Mạng truyền thông công nghiệp P2

Chia sẻ: Nguyen Hoang | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

448
lượt xem 260
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các bus tiêu biểu của hệ thống mạng Simaticnet : Trong mạng Simatic , đã đưa các giải pháp cho mạng truyền thông công nghiệp như Profibus, Ethernet . .. .

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Mạng truyền thông công nghiệp P2

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 trêng 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 Ethernet (Ethernet, IEEE 802.3) Profibus AS - i H×nh 2.0. Ph©n tÇng c¸c m¹ng ®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 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 Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 21
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 trêng. §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 lîng 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 Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 22
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 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 trêng ®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 ngêi sö dông ®· ®îc thµnh lËp mang tªn Profibus International víi h¬n 1000 thµnh viªn. Ngµy nay Profibus lµ hÖ thèng Bus trêng 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 trêng 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 (thêng 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. Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 23
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 trêng 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 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 tîng 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 trêng 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. 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, 187.5 500 1500 3000, 6000, 93.75 12000 ChiÒu dµi (m) 1200 1000 400 200 100 Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 24
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 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. Controller PC PC Controller M M V M Drive Sensor Sensor Actuator Drive Transmiter Drive Sensor H×nh 2.4. CÊu tróc ®iÓn h×nh vÒ hÖ thèng m¹ng Profibus + 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 viÖc trao ®æi d÷ liÖu qu¸ tr×nh ë cÊp chÊp hµnh, gi÷a c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn, Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 25
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 biÖt ®¸nh dÊu Token ®îc quy ®Þnh nh sau: - Khung cã chiÒu dµi th«ng tin cè ®Þnh, kh«ng mang d÷ liÖu SD1 DA SA FC FCS ED - Khung cã chiÒu dµi th«ng tin cè ®Þnh, mang 8 byte d÷ liÖu SD3 DA SA FC DU FCS ED - Khung cã chiÒu dµi th«ng tin kh¸c nhau, mang 1 - 246 byte d÷ liÖu SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU 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 LE Length ChiÒu dµi d÷ liÖu (4- 249 byte) LER Length Repeated ChiÒu dµi truyÒn l¹i DA Destination Address §Þa chØ tr¹m nhËn, tõ 0 – 127 SA Source Address §Þa chØ tr¹m göi, tõ 0 – 127 DU Data Unit §¬n vÞ d÷ liÖu FC Frame Control KiÓm tra khung FCS Frame Check KiÓm so¸t lçi Sequence ED 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 mµ Profibus-DP sÏ ®îc tr×nh bµy chi tiÕt. Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 26
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 MSB Stop bit 0 a1 a2 ... a8 P 1 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 híng 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 híng ®èi tîng theo c¬ chÕ Client/Server. ý nghÜa cña giao tiÕp híng ®èi tîng lµ quan ®iÓm 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 tîng. ViÖc truy nhËp vµo ®èi tîng cã thÓ thùc hiÖn theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau, mét ph¬ng ph¸p hiÖu qu¶ lµ truy cËp ®èi tîng 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) §©y lµ m« h×nh trõu tîng 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 Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 27
Chæång 2. Caïc bus tiãu biãøu cuía hãû thäúng maûng SIMATICNET ®èi tîng VFD chøa tÊt c¶ c¸c ®èi tîng giao tiÕp vµ danh môc m« t¶ c¸c ®èi tîng giao tiÕp cã thÓ truy cËp qua c¸c dÞch vô. Mét ®èi tîng VFD ®îc s¾p xÕp t¬ng øng víi ®óng mét qu¸ tr×nh øng dông. Mét thiÕt bÞ thùc cã thÓ chøa nhiÒu ®èi tîng 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 díi h×nh thøc cã nèi theo c¬ chÕ Client/Server. Mét Client ®îc hiÓu lµ mét ch¬ng tr×nh øng dông göi yªu cÇu ®Ó truy nhËp ®èi tîng. 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. 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 trêng 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 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, nhng chØ cã 1 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 thÝch vµ kh¶ n¨ng thay thÕ lÉn nhau cña thiÕt bÞ. Chóng ®îc x¸c ®Þnh 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 an toµn. Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 28
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 thêng 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 lît 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 lît 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 vïng nhí ®Öm d÷ liÖu ®Çu vµo cho tíi khi nhËn ®îc lÖnh FREEZE tiÕp 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 cña tr¹m. Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 29
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 trêng 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 (³10mA) 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 CÊu tróc m¹ng thêng 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 nhng 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. Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 30
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 Tèc ®é D¶i truyÒn Lo¹i c¸p Kho¶ng c¸ch truyÒn t¶i truyÒn (m) (Mb/s) 1 1BASE5 1 Baseband C¸p UTP 500/topo h×nh sao 2 10BASE5 10 Baseband C¸p ®ång 500/segment trôc bÐo topo d¹ng bus (d>10mm), 50W 3 10BASE2 10 Baseband C¸p ®ång 185/segment trôc gÇy topo d¹ng bus 4 10BASE-F 10 Baseband C¸p quang 4000 10BASE- FL(Fiber Link) 10BASE- FB(Backbone) 10BASE- FP(Passive) 5 10BROAD36 10 Broadband C¸p ®ång 1800/ topo trôc, 75W d¹ng Bus 6 10BASE-T 10 Baseband C¸p UTP 100/ topo d¹ng sao 7 100BASE-T 100 Baseband C¸p UTP 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 sên xuèng. 4.2. C¬ chÕ giao tiÕp 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 thùc hiÖn c¸c giao thøc vµ dÞch vô phÝa trªn. MÆt kh¸c ph¬ng ph¸p truy Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 31
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: Preamble SFD DA SA Length LLC data PAD FCS 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 15 bÝt ®Þa chØ I/G = 0, §Þa chØ riªng biÖt I/G = 1, §Þa chØ nhãm H×nh 2.7. D¹ng ®Þa chØ 16 bit I/G U/L 46 bÝt ®Þa chØ U/L = 0, Globally Administrered Address 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 100BASE-T4 §«i d©y xo¾n h¹ng 3 100 2 100BASE-TX §«i d©y xo¾n h¹ng 5 100 3 100BASE-FX 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 tõ khung MAC ®îc m· ho¸ l¹i thµnh c¸c tæ hîp 5 bit trªn ®êng 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 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. Nguyãùn Kim AÏnh & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN 33