Giáo trình Mạng truyền thông trong công nghiệp - Chương 2: Các Bus tiêu biểu của hệ thống mạng Simatic-net

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

Ch-¬ng 2

CÁC BUS TIÊU BIỂU CỦA HỆ THỐNG MẠNG SIMATICNET

1. Tæng quan chung vÒ m¹ng Simatic

Trong m¹ng Simatic, ®· ®-a c¸c gi¶i ph¸p cho m¹ng truyÒn th«ng c«ng

nghiÖp nh-: Profibus, Ethernet, AS-i... nh»m kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ tr-êng víi

c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn , c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t vµ c¸c

thiÕt bÞ ë cÊp qu¶n lÝ

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

cøng còng nh- phÇn mÒm t-¬ng øng.

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

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

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

Nguyãùn Kim AnÏ h & 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 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

3

4

5

6

CB

Lµ bit ®iÒu khiÓn

A0 - A4 Lµ c¸c bÝt dïng ®Ó x¸c ®Þnh ®Þa chØ tr¹m tí

I0 - I4

P

C¸c bÝt x¸c ®Þnh th«ng tin yªu cÇu tr¹m tí

BÝt kiÓm tra ch½n lÎ

Stop

®©y lµ bÝt ®¸nh dÊu sù kÕt thóc cña khung truyÒn, nã cã

gi¸ trÞ lµ 1

Nguyãùn Kim AnÏ h & 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

3

4

S0 - S3

P

Th«ng tin tr¶ lêi vÒ tr¹m chñ

BÝt kiÓm tra ch½n lÎ

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.

Nguyãùn Kim AnÏ h & 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 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)

ChiÒu dµi (m)

9.6, 19.2, 45.45,

93.75

187.5 500

1000 400

1500

200

3000, 6000,

12000

1200

100

Nguyãùn Kim AnÏ h & 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

M

V

Drive Sensor

Transmiter

Sensor

Actuator

Sensor

Drive

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 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,

Nguyãùn Kim AnÏ h & 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 tr-êng trong khung ®-îc chØ ra trªn b¶ng sau:

Ký hiÖu

Tªn

ý nghÜa

SD1...SD4 Start Delimiter

Byte khëi ®Çu ®Ó ph©n biÖt c¸c lo¹i khung:

SD1=10H, SD2=68H, SD3=A2H; SD4=DCH

ChiÒu dµi d÷ liÖu (4- 249 byte)

ChiÒu dµi truyÒn l¹i

LE

Length

LER

DA

SA

Length Repeated

Destination Address §Þa chØ tr¹m nhËn, tõ 0 – 127

Source Address

Data Unit

§Þa chØ tr¹m göi, tõ 0 – 127

§¬n vÞ d÷ liÖu

DU

FC

Frame Control

Frame Check

Sequence

KiÓm tra khung

FCS

KiÓm so¸t lçi

ED

End Delimiter

Byte kÕt thóc, ED=16H

B¶ng 2.2. ý nghÜa c¸c tr-êng 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 AnÏ h & 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

a1

MSB

a8

Stop bit

1

0

a2

...

P

Data bit

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

3.4. Profibus-FMS

§©y lµ Bus hÖ thèng dïng ®Ó kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn gi¸m

s¸t víi nhau vµ víi c¸c thiÕt bÞ ë cÊp ®iÒu khiÓn, do ®Æc ®iÓm cña giao tiÕp

gi÷a c¸c cÊp nµy mµ d÷ liÖu ®-îc trao ®æi chñ yÕu víi tÝnh chÊt kh«ng ®Þnh

kú.

Thùc chÊt cña líp øng dông bao gåm 2 líp con lµ FMS vµ LLI (Lower

Layer Interface). Líp LLI cã vai trß thÝch øng, chuyÓn c¸c dÞch vô gi÷a líp

FMS vµ líp FDL. Giao diÖn gi÷a líp FMS víi c¸c qu¸ tr×nh øng dông ®-îc

thùc hiÖn bëi líp ALI (Application Layer Interface).

FMS thùc chÊt lµ mét tËp con cña MMS (Munufacturing Message

Specification), ®©y lµ mét chuÈn giao thøc vµ dÞch vô thuéc líp 7 cña m«

h×nh OSI cã giao tiÕp h-íng th«ng b¸o (Message-oriented communication)

®-îc ¸p dông réng r·i trong c«ng nghiÖp.

Giao tiÕp h-íng ®èi t-îng:

Profibus-FMS cho phÐp thùc hiÖn giao tiÕp h-íng ®èi t-îng theo c¬

chÕ Client/Server. ý nghÜa cña giao tiÕp h-íng ®èi t-îng 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 t-îng thùc hay c¸c biÕn qu¸ tr×nh ®-îc gäi lµ ®èi t-îng. ViÖc truy

nhËp vµo ®èi t-îng cã thÓ thùc hiÖn theo nhiÒu c¸ch kh¸c nhau, mét

ph-¬ng ph¸p hiÖu qu¶ lµ truy cËp ®èi t-îng th«ng qua tªn h×nh thøc (nh·n)

hay cßn gäi lµ c¸c Tag. Mçi ®èi t-îng 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 tr-êng ¶o (VFD - Virtual Field Device)

§©y lµ m« h×nh trõu t-îng m« t¶ c¸c d÷ liÖu, cÊu tróc d÷ liÖu vµ ®Æc

tÝnh cña mét thiÕt bÞ tù ®éng ho¸ d-íi gãc ®é cña mét ®èi t¸c giao tiÕp. Mét

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

27

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

®èi t-îng VFD chøa tÊt c¶ c¸c ®èi t-îng giao tiÕp vµ danh môc m« t¶ c¸c

®èi t-îng giao tiÕp cã thÓ truy cËp qua c¸c dÞch vô. Mét ®èi t-îng VFD

®-îc s¾p xÕp t-¬ng øng víi ®óng mét qu¸ tr×nh øng dông.

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

cña mçi ®èi t-îng ®-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

d-íi 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 t-îng. Cßn Server

chÝnh lµ mét ch-¬ng tr×nh cung cÊp c¸c dÞch vô truyÒn th«ng th«ng qua c¸c

®èi t-îng. 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 tr-êng 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 tr-êng

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, nh-ng 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 AnÏ h & 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 th-êng xuyªn göi th«ng tin

tr¹ng th¸i cña nã tíi c¸c tr¹m tí sö dông lÖnh göi ®ång lo¹t víi c¸c kho¶ng

thêi gian ®Æt tr-íc.

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

xhuÈn ®o¸n.

3.5.2. Trao ®æi d÷ liÖu

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

tuÇn tù theo quy tr×nh ®Þnh s½n. Khi ®Æt cÊu h×nh cho hÖ thèng Profibus, ta

cã thÓ ®Þnh nghÜa ®Þa chØ c¸c tr¹m tí cho 1 tr¹m chñ ....

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

tr¹m tí vµo bé nhí ®Öm vµ truyÒn c¸c yªu cÇu tõ bé nhí nµy ra c¸c tr¹m tí

theo tr×nh tù ®Þnh s½n. Mçi tr¹m tí chØ cho phÐp truyÒn/ nhËn tèi ®a 246

byte d÷ liÖu.

Víi c¸c tr¹m tí, tr¹m chñ göi 1 yªu cÇu vµ chê sù tr¶ lêi. Thêi gian

tr¹m chñ cÇn ®Ó xö lÝ 1 l-ît danh s¸ch hái tuÇn tù gäi lµ thêi gian chu kú

bus. Thêi gian chu kú bus ph¶i nhá h¬n chu kú quÐt cña chu tr×nh ®iÒu

khiÓn.

3.5.3. §ång bé ho¸ d÷ liÖu

Mét thiÕt bÞ chñ cã thÓ ®ång bé ho¸ viÖc ®äc c¸c ®Çu vµo còng nh- ®Æt

c¸c ®Çu ra b»ng viÖc göi ®ång thêi c¸c th«ng b¸o ®ång bé. LÖnh ®iÒu khiÓn

®Ó ®Æt chÕ ®é ®ång bé cho mét nhãm tr¹m tí nh- sau:

+ SYNC: §-a ra nhãm tr¹m tí vÒ chÕ ®é ®ång bé ho¸ ®Çu ra. Trong

chÕ ®é nµy, ®Çu ra cña c¸c tr¹m tí ®-îc gi÷ nguyªn ë tr¹ng th¸i hiÖn t¹i cho

®Õn lÖnh SYNC tiÕp theo, trongthêi gian ®ã d÷ liÖu ®Çu ra ®-îc l-u 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 AnÏ h & 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 tr-êng thÝch hîp cho c¸c hÖ thèng ®iÒu khiÓn dïng

trong c¸c ngµnh c«ng nghiÖp dÔ ch¸y næ. Thùc chÊt nã lµ hÖ thèng Bus më

réng cña Profibus-DP víi kü thuËt truyÒn dÉn tÝn hiÖu cïng nguån nu«i

(IEC 1158-2) ®ång thêi còng ®-a thªm ra mét sè quy ®Þnh ®Æc biÖt vÒ th«ng

sè vµ ®Æc tÝnh cho thiÕt bÞ tr-êng.

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

bao gåm:

- Mét ®o¹n m¹ng chØ ®-îc phÐp cã mét nguån nu«i tÝch cùc.

- Mçi tr¹m tiªu thô mét dßng c¬ së cè ®Þnh (≥10mA) ë tr¹ng th¸i x¸c

lËp.

- Mçi tr¹m ®-îc coi nh- mét t¶i tiªu thô dßng thô ®éng

- Mçi tr¹m khi ph¸t tÝn hiÖu ®i kh«ng ®-îc n¹p thªm nguån vµo

®-êng Bus.

4. Ethernet (IEEE 802.3)

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

Ethernet do Digital vµ Xorox hîp t¸c vµ ph¸t triÓn tõ n¨m 1980 (lóc ®Çu gäi

lµ DIX Ethenet 2.0 version 1.0 vµ ®Õn n¨m 1982 lµ version 2.0).

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

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

trôc, c¸p quang lµ Ethernet kh«ng d©y

Thùc chÊt Ethernet chØ thùc hiÖn ë líp vËt lÝ vµ mét phÇn cña líp liªn

kÕt d÷ liÖu, do ®ã cã thÓ sö dông c¸c giao thøc kh¸c nhau ë phÝa trªn trong

®ã TCP/IP lµ hä giao thøc ®-îc dïng phæ biÕn nhÊt.

4.1. CÊu tróc m¹ng vµ kü thuËt truyÒn dÉn

CÊu tróc m¹ng th-êng lµ d¹ng Bus, m¹ch vßng khÐp kÝn vµ ®«i khi lµ

h×nh sao. TÇng vËt lÝ cña Ethernet ®-îc chia lµm 2 phÇn: PhÇn ®éc lËp víi

®-êng truyÒn ®Æc t¶ giao diÖn gi÷a c¸c tÇng MAC vµ vËt lÝ (giao diÖn nµy

kh«ng ph¶i lµ yªu cÇu b¾t buéc cña chuÈn nh-ng trong nhiÒu tr-êng 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 AnÏ h & 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 tr-ng ®-êng truyÒn

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

STT

KÝ hiÖu

Tèc ®é

truyÒn

(Mb/s)

1

D¶i truyÒn

t¶i

Lo¹i c¸p

Kho¶ng c¸ch

truyÒn (m)

1

2

1BASE5

Baseband

C¸p UTP

500/topo h×nh

sao

10BASE5

10

C¸p ®ång 500/segment

trôc bÐo topo d¹ng bus

(d>10mm),

50Ω

C¸p ®ång 185/segment

3

4

10BASE2

10

Baseband

trôc gÇy

topo d¹ng bus

4000

10BASE-F

10BASE-

C¸p quang

FL(Fiber Link)

10BASE-

FB(Backbone)

10BASE-

FP(Passive)

10BROAD36

5

6

7

10

Broadband

Baseband

C¸p ®ång 1800/

topo

d¹ng Bus

trôc, 75Ω

C¸p UTP

10BASE-T

100/

d¹ng sao

100/

100BASE-T

100

C¸p UTP

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 s-ên lªn vµ 1 lµ s-ên

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 AnÏ h & 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

tr-íc 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

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

U/L

I/G

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 AnÏ h & 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

vµ bé chia cã -u thÕ v-ît tréi nªn c¸c m¹ng Fast Ethernet kh«ng hç trî c¸p

®ång trôc. C¸c lo¹i c¸p chuÈn cho Fast Ethernet ®-îc tr×nh bµy trªn b¶ng

sau:

STT

Ký hiÖu

Lo¹i c¸p

ChiÒu dµi tèi ®a trong

®o¹n m¹ng (m)

1

2

3

100BASE-T4

100BASE-TX

100BASE-FX

C¸p quang

2000

B¶ng 2.4. Mét sè lo¹i c¸p th«ng dông dïng trong Fast Ethernet

c¸p nµy bÞ giíi h¹n ë 25MHz, trong khi m· Manchester sö dông

trong Ethernet th«ng th-êng 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·

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

n¨ng lµm viÖc ë tÇn sè nhÞp 125MHz vµ cao h¬n thÕ. Viªcj xö dông 2

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

kho¶ng c¸ch truyÒn lín còng nh- kh¶ n¨ng chèng nhiÔu cao.

Nguyãùn Kim AnÏ h & Nguyãùn Maûnh Haì - Tæû âäüng hoïa - BKÂN

33