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

Chia sẻ: Bui Thanh Tu | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

269
lượt xem 129
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong mạng Simatic, đã đưa các giải pháp cho mạng truyền thông công nghiệp như: Profibus, Ethernet, AS-i... nhằm kết nối các thiết bị trường với các thiết bị ở cấp điều khiển, các thiết bị ở cấp điều khiển giám sát và các thiết bị ở cấp quản lý.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: 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 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