Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 21
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,
phÇn thiÕt bÞ phÇn cøng vµ ph ¬ng ph¸p ghÐp nèi ® îc tr×nh bµy trong
ch ¬ng 5
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
tiÕng trªn thÕ giíi nh : Siemens AG, Festo KG...§©y lµ hÖ thèng Bus
tr êng dïng cho giao tiÕp gi÷a c¸c thiÕt bÞ ë cÊp hiÖn tr êng 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
AS
-
i
Profibus
Ethernet
(Ethernet, IEEE 802.3)
H×nh 2.0.
Ph©n tÇng c¸c m¹ng ®iÓn h×nh trong Simatic -net
Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 22
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 tr ng 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
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
I4 I3 I2 I1 I0 P Stop
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
2 CB Lµ bit ®iÒu khiÓn
3 A0 - A4
Lµ c¸c bÝt dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®Þa chØ tr¹m tí
4 I0 - I4 C¸c bÝt x¸c ®Þnh th«ng tin yªu cÇu tr¹m tí
5 P BÝt kiÓm tra ch½n lÎ
6 Stop ®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù kÕt thóc cña khung truyÒn, nã cã
gi¸ trÞ lµ 1
Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 23
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
M« t¶
1 Start ®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù khëi ®Çu cña khung truyÒn, nã cã
gi¸ trÞ lµ 0
2 S0 - S3 Th«ng tin tr¶ lêi vÒ tr¹m chñ
3 P BÝt kiÓm tra ch½n lÎ
4 Stop ®©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.
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 (th êng 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
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 24
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 tr êng dÔ ch¸y næ.
3.1. CÊu tróc giao thøc Profibus
Profibus - FMS Profibus - DP
Profibus- PA
Líp 7 Fieldbus Message Specification
Líp 3 – 6
Líp 2 Fieldbus Data Link (FDL)
Líp 1 RS-48S/ C¸p quang IEC 1158-2
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 th êng tring kho¶ng 9.6 – 500Kb/s vµ sè l îng tr¹m tèi ®a lµ
127, nã sö dông ph ¬ng ph¸p m· ho¸ NRZ.
Quan hÖ gi÷a tèc ®é truyÒn vµ chiÒu dµi d©y dÉn thÓ hiÖn trªn b¶ng sau:
Tèc ®é (Kb/s) 9.6, 19.2, 45.45,
93.75
187.5
500 1500 3000, 6000,
12000
ChiÒu dµi (m) 1200 1000
400 200 100
Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET
Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 25
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
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.
+ 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 th êng.
DÞch vô CSRD lµ dÞch vô trao ®æi d÷ liÖu tuÇn hoµn víi môc ®Ých hç trî
viÖc trao ®æi d÷ liÖu qu¸ tr×nh ë cÊp chÊp hµnh, gi÷a c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn,
Controller
PC
PC
Controller
M
Drive
Sensor
Sensor
Actuator
M
Drive
V
Transmiter
M
Drive
Sensor
H×nh 2.4.
CÊu tróc ®iÓn h×nh vÒ hÖ thèng m¹ng Profibus
