñoù coù ñeán haøng traêm maùy moùc thoâng minh phaân boá ôû caùc vò trí khaùc nhau coù khoaûng caùch xa nhau ñöôïc lieân laïc vôùi nhau qua moät xa loä thoâng tin chung. Caùc söû duïng thoâng thöôøng cuûa caùc coång truyeàn thoâng PLC Thoâng baùo döõ lieäu ñieàu haønh vaø caûnh baùo, thí duï qua Printer hay VDU Ghi nhaän caùc döõ lieäu vaøo caùc hoà sô löu tröõ (thöôøng laø Computer) ñeå phaân tích quaù trình vaø thoâng tin quaûn lyù (qua caùc phaàn meàm öùng duïng). Chuyeån caùc giaù trò, caùc tham soá vaøo chöông trình PLC coù saün töø caùc thieát bò ñaàu cuoái cuûa ngöôøi ñieàu haønh hoaëc töø caùc boä ñieàu khieån giaùm saùt. Thay ñoåi chöông trình PLC töø boä ñieàu khieån giaùm saùt. AÙp ñaët caùc ngoõ I/O vaø caùc phaàn töû nhôù hay gaùn caùc thoâng soá töø moät thieát bò ñaàu cuoái töø xa. Noái keát PLC vaøo heä phaân caáp ñieàu khieån coù nhieàu loaïi PLC, maùy tính vaø thieát bò ñieàu khieån giaùm saùt khaùc. Truyeàn noái tieáp vaø caùc chuaån truyeàn Haàu heát caùc phöông tieän truyeàn thoâng PLC thöôøng ñöôïc thieát keá vaø cheá taïo theo kieåu truyeàn noái tieáp. Caùc chuaån truyeàn noái tieáp thoâng duïng vaø phoå bieán ñoù laø: truyeàn thoâng RS232, RS422/423 vaø RS485. Giao tieáp Khoaûng caùch Toác ñoä truyeàn Giao tieáp Khoaûng caùch Toác ñoä truyeàn (m) toái ña (bps) (m) toái ña (bps) 10 10.000 10 1.000.000 RS422/ RS232 100 1000 100 100.000 RS482 1000 - 1000 10.000 5.3.2. Maïng truyeàn döõ lieäu 5.3.2.1. Caùc khaùi nieäm cô baûn Truyeàn thoâng (Communications) Truyeàn thoâng ñöôïc duøng ñeå chæ söï truyeàn döõ lieäu, trao ñoåi döõ lieäu giöõa hai hay caùc thaønh phaàn truyeàn thoâng (communications partner – coäng söï truyeàn thoâng) cuøng kieåu hay khaùc kieåu trong maïng truyeàn thoâng: ñieàu khieån caùc thaønh phaàn, laáy thoâng tin traïng thaùi, caøi ñaët tham soá… Hình 5.1 – Caùc coäng söï truyeàn thoâng trong moät maïng Ethernet Tuyeàn thoâng coù theå truyeàn qua nhieàu ñöôøng truyeàn thoâng khaùc nhau nhö: coång truyeàn thoâng ñöôïc tích hôïp saün ngay trong CPU, coù theå laø caùc vi xöû lyù truyeàn thoâng rieâng CP ( Communications 134
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC Processor)… Trong maïng truyeàn thoâng ñeå bieåu dieãn moãi thaønh phaàn truyeàn thoâng ngöôøi ta quy ñònh cho noù laø töø Nuùt (node). Heä thoáng truyeàn thoâng coù döï phoøng (Redundant Communications System). Tính khaû duïng cuûa heä thoáng truyeàn thoâng coù theå ñöôïc taêng theâm baèng söï dö thöøa moâi tröôøng, taêng gaáp ñoâi caùc thaønh nhoû, hoaëc taêng gaáp ñoâi caùc thaønh phaàn bus. Caùc cô cheá giaùm saùt vaø ñoàng boä hoùa ñaûm baûo cho neáu coù moät thaønh phaàn treân maïng bò hoûng thì vieäc truyeàn thoâng vaãn xaûy ra baèng söû duïng caùc thaønh phaàn döï phoøng maø khoâng laøm giaùn ñoaïn quaù trình truyeàn thoâng. Truyeàn thoâng coù tính khaû duïng cao (High – availability communications) Truyeàn thoâng coù tính khaû duïng cao laø truyeàn thoâng giöõa hai heä thoáng coù tính khaû duïng cao. Noù chuyeån qua heä thoáng döï phoøng khi coù moät thaønh phaàn bò hö hoûng ( ví duï CP hay caùp truyeàn thoâng). Ñieàu naøy ñaûm baûo cho heä thoáng truyeàn thoâng ñöôïc lieân tuïc. Caùc nuùt thöøa (Redundant nodes) Caùc nuùt thöøa cho thaáy khaû naêng an toaøn voán coù cuûa truyeàn thoâng giöõa caùc heä thoáng coù tính khaû duïng cao. Moät heä thoáng ña keânh ñöôïc bieåu dieãn baèng caùc nuùt döï phoøng. Nuùt döï phoøng coù tính ñoäc laäp khi neáu coù söï coá thaønh phaàn ôû nuùt naøo ñoù thì cuõng khoâng laøm aûnh höôûng ñeán nuùt khaùc. Coäng söï truyeàn thoâng (Communications partner) Coäng söï truyeàn thoâng laø khoái coù khaû naêng thöïc hieän truyeàn thoâng. Coäng söï truyeàn thoâng coù theå cuøng thöïc hieän trong moät thieát bò hay laø trong thieát bò ôû xa. Traïm (Station) Traïm laø thieát bò maø ñöôïc keát noái nhö moät ñôn vò (thí duï: PLC, thieát bò laäp trình, giaùm saùt…) vôùi moät hay nhieàu maïng con (subnet ). Maïng con (Subnet) Subnet laø toaøn boä caùc thaønh phaàn vaät lyù caàn thieát ñeå xaây döïng thaønh moät ñöôøng truyeàn döõ lieäu cuõng nhö caùc thuû tuïc caàn thieát ñeå chuyeån döõ lieäu. Caùc keát noái giöõa caùc traïm vaøo subnet khoâng caàn phaûi ñi qua gateway. Toaøn boä subnet (MPI, PROFIBUS, Industrial Ethernet) cuõng ñöôïc goïi laø moâi tröôøng truyeàn. Moãi subnet ñeàu coù moät subnetID duy nhaát. Maïng (Network) Moät maïng goàm moät subnet hay nhieàu subnet gioáng nhau hoaëc khaùc nhau ñöôïc noái vôùi nhau. Gateway Gateway Gateway laø thieát bò noái keát hai hay nhieàu subnet laïi vôùi nhau theo khaû naêng truyeàn thoâng cuûa chuùng. Gateway coù theâ lieân keát nhöõng subnet veà maët vaät lyù gioáng nhau hoaëc khaùc nhau (nhö Ethernet vaø Prfibus). Do ñoù nhöõng traïm Hình 5.2 - thí duï moät Gateway noái vaøo nhau nhieàu hôn moät 135
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC subnet ñeàu phaûi coù gateway. Link Link laø pheùp gaùn logic cuûa moät coäng söï truyeàn thoâng ñeán moät coäng söï truyeàn thoâng khaùc ñeå thöïc hieän moät dòch vuï truyeàn thoâng nhaát ñònh. Link ñöôïc gaùn tröïc tieáp vaøo moät dòch vuï truyeàn thoâng. Moät link coù hai ñieåm ñaàu muùt (end point) chöùa caùc thoâng tin caàn thieát ñeå ñònh ñòa chæ coäng söï truyeàn thoâng cuõng nhö caùc thuoäc tính ñeå thieát laäp link. Cuõng coù nhöõng link coø tính khaû duïng cao maø taän duïng tính dö thöøa cuûa maïng vaät lyù ñeå duy trì truyeàn thoâng neáu coù thaønh phaàn naøo cuûa truyeàn thoâng bò hoûng. Routing (ñònh loä trình) Nhöõng gateway caàn thoâng tin ñeå ñi qua caùc keát noái töø subnet naøy sang subnet khaùc. Thoâng tin ñöôïc chöùa trong caùc baûng chæ ñöôøng ñi ñeán coäng söï truyeàn thoâng, caùc baûng naøy goïi laø caùc daãn ñöôøng (routing table) vaø chính cô cheá cuûa noù ñöôïc goïi laø routing. Coù hai loaïi routing laø tónh vaø ñoäng. Trong routing tónh thì baûng laø coá ñònh, noù chæ ñöôøng ñi ñeán caùc subnet keá. Caùc baûng naøy phaûi khai baùo laïi khi co boå sung theâm moät traïm trueàyn thoâng vaøo maïng. Ngöôïc laïi routing ñoäng thì töï ñoäng ñaêng kí ñi ñeán coäng söï truyeàn thoâng môùi vaø töï ñoäng caäp nhaät caùc baûng töông öùng. Caùc chöùc naêng truyeàn thoâng (Communications Functions) Ñaây laø caùc chöùc naêng ñöôïc cung caáp bôûi caùc giao tieáp phaàn meàm maø coù söû duïngcaùc dòch vuï truyeàn thoâng. Coù caùc chöùc naêng truyeàn thoâng nhö : chuyeån döõ lieäu giöõa caùc coäng söï truyeàn thoâng coù caùc döõ lieäu laøm vieäc lieân quan, ñieàu khieån coäng söï truyeàn thoâng caùc traïng thaùi hoaït ñoäng cuûa maïng. Giao thöùc (Protocol) Ñaây laø söï saép xeáp cuï theå theo bit giöõa caùc coäng söï truyeàn thoâng ñeå thöïc thi moät dòch vuï truyeàn thoâng nhaát ñònh. Giao thöùc ñònh nghóa caáu truùc cuûa noäi dung truyeàn thoâng döõ lieäu treân caùp vaät lyù vaø chæ roõ cheá ñoä hoaït ñoäng, thuû tuïc ñeå thieát laäp moät link, toác ñoä truyeàn. Söï töông thích döõ lieäu (Data Consistency) Truyeàn döõ lieäu giöõa caùc thieát bò phaûi ñaûm baûo ñöôïc tính töông thích döõ lieäu. Söï khoâng töông thích döõ lieäu coù theå xaûy ra khi truyeàn thoâng bò ngaét. 5.3.2.2. Phaân loaïi caùc maïng Coù 3 loaïi maïng khaùc nhau ñöôïc xeáp loaïi theo möùc ñoä bao phuû ñòa lyù cuûa noù. Ñoù laø maïng cuïc boä LAN (Local Area Network) maïng trung MAN (Metroplotain Area Network) vaø maïng dieän roäng WAN (Wide Area Network). Chuùng ñöôïc phaân giôùi theo taàm khoaûng caùch truyeàn thoâng ñöôïc phuû nhö sau: LAN < 5km MAN < 25 km WAN > 25 km Xuaát phaùt töø maïng LAN vaø WAN, moät maïng ñöôïc giôùi thieäu ñoù laø maïng FAN. FAN ñöôïc söû duïng trong töï ñoäng hoùa caùc quaù trình ñeå truyeàn thoâng ôû caáp tröôøng (field level) trong moâi tröôøng quaù trình, trong khi ñoù caùc LAN vaø WAN chòu traùch nhieäm lieân laïc trong vaø giöõa caùc caáp cuûa heä phaân caáp ( caùc caáp laøm vieäc, saûn xuaát vaø quaûn lyù). Moâi tröôøng truyeàn 136
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC Söï löïa choïn moâi tröôøng truyeàn vaät lyù chuû yeáu döïa vaøo chieàu daøi ñöôøng truyeàn caàn cho maïng, toác ñoä truyeàn vaø möùc ñoä an toaøn. Caùc moâi tröôøng truyeàn thoâng duïng ñöôïc lieät keâ sau ñaây theo thöù töï tính phöùc taïp vaø hieäu naêng: 2 loõi, khoâng coù xoaén, khoâng coù boïc ( giao tieáp ASI). 2 loõi, coù xoaén, khoâng coù boïc. 2 loõi, coù xoaén, coù boïc (maïng Profibus). Caùp ñoàng truïc (Industrial Ethernet). Caùp sôïi quang (Profibus/ Industrial Ethernet). Khoâng daây ( hoàng ngoaïi IR vaø voâ tuyeán). 3.2.3. Kyõ thuaät truy caäp (access techniques) Kyõ thuaät truy caäp Khi truyeàn thoâng, moãi laàn truyeàn chæ coù (Access techniques) moät böùc ñieän tín (telegram) phaùt ñi treân bus, do ñoù phaûi coù moät heä thoáng xem xeùt traïm bus naøo ñöôïc pheùp phaùt treân bus. Taäp trung Phaân boá Ñeå xaùc ñònh ta phaûi duøng kyõ thuaät truy (Central) (Distributed caäp bus. Caùc kyõ thuaät truy caäp coù theå ñöôïc phaân loaïi nhö moâ taû hình… Master/Slave (chuû/tôù) Taát ñònh Ngaãu nhieân Kyõ thuaät taäp trung ñieån hình laø kyõ thuaät (deterministic) (stochastic) master/slave. Master ñieàu khieån toaøn boä löu thoâng bus. Noù göûi döõ lieäu ñeán caùc Hình 5.3 - Caùc kyõ thuaät truy caäp slave theo kieåu hoûi voøng (polling) söï kieän vaø ñöa cho caùc slave caùc leänh göûi. Thoâng thöôøng truyeàn thoâng lieân laïc tröïc tieáp giöõa caùc slave khoâng theå thöïc hieän. Kyõ thuaät ñieàu khieån master/slave naøy laø raát ñôn giaûn vaø hieäu quaû cao, do ñoù chuùng ñöôïc söû duïng trong caùc bus tröôøng (field bus) nhö PROFIBUS. Master Slave Token passing (truyeàn theû baøi) Slave Slave Token passing laø kyõ thuaät phaân boá taát ñònh. Trong tröôøng hôïp moät token (moät khuoân maãu bit coá ñònh) ñi qua maïng truyeàn Hình 5.4 - Thí duï caáu hình Master/Slave thoâng vaø noù duøng laøm daáu hieäu cho pheùp göûi. Traïm naøo giöõ token seõ ñöôïc pheùp göûi, nhöng phaûi truyeàn token ñi sau moät khoaûng thôøi gian nhaát ñònh. Ñieàu naøy nhaèm ñaûm baûo cho thôøi gian xoay voøng token khoâng bò loá. Neáu nhieàu master vaø slave ñöôïc ñaët caáu hình trong maïng truyeàn thoâng thì chæ coù master ñöôïc quyeàn nhaän token maø thoâi. 137
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC CSMA/CD Kyõ thuaät truy caäp ngaãu nhieân quan troïng nhaát laø kyõ thuaät CSMA/CD (Carrier Sense Multi Access with Collision Detection = Ña truy caäp caûm nhaän soùng mang coù phaùt hieän va chaïm ñöôïc chuaån hoùa thaønh IEEE802.3). Trong tröôøng hôïp naøy baát cöù khi naøo moät traïm naøo ñoù cuõng ñöôïc quyeàn gôûi, mieãn laø khoâng coù traïm naøo khaùc ñang phaùt döõ lieäu ñi. Tuy nhieân coù xung ñoät xaûy ra khi hai traïm cuøng göûi ñi moät luùc maø bus ñang troáng. Trong tröôøng hôïp naøy caû hai traïm phaùt hieän va chaïm baèng caùch giaùm saùt bus, sau ñoù döøng göûi ñi vaø thöû göûi laïi sau khoaûng thôøi gian ñôïi ngaãu nhieân. Nhöõng bus söû duïng CSMA/CD (nhö Industrial Ethernet) thöôøng hoaït ñoäng vôùi toác ñoä truyeàn 10Mbps. 5.3.2.4. Khaùi nieäm Client/Server Khaùi nieäm Client/Server döïa treân nguyeân taéc taùch rieâng chöùc naêng söû duïng (client) döõ lieäu vaø chöùc naêng quaûn lyù (server) döõ lieäu. Muïc ñích cuûa vieäc taùch rieâng caùc chöùc naêng naøy ra laø ñeå taêng naêng suaát phaùt trieån chöông trình user nhö ñònh nghóa coâng vieäc roõ raøng, tích hôïp deã daøng caùc öùng duïng khaùc nhau vaù truy caäp döõ lieäu deã daøng hôn töø nhieàu traïm laøm vieäc. Server Nhieäm vuï cuûa server laø löu tröõ, quaûn lyù döõ lieäu vaø baûo ñaûm caùc chöùc naêng ñaëc bieät khaû duïng, chaúng haïn laø caùc dòch vuï truyeàn thoâng. Client Nhieäm vuï cuûa client laø laøm cho user deã daøng hôn trong vieäc truy caäp toaøn boä heä thoáng maø khoâng caàn bieát phaân boá chi tieát cuûa döõ lieäu vaø caùc chöùc naêng. Model (moâ hình) Trong lónh vöïc töï ñoäng hoùa, nhöõng töông taùc giöõa caùc öùng duïng vaø caùc dòch vuï ñöôïc cung caáp bôûi heä thoáng truyeàn thoâng thöôøng ñöôïc moâ taû baèng caùc moâ hình Client/Server. Trong tröôøng hôïp naøy, öùng duïng coù chöùc naêng Client yeâu caàu vaø Server cung caáp dòch vuï. 5.4. KIEÁN TRUÙC GIAO THÖÙC OSI Treân thöïc teá, khoù coù theå xaây döïng moät moâ hình chi tieát thoáng nhaát veà chuaån giao thöùc vaø dòch vuï cho taát caû caùc heä thoáng truyeàn thoâng, nhaát laø khi caùc heä thoáng raát ña daïng vaø toàn taïi ñoäc laäp. Chính vì vaäy, naêm 1983 toå chöùc tieâu chuaån hoùa quoác teá ISO ñaõ ñöa ra moät kieán truùc giao thöùc vôùi chuaån ISO 7498, ñöôïc goïi laø moâ hình quy chieáu OSI ( Open System Interconnection – Reference Model ) nhaèm hoã trôï vieäc xaây döïng caùc heä thoáng truyeàn thoâng coù khaû naêng töông taùc. Theo moâ hình OSI, chöùc naêng hay dòch vuï cuûa moät heä thoáng truyeàn thoâng ñöôïc chia laøm 7 lôùp, töông öùng vôùi moãi lôùp dòch vuï laø moät lôùp giao thöùc. Caùc lôùp naøy coù theå do phaàn cöùng hoaëc phaàn meàm thöïc hieän, tuy nhieân chuaån naøy khoâng ñeà caäp ñeán chi tieát moät ñoái taùc truyeàn thoâng phaûi thöïc hieän töøng lôùp ñoù nhö theá naøo. Moät lôùp treân thöïc hieän dòch vuï cuûa mình treân cô sôû söû duïng dòch vuï ôû moät lôùp phía döôùi vaø theo ñuùng giao thöùc qui ñònh töông öùng. Thoâng thöôøng caùc dòch vuï caáp thaáp do phaàn cöùng thöïc hieän, trong khi caùc dòch vuï cao caáp do phaàn meàm ( heä ñieàu haønh, phaàn meàm ñieàu khieån, phaàn meàm öùng duïng) ñaûm nhieäm. Vieäc phaân lôùp khoâng nhöõng coù yù nghóa trong vieäc moâ taû, ñoái chieáu caùc heä thoáng truyeàn thoâng maø coøn coù ích cho vieäc thieát keá caùc thaønh phaàn giao dieän maïng. Moät lôùp baát 138
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC kyø trong baûy lôùp coù theå thay ñoåi trong caùch thöïc hieän maø khoâng aûnh höôûng tôùi caùc lôùp khaùc chöøng naøo noù giöõ nguyeân giao dieän vôùi lôùp treân vaø lôùp döôùi noù. Vì ñaây laø moät moâ hình quy chieáu coù tính chaát duøng ñeå tham khaûo khoâng phaûi heä thoáng truyeàn thoâng naøo cuõng thöïc hieän ñaày ñuû caû 7 lôùp ñoù. 5.4.1. Lôùp öÙng duïng ( Application Layer ) Lôùp öùng duïng laø lôùp treân cuøng cuûa moâ hình OSI, coù chöùc naêng cung caáp dòch vuï cao caáp ( treân cô sôû caùc giao thöùc cao caáp ) cho ngöôøi söû duïng vaø caùc chöông trình öùng duïng. Caùc dòch vuï thuoäc lôùp öùng duïng haàu heát ñöôïc thöïc hieän baèng phaàn meàm. 5.4.2. Lôùp giôùi thieäu döõ lieäu ( Presentation Layer ) Chöùc naêng cuûa lôùp bieãu dieãn döõ lieäu laø chuyeån ñoåi caùc daïng bieåu dieãn döõ lieäu khaùc nhau veà cuù phaùp thaønh daïng chuaån nhaèm taïo ñieàu kieän cho caùc ñoái taùc truyeàn thoâng coù theå hieåu ñöôïc nhau maëc duø chuùng söû duïng caùc kieåu döõ lieäu khaùc nhau. Noùi caùch khaùc, lôùp bieåu dieãn döõ lieäu giaûi phoùng söï phuï thuoäc cuûa lôùp öùng duïng vaøo phöông phaùp bieåu dieãn döõ lieäu khaùc nhau. Ngoaøi ra lôùp naøy coøn coù theå cung caáp moät soá dòch vuï baûo maät döõ lieäu, ví duï qua phöông phaùp söû duïng maõ khoùa. 5.4.3. Lôùp luaân phieân ( Session Layer ) Lôùp kieåm soaùt noái coù chöùc naêng kieåm soaùt moái lieân keát truyeàn thoâng giöõa caùc chöông trình öùng duïng bao goàm caùc vieäc taïo laäp, quaûn lyù vaø keát thuùc caùc ñöôøng noái giöõa caùc öùng duïng mang tính logic. Thoâng qua moät moät moái lieân keát vaät lyù ( giöõa hai traïm, giöõa hai nuùt maïng ) coù theå toàn taïi song song nhieàu ñöôøng noái logic. Thoâng thöôøng, kieåm soaùt noái thuoäc chöùc naêng cuûa heä ñieàu haønh. Ñeå thöïc hieän caùc ñöôøng noái giöõa hai öùng duïng ñoái taùc, heä ñieàu haønh coù theå taïo caùc quaù trình tính toaùn song song ( caïnh tranh ). Nhö vaäy, nhieäm vuï ñoàng boä hoùa caùc quaù trình tính toaùn naøy ñoái vôùi vieäc söû duïng chung moät giao dieän maïng cuõng thuoäc chöùc naêng cuûa lôùp kieåm soaùt noái. Chính vì theá, lôùp naøy coøn coù teân laø lôùp ñoàng boä hoùa. 5.4.4. Lôùp vaän chuyeån ( Transport Layer ) Chöùc naêng cuûa lôùp vaän chuyeån laø cung caáp caùc dòch vuï cho vieäc thöïc hieän vaän chuyeån döõ lieäu giöõa caùc chöông trình öùng duïng moät caùch tin caäy bao goàm caû traùch nhieäm khaéc phuïc loãi vaø ñieàu khieån löu thoâng. Nhôø vaäy maø caùc lôùp treân coù theå thöïc hieän ñöôïc caùc chöùc naêng cao caáp maø khoâng caàn quan taâm tôùi cô cheá vaän chuyeån döõ lieäu cuï theå. Caùc nhieäm vuï cuï theå cuûa lôùp vaän chuyeån bao goàm : Quaûn lyù veà teân hình thöùc cho caùc traïm söû duïng. Ñònh vò caùc ñoái taùc truyeàn thoâng qua teân hình thöùc vaø / hoaëc ñòa chæ. Xöû lyù loãi vaø kieåm soaùt doøng thoâng tin, trong ñoù coù caû vieäc laäp laïi quan heä lieân keát vaø thöïc hieän caùc thuû tuïc göûi laïi döõ lieäu khi caàn thieát. Doàn keânh caùc nguoàn döõ lieäu khaùc nhau. Ñoàng boä hoùa giöõa caùc traïm ñoái taùc. 5.4.5. Lôùp maïng ( Network Layer ) Lôùp maïng coù traùch nhieäm tìm ñöôøng ñi toái öu cho vieäc vaän chuyeån döõ lieäu, giaûi phoùng söï phuï thuoäc cuûa caùc lôùp beân treân vaøo phöông thöùc chuyeån giao döõ lieäu vaø coâng ngheä chuyeån maïch duøng ñeå keát noái caùc heä thoáng khaùc nhau. Tieâu chuaån toái öu ôû ñaây hoaøn toaøn döïa treân yeâu caàu cuûa caùc ñoái taùc, ví duï nhö yeâu caàu veà thôøi gian, quaûng ñöôøng, veà giaù 139
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC thaønh dòch vuï hay yeâu caàu veà chaát löôïng dòch vuï. Vieäc xaây döïng vaø huûy boû caùc quan heä lieân keát giöõa caùc nuùt maïng cuõng thuoäc traùch nhieäm cuûa lôùp maïng. Coù theå nhaän thaáy lôùp maïng khoâng coù yù nghóa ñoái vôùi moät heä thoáng truyeàn thoâng coâng nghieäp, bôûi ôû ñaây hoaëc khoâng coù nhu caàu trao ñoåi döõ lieäu giöõa hai traïm thuoäc hai maïng khaùc nhau, hoaëc vieäc trao ñoåi ñöôïc thöïc hieän giaùn tieáp thoâng qua chöông trình öùng duïng ( khoâng thuoäc lôùp naøo trong moâ hình OSI).Vieäc thöïc hieän trao ñoåi döõ lieäu thoâng qua chöông trình öùng duïng xuaát phaùt töø lyù do laø ngöôøi söû duïng ( laäp trình ) muoán coù söï kieåm soaùt tröïc tieáp tôùi ñöôøng ñi cuûa moät böùc ñieän ñeå ñaûm baûo tính naêng thôøi gian thöïc chöù khoâng muoán phuï thuoäc vaøo thuaät toaùn tìm ñöôøng ñi toái öu cuûa caùc router. Cuõng vì vaäy, caùc boä router thoâng duïng trong lieân keát maïng hoaøn toaøn khoâng coù vai troø gì trong caùc heä thoáng bus tröôøng. 5.4.6. Lôùp lieân keát döõ lieäu ( Data Link Layer ) Lôùp lieân keát döõ lieäu coù traùch nhieäm truyeàn daãn döõ lieäu moät caùch tin caäy thoâng qua moái lieân keát vaät lyù, trong ñoù bao goàm vieäc ñieàu khieån vieäc truy caäp moâi tröôøng truyeàn daãn vaø baûo toaøn döõ lieäu. Lôùp lieân keát döõ lieäu thöôøng ñöôïc chia thaønh hai lôùp con töông öùng vôùi hai chöùc naêng noùi treân : Lôùp ñieàu khieån truy nhaäp moâi tröôøng ( medium access control, MAC ) vaø lôùp ñieàu khieån lieân keát logic ( logical link control, LLC ). Trong moät soá heä thoáng, lôùp lieân keát döõ lieäu coù theå ñaûm nhieäm theâm caùc chöùc naêng khaùc nhö kieåm soaùt löu thoâng vaø ñoàng boä hoùa vieäc chuyeån giao caùc khung döõ lieäu. Ñeå thöïc hieän chöùc naêng baûo toaøn döõ lieäu, thoâng tin nhaän ñöôïc töø lôùp phía treân ñöôïc ñoùng goùi thaønh caùc böùc ñieän coù chieàu daøi hôïp lyù ( frame ). Caùc khung döõ lieäu naøy chöùa caùc thoâng tin boå sung phuïc vuï muïc ñích kieåm loãi, kieåm soaùt löu thoâng vaø ñoàng boä hoùa. Lôùp lieân keát döõ lieäu beân phía nhaän thoâng tin seõ döïa vaøo caùc thoâng tin naøy ñeå xaùc ñònh tính chính xaùc cuûa döõ lieäu, saép xeáp caùc khung laïi theo ñuùng trình töï vaø khoâi phuïc laïi thoâng tin ñeå chuyeån tieáp leân lôùp treân noù. 5.4.7. Lôùp vaät lyù ( Physical Layer ) Lôùp vaät lyù laø lôùp cuoái cuøng trong moâ hình phaân lôùp chöùc naêng truyeàn thoâng cuûa moät traïm thieát bò. Lôùp naøy ñaûm nhaän toaøn boä coâng vieäc truyeàn daãn döõ lieäu baèng phöông tieän vaät lyù. Caùc quy ñònh ôû ñaây moâ taû giao dieän vaät lyù giöõa moät traïm thieát bò vaø moâi tröôøng truyeàn thoâng : Caùc chi tieát veà caáu truùc maïng ( bus, caây, hình sao, … ) Chuaån truyeàn daãn ( RS485, IEC 1158 – 2 , truyeàn caùp quang, … ) Phöông phaùp maõ hoùa bit ( daûi roäng / daûi cô sôû / daûi mang, ñoàng boä / khoâng ñoàng boâ ) Caùc toác ñoä truyeàn cho pheùp Giao dieän cô hoïc ( phích caém, giaéc caém, … ) Lôùp vaät lyù caàn ñöôïc chuaån hoùa sao cho moät heä thoáng truyeàn thoâng coù söï löïa choïn giöõa moät vaøi khaû naêng khaùc nhau. Trong heä thoáng bus tröôøng, söï löïa choïn naùy khoâng lôùn quaù, haàu heát döïa treân moät vaøi chuaån vaø kyõ thuaät cô baûn. 5.5. CAÙC HEÄ THOÁNG BUS TIEÂU BIEÅU 5.5.1. PROFIBUS PROFIBUS laø moät heä thoáng bus tröôøng ñöôïc phaùt trieån taïi Ñöùc töø naêm 1987 vaø ñöôïc chuaån hoaù trong DIN 19245. Chuaån quoác gia naøy ñaõ trôû thaønh chuaån chaâu AÂu EN 50170 140
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC trong naêm 1996 vaø chuaån quoác teá IEC 61158 vaøo ñaàu naêm 2000. Vôùi muïc ñích quaûng baù cuõng nhö hoã trôï phaùt trieån vaø söû duïng saûn phaåm töông thích PROFIBUS, moät hieäp hoäi ngöôøi duøng ñaõ ñöôïc thaønh laäp mang teân PROFIBUS Nutzerorganisation ( PNO ). PROFIBUS ñònh nghóa caùc ñaëc tính cuûa moät heä thoáng bus duøng keát noái caùc thieát bò tröôøng vôùi caùc thieát bò ñieàu khieån vaø giaùm saùt. PROFIBUS laø moät heä thoáng nhieàu chuû ( Multi Master ), cho pheùp caùc thieát bò ñieàu khieån töï ñoäng, caùc traïm kyõ thuaät vaø hieån thò quaù trình cuõng nhö caùc phuï kieän phaân taùn cuøng laøm vieäc treân cuøng maïng bus. Hai loaïi thieát bò ñöôïc phaân bieät laø : Caùc thieát bò chuû ( master ) coù khaû naêng kieåm soaùt truyeàn thoâng treân bus. Moät traïm chuû coù theå göûi thoâng tin khi noù giöõ quyeàn truy nhaäp bus. Moät traïm chuû coøn ñöôïc goïi laø traïm tích cöïc. Caùc thieát bò tôù ( slave ) laø caùc thieát bò tröôøng nhö vaøo / ra phaân taùn, caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh. Chuùng khoâng ñöôïc nhaän quyeàn truy caäp bus maø chæ ñöôïc pheùp xaùc nhaän hoaëc traû lôøi moät thoâng tin nhaän töø traïm chuû khi ñöôïc yeâu caàu. Moät traïm tôù ñöôïc goïi laø traïm thuï ñoäng. Moät traïm tôù chæ phaûi thöïc hieän ít dòch vuï hôn, töùc xöû lyù giao thöùc ñôn giaûn hôn so vôùi caùc traïm chuû, vì vaäy giaù thaønh thöôøng thaáp hôn nhieàu. PROFIBUS bao goàm ba loaïi thöông thích vôùi nhau laø PROFIBUS – FMS, PROFIBUS – DP, PROFIBUS – PA. Trong khi PROFIBUS – FMS ñöôïc duøng chuû yeáu cho vieäc noái maïng caùc maùy tính ñieàu khieån vaø ñieàu khieån giaùm saùt, thì PROFIBUS – DP ñöôïc xaây döïng toái öu cho vieäc keát noái caùc thieát bò tröôøng vôùi caùc maùy tính ñieàu khieån. PROFIBUS – PA laø kieåu ñaëc bieät ñöôïc söû duïng trong caùc lónh vöïc töï ñoäng hoaù caùc quaù trình coù moâi tröôøng deå chaùy noå, ñaëc bieät trong coâng nghieäp cheá bieán. Neáu khoâng keå tôùi giaù thaønh thieát bò töông ñoái cao, thì PROFIBUS laø giaûi phaùp chuaån, ñaùng tin caäy cho nhieàu phaïm vi öùng duïng khaùc nhau, ñaëc bieät laø öùng duïng coù yeâu caàu cao veà tính naêng thôøi gian thöïc. 5.5.2. CAN CAN ( Controller Area Network ) xuaát phaùt laø moät phaùt trieån chung cuûa hai haõng Bosch vaø Intel phuïc vuï vieäc noái maïng trong caùc phöông tieän giao thoâng cô giôùi ñeå thay theá caùch noái ñieåm – ñieåm coå ñieån, sau ñöôïc chuaån hoaù quoác teá trong ISO 11898. Trong moät soá chuûng loaïi oâtoâ côõ lôùn, chieàu daøi daây daãn toång coäng trong caùch noái ñieåm – ñieåm coù theå leân tôùi vaøi km, tính rieâng khoái löôïng daây leân tôùi haøng traêm kg. Chæ caàn quan taâm tôùi yeáu toá naøy cuõng thaáy hieäu quaû cuûa vieäc söû duïng moät heä thoáng bus tröôøng nhö CAN. Nhôø toác ñoä truyeàn daãn töông ñoái cao ôû khoaûng caùch ngaén cuõng nhö öu theá ôû moät soá ñaëc tính kyõ thuaät khaùc maø coâng ngheä naøy cuõng ñaõ tham nhaäp ñöôïc vaøo moät soá lónh vöïc töï ñoäng hoaù quaù trình coâng nghieäp. 5.5.3. DeviceNet DeviceNet laø moät heä thoáng bus ñöôïc haõng Allen – Bradley phaùt trieån döïa treân cô sôû cuûa CAN, duøng noái maïng cho caùc thieát bò ñôn giaûn ôû caáp chaáp haønh. Sau naøy, chuaån DeviceNet ñaõ ñöôïc chuyeån sang daïng môû döôùi söï quaûn lyù cuûa hieäp hoäi ODVA ( Open DeviceNet Vendor Association ) vaø ñöôïc döï thaûo chuaån hoaù IEC 62026 – 3 . DeviceNet khoâng chæ ñôn thuaàn laø chuaån giao thöùc cho lôùp öùng duïng cuûa CAN maø coøn boå sung moät soá chi tieát thöïc hieän lôùp vaät lyù vaø ñöa ra caùc phöông thöùc giao tieáp kieåu tay ñoâi ( peer – to – peer ) hoaëc chuû / tôù ( Master / Slave ). Caáu hình maïng laø ñöôøng truïc / ñöôøng nhaùnh, trong 141
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC ñoù chieàu daøi ñöôøng nhaùnh haïn cheá döôùi 6m, ba toác ñoä truyeàn quy ñònh laø 125 Kbps, 250 Kbps, 500 Kbps, töông öùng vôùi caùc chieàu daøi toái ña cuûa ñöôøng truïc laø 500m, 250m, 100m. Moät maïng DeviceNet cho pheùp gheùp noái toái ña 64 traïm. Khaùc vôùi CAN, moãi thaønh vieân trong moät maïng DeviceNet ñöôïc ñaët moät ñòa chæ trong khoaûng 0 – 63, ñöôïc goïi laø MAC –ID ( Medium Access Control Identifier ). Vieäc boå sung hay boû ñi moät traïm coù theå thöïc hieän ngay trong khi maïng coøn ñoùng nguoàn. 5.5.4. MODBUS Modbus laø moät giao thöùc cuûa haõng Modicon phaùt trieån. Theo moâ hình ISO / OSI thì Modbus thöïc chaát laø moät chuaån giao thöùc vaø dòch vuï thuoäc lôùp öùng duïng, vì vaäy coù theå ñöôïc thöïc hieän treân caùc cô cheá vaän chuyeån caáp thaáp nhö TCP / IP, MAP ( Manufactoring Message Protocol ), Modbus Plus vaø ngay caû qua ñöôøng truyeàn noái tieáp RS232. Modbus ñònh nghóa moät taäp hôïp roäng caùc dòch vuï phuïc vuï trao ñoãi döõ lieäu quaù trình, döõ lieäu ñieàu khieån vaø döõ lieäu chuaån ñoaùn. Taát caû caùc boä ñieàu khieån cuûa Modicon ñeàu söû duïng Modbus laø ngoân nguõ chung. Modbus moâ taû quaù trình giao tieáp giöõa moät boä ñieàu khieån vôùi caùc thieát bò khaùc thoâng qua co cheá yeâu caàu/ ñaùp öùng. Vì lyù ñôn giaûn neân Modbus coù aûnh höôûng töông ñoái maïnh ñoái vôùi caùc heä PLC cuûa caùc nhaøsaûn xuaát khaùc. Cuï theå, trong moãi PLC ngöôøi ta cuõng coø theå tìm thaáy moät taäp hôïp con caùc dòch cuï ñaõ ñöa ra trong Modbus. Ñaëc bieät trong caùc heä thoáng thu thaäp döõ lieäu vaø ñieàu khieån giaùm saùt (SCADA), Modbus hay ñöôïc suû duïng treïn caùc ñöôøng truyeàn RS-232 gheùp noái giöõa caùc thieát bò döõ lieäu ñaàu cuoái (PLC, PC, RTU) vôùi thieát bò truyeàn döõ lieäu (Modem). 5.5.5. Interbus – S Interbus-S laø moät phaùt trieån rieâng cuûa haõng Phoenix Contac, nhöng ñaõ nhanh choùng thaønh coâng treân caû phöông dieän öùng duïng vaø chuaån hoaù. Öu theá ñaëc bieät cuûa Interbus-S laø khaû naêng keát maïng nhieàu chuûng loaïi thieát bò khaùc nhau vaø giaù thaønh vöøa phaûi, trong khi caùc ñaëc tính thôøi gian khoâng thua keùm caùc heä thoáng khaùc. Interbus-S coù theå duøng xuyeân suoát cho moät heä thoáng töï ñoäng hoaù phaân taùn phöùc taïp, khoâng phuï thuoäc vaøo moâ hình phaân caáp. Tuy nhieân, troïng taâm öùng duïng cuûa Interbus-S naèm ôû caáp chaáp haønh, vì vaäy ñöôïc xeáp vaøo phaïm truø bus caûm bieán/chaáp haønh. Ñaëc bieät, keát hôïp vôùi xu höôùng ñieàu khieån duøng trong maùy tính caù nhaân, Interbus-S laø moät giaûi phaùp raát ñaùng quan taâm. 5.5.6. ASI AS-I (Actuator Sensor Interface) laø keát quaû phaùt trieån hôïp taùc cuûa 11 haõng saûn xuaát caùc thieát bò caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh coù teân tuoåi trong coâng nghieäp, trong ñoù coù Siemens AG, Festo KG, Perperl & Fuchs GmbH. Nhö teân goïi cuûa noù phaàn naøo dieãn taû muïc ñích söû duïng duy nhaát cuûa AS – I laø keát noái caùc thieát bò caûm bieán vaø chaáp haønh soá vôùi caáp ñieàu khieån. Töø moät thöïc teá laø hôn 80% caûm bieán vaø cô caáu chaáp haønh trong moät heä thoáng maùy moùc laøm vieäc vôùi caùc bieán logic cho neân vieäc noái maïng chuùng tröôùc heát phaûi ñaùp öùng yeâu caàu veà giaù thaønh cuõng nhö laép ñaët, vaän haønh vaø baûo döôõng ñôn giaûn. Vì theá, caùc tính naêng kyõ thuaät ñöôïc ñaët ra laø : Khaû naêng ñoàng taûi nguoàn, töùc döõ lieäu vaø doøng nuoâi cho toaøn boä caùc caûm bieán vaø moät phaàn lôùn caùc cô caáu chaáp haønh phaûi ñöôïc truyeàn taûi treân cuøng moät caùp hai daây. Phöông phaùp truyeàn taûi phaûi thaät beàn vöõng trong moâi tröôøng coâng nghieäp nhöng khoâng ñoøi hoûi cao veà chaát löôïng ñöôøng truyeàn. 142
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC Cho pheùp thöïc hieän caáu truùc maïng ñöôøng thaúng cuõng nhö hình caây. Caùc thaønh phaàn giao dieän maïng coù theå thöïc hieän vôùi giaù caû raát thaáp. Caùc boä noái phaûi nhoû, goïn, ñôn giaûn vaø giaù caû raát hôïp lyù. Vôùi caùc heä thoáng bus ñaõ coù, caùc yeâu caàu treân chöa ñöôïc aùp duïng moät caùch thoûa ñaùng. Ñoù chính laø ñoäng löïc cho vieäc hôïp taùc phaùt trieån heä bus môùi AS – i. Theá maïnh cuûa AS – i laø söï ñôn giaûn trong thieát keá, laép ñaët vaø baûo döôõng cuõng nhö giaù thaønh thaáp, nhôø moät phöông phaùp truyeàn thoâng ñaëc bieät cuõng nhö moät kyõ thuaät ñieän cô môùi. 5.6. GHEÙP CAÙC MAÏNG Ñeå ñaûm baûo thoâng tin lieân tuïc giöõa caùc Traïm C Traïm A subnet khaùc nhau trong ÖÙng duïng ÖÙng duïng quaù trình truyeàn thoâng Giôùi thieäu Giôùi thieäu caàn coù caùc phaàn töû gheùp ñaëc bieät. Phuï thuoäc vaøo Luaân phieân Luaân phieân ñoä phöùc taïp cuûa vieäc Vaän chuyeån Vaän chuyeån gheùp vaø söï khaùc bieät cuûa Maïng Maïng Lieân keát Repeater Lieân keát caùc subnet ñöôïc gheùp maø caùc phaàn töû gheùp maïng Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù ñöôïc söû duïng coù theå laø Repeater, Bridge hoaëc A C gateway. Subnet R Repeater Repeater sao cheùp laïi thoâng tin nhaän ñöôïc Network qua caùp göûi ñeán phía Hình 5.5-Repeater phaûi gheùp vaø khueách ñaïi Traïm A Traïm C noù trong quaù trình. Taát caû caùc lôùp cuûa traïm ÖÙng duïng ÖÙng duïng truyeàn thoâng khoâng nhìn Giôùi thieäu Giôùi thieäu thaáy söï hoaït ñoäng cuûa Luaân phieân Luaân phieân repeater, nghóa laø lôùp vaät Vaän chuyeån Vaän chuyeån Bridge lyù cuûa caû hai maïng phaûi Maïng Maïng gioáng nhau. Ngöôøi ta Lieân keát Lieân keát Lieân keát thöôøng duøng repeater ñeå Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù môû roäng moät subnet coù saün, thí duï moät heä thoáng A B C bus. Bridge Subnet Ngöôøi ta söû duïng caùc bridge ñeå gheùp caùc Network subnet coù cuøng protocol Hình5.6 - Bridge trong lôùp Data link 143
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC (LLC). Moâi tröôøng truyeàn vaø kyõ thuaät truy caäp bus (MAC) cuûa caùc subnet ñöôïc lieân keát coù theå khaùc nhau. Caùc Bridge thöôøng ñöôïc söû duïng khi caùc maïng cuïc boä coù caùc topology khaùc nhau ñöôïc noái keát laïi hoaëc khi caùc caáu truùc Traïm A Traïm C ñaëc bieät phaûi ñöôïc keát ÖÙng duïng ÖÙng duïng noái vôùi caùc subnet qua Giôùi thieäu Giôùi thieäu caùc öùng duïng ñaëc bieät. Luaân phieân Luaân phieân Router Router Vaän chuyeån Vaän chuyeån Router ñöôïc duøng Maïng Maïng Maïng ñeå noái caùc maïng ISO Lieân keát Lieân keát Lieân keát Lieân keát khaùc nhau ôû caùc lôùp 1 Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù vaø 2. Router cuõng xaùc ñònh toái öu ñöôøng truyeàn thoâng, toái öu moät thoâng A R C ñieäp qua moät maïng hieän coù (routing). Subnet Khoaûng caùch ngaén nhaát Network hoaëc trì hoaõn truyeàn nhoû Hình 5.7 - Router nhaát coù theã laøm tieâu chuaån cho con ñöôøng Gateway Traïm C Traïm A toái öu. Router thöïc hieän coâng vieäc cuûa noù baèng ÖÙng duïng Maïng ÖÙng duïng caùch thay ñoåi ñòa chæ Giôùi thieäu Giôùi thieäu Giôùi thieäu Giôùi thieäu nguoàn vaø ñòa chæ ñích ôû Luaân phieân Phieân Phieân Luaân phieân lôùp maïng. Vaän chuyeån Vaänchuyeån Vaänchuyeån Vaän chuyeån Gateway Maïng Maïng Maïng Maïng Gateway duøng ñeå Lieân keát Lieân keát Lieân keát Lieân keát noái keát caùc network coù Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù Vaät lyù caáu truùc khaùc nhau, nghóa laø coù theå keát noái A G C hai subnet khaùc nhau baát kyø. Trong moâ hình Subnet chuaån cuûa ISO thì coâng vieäc cuûa gateway laø Network chuyeån ñoåi caùc protocol Hình 5.8-Gateway cuûa caùc lôùp. Gateway cuõng cho pheùp keát noái caùc maïng chuaån ISO vôùi khoâng phaûi ISO. 5.7. MAÏNG SIMATIC 5.7.1. Caùc lónh vöïc öùng duïng cuûa caùc subnet Simatic cung caáp caùc caáp maïng theo caùc yeâu caàu khaùc nhau: Industrial Ethernet (IEEE802.3) 144
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC Profibus (EN 50170)/MPI Giao tieáp AS (EN 50295) Caùc yeâu caàu cho töï ñoäng hoùa ñöôïc phaân loaïi theo caáp töï ñoäng hoùa nhö hình… Caáp quaûn trò maïng (Management Level) ÔÛ caáp quaûn trò, caùc coâng vieäc giaùm saùt ñöôïc xöû lyù thì aûnh höôûng ñeán toaøn boä caùc coâng vieäc. Chuùng bao goàm löu tröõ caùc giaù trò, thoâng soá quaù trình cuõng nhö toái öu hoùa vaø phaân tích caùc chöùa naêng xöû lyù, xuaát caùc keát quaû thaønh baùo caùo, in aán vaø truyeàn taûi thoâng tin. Caáp cell ÔÛ caáp naøy, caùc chöùa naêng töï ñoäng hoùa vaø toái öu hoùa ñöôïc xöû lyù töï ñoäng. Caáp naøy caùc PLC, PC vaø HMI ñöôïc noái keát laïi vôùi nhau. Caáp Field Caáp field laø caáp noái keát giöõa nhöõng nôi laép ñaët caùc maùy moùc vaø caùc PLC. Caùc thieát bò tröôøng ño löôøng, baùo hieäu vaø phaùt caùc leänh töø caáp cell ñeán caùc maùy moùc. ÔÛ caáp naøy thöôøng saép xeáp truyeàn thoâng phaân caáp, nghóa laø nhieàu thieát bò tröôøng truyeàn thoâng vôùi moät master. Management Caáp Process level Caáp naøy chính laø caáp cuûa Actuator/Sensor, ôû caáp naøy thì Industrial Ethernet master truyeàn thoâng vôùi caùc actuator Cell vaø sensor ñöôïc noái vaøo subnet. Ñaëc level ñieåm laø thôøi gian ñaùp öùng nhanh vôùi soá bit döõ lieäu nhoû. PROFIBUS Field 5.7.2. Caùc subnet trong SIMATIC level Simatic cung caáp caùc subnet sau maø chuùng ñaït ñöôïc caùc yeâu caàu cuûa caùc caáp heä thoáng töï ñoäng khaùc AS-Interface nhau. Process MPI (Multipoint Interface) level MPI laø moät subnet cho vaøi traïm nhoû ô caùc caáp cell vaø field. MPI laø giao tieáp ña ñieåm ñöôïc thieát keá vôùi keát noái moät soá ít CPU vôùi caùc thieát bò laäp trình nhaèm trao ñoåi caùc khoái döõ lieäu nhoûvôùi toác ñoä truyeàn thaáp (
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC Profibus-DP fieldbus ñeå trao ñoåi döõ lieäu tuaàn hoaøn vaø toác ñoä cao, vaø Profibus-PA töï ñoäng quaù trình cho caùc öùng duïng voán coù saün an toaøn. Industrial Ethernet Industrial Ethernet laø maïng cung caáp quaûn trò vaø caáp cell trong heä truyeàn thoâng môû Simatic. Industrial Ethernet thích hôïp cho vieäc trao ñoåi döõ lieäu coù löôïng döõ lieäu lôùn vaø giuùp truyeàn töø moät site naøy tôùi site khaùc qua caùc gateway. Lieân keát ñieåm – ñeán – ñieåm (Point to point link) Lieân keát ñieåm – ñeán – ñieåm veà kyõ thuaät khoâng phaûi laø moät subnet. Trong Simatic lieân keát naøy ñöôïc caøi ñaët qua boä xöû lyù truyeàn thoâng (CP) ñieåm – ñeán – ñieåm maø ôû ñoù hai traïm ñöôïc lieân keát vôùi nhau. 146
ÑIEÀU KHIEÅN LAÄP TÌNH PLC - MAÏNG PLC Chöông 5 – Khaùi quaùt maïng PLC Taøi lieäu tham khaûo: [1]. Andrew S.Tanenbaum, “Computer Networks” Prentice Hall. [2]. “Industrial Communication” Siemens, Germany. [3]. William Stalling, “Data and Computer Communication” Prentice Hall. [4]. Paul Bates, P.Eng, “ Practical Digital and Data Communications” Prentice Hall. 147