Những vấn đề cơ bản về trường bus WorldFIP

MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1
PHẦN 2: NỘI DUNG 2
Chương 1: Sự ra đời và các khái niệm cơ bản về trường Bus WorldFIP 2
1.1. Sự ra đời 2
1.2. Các yêu cầu của trường bus WorldFIP 3
1.3. Sự chọn lựa WorldFip 4
Chương 2: Kiến trúc trường Bus WorldFIP 8
2.2. Lớp Vật Lý 10
2.3. Kết nối dữ liệu và lớp điều khiển truy nhập môi trường 12
2.4. Lớp ứng dụng 16
Chương 3: Phát triển và ứng dụng của trường bus WorldFIP 23
PHẦN 3: KẾT LUẬN 25
Công việc của từng thành viên trong nhóm
Phần 1: Phạm Văn Kiện
Phần 2:
Chương 1: Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến
Chương 2: Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện
Chương 3: Nguyễn Ngọc Quyến – Nguyễn Văn Linh
Phần 3: Nguyễn Văn Linh
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 2
PHẦN 1: MỞ ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp, đòi hỏi phải có sự
cải tiến và áp dụng công nghệ mới vào quá trình sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả
sản xuất. Các dây chuyền sản xuất không thể hoạt động độc lập mà cần phải có sự
liên kết với nhau tạo nên một mô hình thống nhất. Sự kết nối các thiết bị công nghiệp
đó với nhau tạo thành một hệ thống mạng và được gọi là mạng công nghiệp.
Mạng công nghiệp hay mạng truyền thông công nghiệp là một khái niệm chỉ các
hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit, dữ liệu được sử dụng để ghép nối các
thiết bị công nghiệp.
Bus trường là một khái niệm chung được dùng để chỉ các hệ thống bus nối tiếp,

sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết hợp các thiết bị thuộc cùng cấp điều khiển với
nhau và với các thiết bị ở cấp chấp hành, hay các thiết bị trường. Nói cách khác,
nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển
quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính năng thời
gian thực được đặt nên hàng đầu.
Mạng truyền thông công nghiệp cũng như công nghệ trường bus không phải là
lĩnh vực kỹ thuật hoàn toàn mới, mà thực chất là các phát triển ứng dụng trong công
nghiệp được kế thừa, chắt lọc và phát triển từ các kỹ thuật truyền thông nói chung
cho phù hợp với các yêu cầu trong công nghiệp.
Từ hơn một thập kỷ nay, công nghệ trường bus đã trở nên không thể thiếu trong
các hệ thống điều khiển và giám sát hiện đại bao gồm các hệ thống bus trường được
sử dụng rộng rãi nhất hiện nay như là WorldFIP, PROFIBUS, ControlNet,
INTERBUS, CAN, P-NET, Modbus, v.v Trong đó, trường bus WorldFIP là một trong
những trường bus đầu tiên được phát triển và sử dụng vào đầu những năm 80. Mặc
dù ra đời từ những năm 1980 nhưng một số đặc điểm kỹ thuật chính của công nghệ
này vẫn được sử dụng cho các ứng dụng trong công nghiệp ngày nay. Trong bài tiểu
luận này, chúng em xin trình bày những vấn đề cơ bản về trường bus WorldFIP.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 1
PHẦN 2: NỘI DUNG
Chương 1: Sự ra đời và các khái niệm cơ bản về trường Bus WorldFIP
1.1. Sự ra đời
Các công trình nghiên cứu đầu tiên về trường bus WorldFIP được bắt đầu từ
tháng 9 năm 1982, do một nhóm các nhà nghiên cứu được thành lập bỏi bộ Nghiên
cứu và Công nghệ của nước Pháp. Nhóm này bao gồm những người đại diện cho
khách hàng, các công ty kỹ thuật và các phòng thí nghiệm. Điều quan trọng nhất là
các nhà cung cấp và sản xuất không tham gia từ đầu vào công trình. Mục tiêu của
nghiên cứu này là giúp cho khách hàng có những đánh giá chính xác mà không chịu
ảnh hưởng bởi các sản phẩm hiện có.
Mục tiêu đầu tiên của nghiên cứu là phân tích nhu cầu thông tin liên lạc giữa các
hệ thống điều khiển tự động. Và điều này là hết sức cần thiết vì:

 Đó là sự cần thiết phải phát triển các hệ thống mạng cục bộ (LANS).
 Đó là phần đầu của dự án MAP tại USA (MAP, 1988).
 Một số ý tưởng mới đã xuất hiện trong kiến trúc ứng dụng, đặt biệt là ý tưởng
về các hệ thống phân tán thực.
 Các thiết bị thông minh bắt đầu phát triển nhờ có sự phát triển vượt bậc của vi
điện tử.
Trường bus WorldFIP chính thức ra đời và phát triển dựa trên cơ sở là các
nghiên cứu của các nhà khoa học và các kinh nghiệm thực tế do khách hàng cung
cấp. Dựa trên phân tích về nhu cầu thông tin liên lạc giữa các hệ thống điều khiển tự
động, chúng ta có thể chia thông tin thành 2 dòng thông tin khác nhau:
 một dòng thông tin liên quan đến các phòng điều khiển trong các quá trình liên
tục hoặc liên quan đến phân xưởng hoặc phân khúc riêng lẻ trong các ứng
dụng sản xuất.
 Một dòng thông tin khác liên quan đến các thiết bị trường được gọi là “Dòng
thông tin theo quá trình”. Chúng ta sẽ phân tích dòng thông tin này ở những
phần sau.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 2
1.2. Các yêu cầu của trường bus WorldFIP
Yêu cầu đầu tiên của trường bus WorldFIP là phải tạo một kết nối chuẩn với
dòng điện từ 4-20 mA giữa các thiết bị và các bộ điều khiển trong một hệ thống tự
động. Một yêu cầu nữa là phải thiết kế được hệ điều hành cho các thiết bị trong hệ
thống. Trên thực tế thì chúng ta không những chỉ xây dựng những hệ thống thông tin
mà còn phải xây dựng cả các hệ thống phân bố. Điều này là hết sức quan trọng để
đảm bảo rằng các dịch vụ cung cấp phải phù hợp với việc phân phối các ứng dụng.
Các yêu cầu có thể được quy định ở các mức khác nhau, nhưng nhìn chung là
theo thứ tự như sau:
 Kết nối giữa các thiết bị trường với chức năng điều khiển phải đảm bảo chính
xác về công nghệ.
 Việc truy nhập dữ liệu của mạng phải được chuẩn hóa.
 Người sử dụng có thể tìm kiếm dữ liệu một cách dễ dàng.

 Hệ thống nên được thiết kế để có thể đáp ứng được các nhu cầu kỹ thuật
khác nhau.
 Sự cạnh tranh giữa các công ty cần được cải thiện bởi các công nghệ đó.
 Sự phát triển phải phù hợp với các tiêu chuẩn của quốc tế.
 Các giao thức cần được thực hiện trong silicon.
 Việc phân tích dòng dữ liệu giữa các chức năng , giữa các trường và giữa các
thiết bị điều khiển sẽ quyết định việc lựa chọn các thiết bị mạng phù hợp.
Điều đó dẫn đến việc ta phải xác định được lưu lượng và các yêu cầu kỹ thuật
như:
 Các dữ liệu được chuyển tới từ các bộ cảm biến hay từ các bộ truyền động ví
dụ như nhiệt độ, áp suất, tốc độ, vị trí …. Nhưng các dữ liệu khác nhau sẽ
được truyền tới từ các bộ cảm biến khác nhau do đó cần phải có một bản tin
đi kèm để định dạng các loại dữ liệu này.
 Việc trao đổi dữ liệu có thể diễn ra theo chu kỳ hoặc không theo chu kỳ. Chu
kỳ có thể là thời gian được định trước, hay là chu kỳ của một jitter, cũng có
thể là chu kỳ của một tín hiệu hay chu kỳ phục hồi của tín hiệu.
 Hầu hết các lưu lượng quan trọng đều phải được quản lý.
 Sự chính xác về mặt thời gian là hết sức quan trọng, nó quyết định tới chất
lượng của dịch vụ và độ tin cậy của các ứng dụng.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 3
 Sự phân phối phải phù hợp nghĩa là dữ liệu và các quá trình vật lý phải khớp
với nhau trong cả quá trình.
1.3. Sự chọn lựa WorldFip
Các giải pháp WorldFIP được dựa trên một vài ý tưởng cơ bản, trong đó cung
cấp chất lượng dịch vụ hợp lý cho đúng loại fieldbus. Những ý tưởng này là:
 Sự phân biệt của hai loại “ thông điệp”: khái niệm về dữ liệu được xác định so
với các khái niệm cổ điển thông điệp, liên quan đến các mô hình hợp tác
tương ứng như nhà sản xuất – người tiêu dùng và khách hàng - máy chủ.
 Các lịch trình định sẵn của lưu lượng tuần hoàn, với thời gian phù hợp với
yêu cầu vật lý, đặc biệt là nguyên lý lấy mẫu.

 Các lịch trực tuyến của lưu lượng không thường xuyên, các thông điệp ưu
tiên cho lưu lượng quan trọng.
 Các chu kỳ cập nhật dữ liệu thời gian thực tại các địa điểm của người tiêu
dùng.
 Các thuộc tính về thời gian và cơ chế cho các hệ thống thời gian quan trọng.
Những lựa chọn này sẽ được trình bày và phân tích dưới đây.
 Thông điệp dữ liệu được xác định so với cổ điển
 Dữ liệu được cung cấp bởi các bộ cảm biến, dữ liệu được gửi đến các
cơ cấu truyền động, nói chung đó là các thiết bị vào/ra dữ liệu, và tất cả
dữ liệu điều khiển được xác định trong một quy trình nhất định. Chúng
được biết đến trong ứng dụng. Những dữ liệu này còn được gọi là biến
nhận dạng hoặc các đối tượng nhận dạng. Chúng thường là các đối
tượng đơn giản (nhiệt độ, áp suất, tốc độ, vvv….) và của cú pháp ổn
định (số nguyên, số thực, luận lý, hồ sơ, danh sách, hoặc dữ liệu có
cấu trúc khác).
Ví dụ: Cảm biến nhiệt độ có thể sản xuất ra một giá trị nhiệt độ mã hoá
như là một số nguyên, hoặc là thực, và xác định các nhà sản xuất như
một chuỗi ký tự. Các dữ liệu nhận dạng nhận được một tên, là một tên
toàn cầu cho toàn bộ ứng dụng. Tên này cũng được sử dụng để quản
lý các quyền truy cập vào môi trường. Mỗi biến có giá trị sản xuất duy
nhất và cho một hoặc nhiều người tiêu dùng. Kể từ khi giá trị biến khôi
phục trong quá trình đó, bộ nhận diện được gắn vào mỗi biến có giá trị
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 4
được truyền trên mạng. Định danh này được sử dụng như địa chỉ
nguồn để kiểm soát truy cập môi trường. Các đích đến không được chỉ
ra. Người tiêu dùng có trách nhiệm quyết định cập nhật các bản sao
của dữ liệu trên bằng việc nhận dữ liệu tương ứng nhận dạng. Đây gọi
là kỹ thuật địa chỉ hóa nguồn.
 Kỹ thuật địa chỉ này có một số lợi thế. Nó cho phép các giao tiếp theo
kiểu "Một đến nhiều" như trong truyền hình. Các kênh truyền thông

không chỉ được sử dụng có hiệu quả khi cùng một thông tin đã được
truyền cho nhiều người tiêu dùng mà còn với việc phát sóng đáng tin
cậy, các gắn kết có thể có được. Một người nhận mới có thể được
thêm vào mà không phân loại địa chỉ.
 Xác định các biến thay vì các nguồn thông tin trên các biến cung cấp
một số bổ sung lợi thế; biến không còn ràng buộc với một nút của
mạng.
Ví dụ: trong trường hợp thất bại của node cung cấp giá trị biến, một
nguồn mới có thể linh hoạt thay thế các nút không thành công mà
không cần bất kỳ thay đổi của người nhận.
 Đối với một đối tượng xác định, một nhà sản xuất duy nhất hoạt động
được định nghĩa và tất cả các trạm khác có thể được định nghĩa là
người tiêu dùng.
 Lưu lượng định kỳ và lưu lượng không tuần hoàn
 Các hệ thống điều khiển này thường dựa trên lý thuyết lấy mẫu hệ
thống, sau đó, các dữ liệu đầu vào và / hoặc trong kết quả đầu ra nên
được chuyển giao định kỳ.
 WorldFIP đã chọn đặc quyền lưu lượng truy cập định kỳ của các đối
tượng được nhận dạng giữa nhà sản xuất và người tiêu dùng. Giá trị
các biến được lưu trữ trong bộ đệm xóa được hơn là hàng đợi. Không
phải là không truyền lại các biến đã được truyền. Từ quan điểm này,
WorldFIP là thời gian - kích hoạt hệ thống (Kopetz,1990).
WorldFIP cũng có thể được xem như là một cơ sở dữ liệu phân phối
cập nhật và quản lý hệ thống.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 5
 Nhà sản xuất của một đối tượng xác định cập nhật định kỳ bộ đệm
riêng của mình, giao thức WorldFIP cập nhật định kỳ các bộ đệm tại
các địa điểm tiêu dùng, và sau đó, những người tiêu dùng này có thể
sử dụng định kỳ bản sao của giá trị sản xuất. Nếu thất bại xảy ra trong
quá trình truyền, giá trị cuối cùng là luôn luôn có sẵn cho người tiêu

dùng cho đến khi nó nhận được một giá trị mới. Trong WorldFIP, một vị
trí trong bộ đệm xóa được là liên kết với mỗi biến sản xuất và mỗi địa
điểm tiêu thụ. Những ghi nhận thông thường là không cần thiết và
truyền lại được để tránh trường hợp lỗi.
 Câu hỏi đặt ra là làm thế nào để xử lý một số dữ liệu quan trọng như
hệ thống báo động hoặc ít khi xảy ra biến cố. Trong WorldFIP, có hai
cách có thể tùy thuộc vào mức độ tới hạn này. Nếu thời gian thực là
không cần thiết, tốt nhất là sử dụng truyền thông điệp thông thường.
Nếu không, chỉ có một giải pháp tối ưu là chuyển đổi các cảnh báo
thành biến có giá trị phản ánh sự hiện diện của một báo động hay
không và truyền giá trị này theo định kỳ. Có thể nghĩ rằng điều này sẽ
dẫn đến một sự lãng phí băng thông. Điều này đúng, nhưng nó là cái
giá phải trả để đảm bảo thời gian đáp ứng kịp thời.
 Hơn nữa, multicast chuyển rất phức tạp khi nhận được yêu cầu từ mỗi
người nhận. Trong FIP, sự lựa chọn để ngăn chặn những xác nhận,
đơn giản hóa các giải pháp tới multicast; với truyền hình đơn giản, bộ
lọc thích hợp trong các máy thu có thể được sử dụng.
 Kịp thời các thuộc tính và cơ chế cho các hệ thống thời gian quan
trọng. Do việc chuyển định kỳ xác định dữ liệu giữa một nhà sản xuất
và người tiêu dùng của họ, không có xác nhận đã được đề xuất. Không
truyền lại là đề nghị cơ bản. Chúng tôi xem xét ba yếu tố sau: một nhà
sản xuất, người tiêu dùng và các bus. Nhà sản xuất là một quá trình
sản xuất một dữ liệu có tên là X tại một thời gian nhất định. Một số quy
trình tiêu thụ X tại thời gian khác nhau, và cập nhật các bus tại một thời
gian nhất định các bản sao của X ở mỗi vị trí của người tiêu dùng từ
bản gốc của X. Các câu hỏi ở mỗi vị trí tiêu thụ là: là giá trị của X mới,
hoặc quá cũ, hoặc đã lỗi thời? Vì vậy, một số thuộc tính kịp thời đã
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 6
được định nghĩa theo thứ tự để chỉ cho người tiêu dùng thấy nếu dữ
liệu có chính xác hay không và nguyên nhân của lỗi nếu có.

 Dựa trên những thuộc tính cơ bản, chúng ta có thể định nghĩa sự kết
hợp thời gian của hành động, một thực tế là thuộc tính hành động diễn
ra trong một khoảng thời gian nhất định. Đây cũng là định nghĩa của sự
đồng thời hành động. Các cơ chế khác đã được giới thiệu như là cơ
chế đồng bộ giữa các hoạt động tại chỗ và các hành vi trên mang. Tất
cả các cơ chế này sẽ được nêu chi tiết tại chương 2.

Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 7
Chương 2: Kiến trúc trường Bus WorldFIP
Các kiến trúc WorldFIP được mô tả tại hình 2.1 và 2.2, theo kiến trúc OSI mô
hình (Zimmermann, 1980). Tất cả các yếu tố đã được tiêu chuẩn hóa tại Pháp năm
1992 (AFNOR, 1989). Kiến trúc này cho thấy hai cấu hình chính có thể được sử
dụng. Một được định nghĩa để giải quyết lưu lượng nhận dạng đối tượng, hai là xác
định cho các tin nhắn trao đổi bình thường. Kiến trúc này được trực tiếp ban hành từ
việc phân tích cần thiết. Điều quan trọng là có nhận xét rằng các dịch vụ thông điệp
trong lớp liên kết dữ liệu liên quan đến việc trao đổi điểm tới điểm của khung, với
lưu trữ trong hàng đợi, có hoặc không có xác nhận, và phát hiện nhân rộng. Các dịch
vụ lưu lượng được xác định là liên quan đến việc trao đổi dữ liệu trong một phương
pháp phát sóng, với lưu trữ trong bộ đệm xóa được, không thừa nhận, ngoại trừ các
không gian nhất quán ở lớp ứng dụng. Nhắn tin với dịch vụ tuần hoàn và không tuần
hoàn (MPS) là yếu tố phục vụ cho việc giao lưu định kỳ và không tuần hoàn sự trao
đổi dữ liệu được nhận dạng. Nó sử dụng các dịch vụ lưu lượng được xác định tại
các lớp liên kết dữ liệu.
2.1. Kiến trúc và tiêu chuẩn
Các tiêu chuẩn châu Âu EN 50170 (hình 2.3) có ba tiêu chuẩn quốc gia ở châu
Âu. Quyển 3 chứa tất cả các chi tiết kỹ thuật WorldFIP theo tổ chức sau đây: EN
50170 Quyển 3 (hình 2.1).
Một số cấu hình WorldFIP đã được định nghĩa. Một trong số chúng, đơn giản chỉ
là cung cấp định kỳ lưu lượng dữ liệu được xác định, được gọi là DWF (thiết bị
WorldFIP) và được chuẩn hóa (AFNOR, năm 1996, CEN-ELEC, 1996b).

Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 8
Hinh 2.1. Kiến trúc đơn giản của WorldFIP
Hình 2.2. Kiến trúc của WorldFIP
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 9
Hình 2.3. Kiến trúc và tiêu chuẩn châu âu
Bảng 2.1. Các phần của tiêu chuẩn 50170-3 châu Âu
2.2. Lớp Vật Lý
Các lớp vật lý của WorldFIP rõ ràng là phần đầu tiên phù hợp với tiêu chuẩn IEC
1158-2, bởi vì tiêu chuẩn này đã được xác định bắt đầu từ số tiêu chuẩn Pháp FIP
C46 604. các phương tiện có thể là sợi đôi hoặc sợi quang.
Tốc độ dữ liệu
Bảng 2.2. Tốc độ dữ liệu và chiều dài tối đa có thể
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 10
Hình 2.4. Ví dụ cấu trúc liên kết
Chiều dài tối đa
Số lượng tối đa của các trạm là 256 và số lượng tối đa của bộ lặp là 4. Theo
tốc độ dữ liệu và số lượng bộ lặp, Bảng 2.2 cho thấy độ dài tối đa cho phép.
Cấu trúc liên kết
Các cấu trúc liên kết để bảo vệ cặp xoắn tiếp theo (hình 2.4).
Mã hóa
Các mã được dựa trên một mã Manchester. Một khung dữ liệu vật lý gồm có ba
phần:
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 11
Chuỗi các khung hình bắt đầu bao gồm phần mở đầu và trong một giới hạn bắt
đầu (PRE và FSD), liên kết dữ liệu thông tin, và giới hạn cuối (FED). Hai mươi bốn
bit được thêm vào mỗi khung dữ liệu.
2.3. Kết nối dữ liệu và lớp điều khiển truy nhập môi trường
Giới thiệu các WorldFIP kiểm soát truy cập môi trường là tập trung và quản lý bởi
một cơ chế trọng tài bus (BA). Tất cả trao đổi với nhau được dưới sự kiểm soát của
BA. Hiện tại chúng lên kế hoạch theo thời gian yêu cầu và hạn chế thời gian

(Cardeira và Mammeri, 1995) nhưng chính sách lập kế hoạch không thích hợp của
tiêu chuẩn.
Lớp liên kết dữ liệu cung cấp hai loại dịch vụ: cho các đối tượng xác định và cho
các thông điệp. Nhưng cả hai có thể hoặc không thể diễn ra theo định kỳ. Nhờ có
giao thức MAC (giao thức điều khiển truy nhập môi trường), nó rõ ràng dễ quản lý
lưu lượng tuần hoàn, có thể được lập trước khi thời gian chạy. Nhưng sau đó cần
thiết để cung cấp các dịch vụ phù hợp cho các yêu cầu của lưu lượng không thường
xuyên hoặc ngẫu nhiên, và giao thức cơ chế thích hợp. Như thường lệ, lưu lượng
truy cập ngẫu nhiên được quản lý bởi một server định kỳ. Khi một trạm được hỏi, nó
có thể thể hiện một yêu cầu cho một vòng đặc biệt. Yêu cầu như vậy tương ứng với
lưu lượng truy cập không tuần hoàn được quản lý tự động bởi BA
Cơ chế cơ bản:
 Điều khiển truy nhập môi trường dựa trên các nguyên tắc sau đây: mỗi trao
đổi gồm hai khung: một yêu cầu và một đáp ứng. Tất cả các trao đổi này dựa
trên các cặp (tên của thông tin, giá trị của thông tin) thực hiện bởi hai khung:
một khung xác định và khung giá trị.
 Do đó, để trao đổi một giá trị của một đối tượng, BA sẽ gửi một khung, trong
đó có các định danh của đối tượng. Khung này được ký hiệu ID-DAT (Hình
2.5.1). Khung này được nhận bởi tất cả các trạm hiện tại đang hoạt động và
công nhận bởi các trạm sản xuất của đối tượng được xác định, và cũng bởi
các trạm tiêu dùng, trong đó đăng ký với đối tượng này (Hình 2.5.2). Các trạm
nhận ra chính nó như là nhà sản xuất gửi các giá trị hiện tại của đối tượng xác
định. Giá trị này được chuyển giao trong một khung RP_DAT (Hình 2.5.3). Tất
cả các trạm liên quan, bao gồm tất cả các thuê bao và các BA, nhận được
khung RP_DAT (Hình 2.5.4).
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 12
Các khung ID và các khung RP có định dạng như sau:
Khung ID:
 Một trường điều khiển (CF) của tám bit, có vai trò sẽ được phát triển sau này.
 Các định danh của đối tượng (16 bít).

 Một CRC (16 bit).
Khung RP
 Một trường điều khiển của tám bit, có vai trò sẽ được phát triển sau này.
 Giá trị của đối tượng được xác định trong khung trước đó (tối đa 256 byte).
 Một CRC (16 bit).
Bây giờ, ý tưởng là để mở rộng cơ chế này đơn giản bằng cách chỉ định của dữ
liệu được gửi đi, trong trật tự để giải quyết vấn đề của việc truyền thông điệp và
truyền dữ liệu không tuần hoàn hoặc tin nhắn.
Hình 2.5.1 Truyền rộng của 1 bộ nhận diện thực hiện bởi BA
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 13
Hình 2.5.2 Sự nhận diện của nhà sản xuất và người tiêu dùng
Hình 2.5.3 Truyền các giá trị bởi nhà sản xuất
Hình 2.5.4 Tiếp nhận và cập nhật các bản sao giá trị của người tiêu dùng
Giai đoạn đầu tiên:
Giai đoạn đầu tiên là sự biểu hiện các yêu cầu để các BA bởi một trạm. Bất kỳ
nhà sản xuất có thể có một yêu cầu trao đổi mới bằng việc chỉ ra trong trường điều
khiển của khung RP, khi được hỏi bởi một khung ID_DAT. Chỉ dẫn này quy định các
loại khung RP.
Chúng tôi sau đó có thể quan sát ba loại khung RP tiếp theo như là câu trả lời
cho một khung ID_DAT:
 RP_DAT: Phản ứng với ID DAT mà không cần bất kỳ yêu cầu nào.
 RP_DAT_RQ: Phản ứng với ID DAT có yêu cầu trao đổi ngẫu nhiên của các
đối tượng xác định khác.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 14
 RP_DAT_MSG: phản ứng với ID DAT có yêu cầu trao đổi ngẫu nhiên của
thông điệp.
Giai đoạn thứ hai
Giai đoạn thứ hai là để đáp ứng các yêu cầu. Bộ phân xử BA đã đặt đúng khung
ID trong một khe thời gian miễn phí của bảng quét, theo chính sách lập kế hoạch
riêng của mình. Các khung ID tương ứng với các yêu cầu có thể là ID_RQ và

ID_MSG. Trước tiên đáp ứng các RP_DAT_RQ và sau cùng đáp ứng các
RP_DAT_MSG. Sau khi tiếp nhận ID_RQ, trạm tại nguồn gốc yêu cầu gửi một khung
RP_RQ trong trường dữ liệu, một danh sách các định danh, mà phải được gửi dưới
dạng khung ID của BA. Sau khi nhận được ID_MSG, trạm tại nguồn gốc của yêu cầu
gửi một khung RP_MSG với thông điệp trong trường dữ liệu. Thông điệp này được
xác định có hoặc không có xác nhận. Cả hai khung RP_MSG đều được gọi là
RP_MSG NOACK hoặc RP_MSG_ACK. Trong trường hợp cuối cùng, người nhận sẽ
gửi một RP_ACK sau khi nhận một tin nhắn. Một khung đặc biệt RP_FIN cho phép
BA tiếp tục quay vòng.
Dịch vụ truyền thay đổi
Tới mỗi đối tượng nhận dạng, các lớp liên kết dữ liệu liên kết một bộ đệm
B_DAT_prod tại trạm sản xuất và một bộ đệm B_DAT_cons tại mỗi trạm của người
tiêu dùng. Hai dịch vụ chính được xác định để viết và đọc một bộ đệm: L_PUT và
L_GET, tương ứng.
Các dịch vụ viết (L_PUT) đặt các giá trị mới vào bộ đệm ở nơi sản xuất. Các nội
dung đệm trước đó bị ghi đè lên. Các dịch vụ đọc (L_GET) lấy các giá trị từ bộ đệm
của người tiêu dùng.Những dịch vụ này không gây ra bất kỳ lưu lượng nào trên các
bus. Nội dung của mỗi bộ đệm của người tiêu dùng được cập nhật với các giá trị lưu
trữ trong bộ đệm sản xuất dưới sự điều khiển của các BA như đã thấy.
L_SENT.indication Một thông điệp cho nhà sản xuất khi truyền dữ liệu diễn ra.
Những người tiêu dùng thông điệp bằng một dấu hiệu cho L_RECEIVED khi các cập
nhật xảy ra.
Truyền thông điệp
Đối với những thông điệp như đối với các đối tượng được nhận dạng, WorldFIP
xác định định kỳ và không tuần hoàn (hoặc theo yêu cầu) thông điệp truyền. Để
thông điệp định kỳ, một định danh và hàng đợi được gán. Tùy thuộc yêu cầu ứng
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 15
dụng, có thể có nhiều hơn một định danh và hàng đợi người ta có thể được sử dụng
khi một người muốn có nhiều vòng lặp khác nhau. Thông điệp được gửi tại phía
nguồn và việc chuyển giao các nội dung của hàng đợi được kích hoạt định kỳ bởi

các BA(khung ID-MSG). Nếu hàng đợi không rỗng, nguồn DLL gửi thông điệp đầu
tiên trong hàng đợi trong một khung RP_MSG_xx. Các điểm đến lớp liên kết dữ liệu
lưu trữ các thông điệp trong việc nhận hàng và, nếu có yêu cầu, ngay lập tức xác
nhận việc chuyển giao bằng cách sử dụng một khung RP_ACK. Các kết thúc giao
dịch là báo hiệu của các nguồn tới các BA bằng cách sử dụng một khung RP_FIN.
Nếu hàng đợi rỗng, không có chuyển giao diễn ra, và chỉ có khung RP_FIN được
gửi. Thì vòng tuần hoàn là một cấu hình tham số. Đối với chuyển tin nhắn không
tuần hoàn, về phía nguồn, các lớp liên kết dữ liệu định nghĩa một hàng đợi đơn
F_MSG _aper sẽ giữ các tin nhắn chờ. Về phía đích, một hàng đợi F_MSG rec
được xác định. Đối với một thay đổi không tuần hoàn, các yêu cầu chuyển giao là
báo hiệu cho các Arbiter Bus như khung RP_DAT được gửi để đáp ứng với khung
ID_DAT.
Tổng hợp về các lớp liên kết dữ liệu
Ba loại đối tượng được trao đổi theo nguyên tắc cơ bản dựa trên việc trao đổi các
cặp (tên, giá trị) (Thomesse và Rodriguez, 1986). Những đối tượng này là: đối tượng
nhận dạng hoặc Danh sách các định danh của các đối tượng được nhận dạng, hoặc
thông điệp mà không cần xác nhận. Các giao thức lớp liên kết dữ liệu có thể được
xem xét với kết nối được thành lập ở giai đoạn cấu hình. Những kết nối được thực
hiện tại đa điểm và các dịch vụ tương ứng truy cập tới một điểm (SAP) được thực
hiện bởi các bộ định danh. Liên kết tới mỗi SAP, các kết nối điểm cuối (CEP) được
đại diện bởi các đối tượng liên kết và nguồn lực cần thiết (hình 40.6). Một CEP cho
trao đổi dữ liệu được thực hiện bởi các bộ đệm lưu trữ các giá trị liên tiếp. Một CEP
để xem danh sách nhận dạng trao đổi được thực hiện bởi bộ đệm khác. Một CEP
cho việc gửi tin nhắn được thực hiện bởi một hàng đợi.
Mỗi CEPs được đề cập trước hết là do nhận diện địa chỉ các SAP và thứ hai khi
được chỉ ra trong trường điều khiển của khung ID, xác định các nguồn tài nguyên
tương ứng.
2.4. Lớp ứng dụng
Lớp ứng dụng WorldFIP được tạo thành bởi 2 lớp dịch vụ. Lớp đầu tiên là MPS
cho việc trao đổi dữ liệu thời gian thực (Thomesse and Delcuvellerie, 1987;

Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 16
Thomesse and Lainé, 1989) và sub- MMS thường cho dịch vụ tin nhắn và có khả
năng tương thích với các mạng khác.
Đối với việc trao đổi dữ liệu thời gian thực, FIP hoạt động dưới dạng cơ sở dữ
liệu tập trung phân tán được làm mới ( refresh) bởi mạng lưới định kỳ hoặc không
định kỳ tuỳ theo yêu cầu. Tất cả các dịch vụ ứng dụng liên quan đến việc trao đổi dữ
liệu định kỳ hay không định kỳ được gọi MPS.
MPS cung cấp các dịch vụ đọc/viết nội tại ( định kỳ) cũng như điều khiển dịch vụ
đọc/viết ( không định kỳ) của các giá trị của biến hoặc các danh sách biến số. Dịch
vụ đọc liên kết các dấu hiệu hiệu về thời gian tồn tại của giá trị đối tượng. Xem xét
về việc nhà sản xuất ( sản xuất dữ liệu tên gọi là X) tại một thời gian nhất định, và
người tiêu dùng sản phẩm X tiêu thụ sản phẩm X tại các thời điểm khác nhau, câu
hỏi với vị trí tiêu thụ là: Là giá trị làm mới X, hoặc quá cũ hoặc quá lỗi thời.
Trong WorldFIP, các thông tin này được dựa trên hoạt động nội tại và cung cấp 2
loại trạng thái: trạng thái làm mới được làm tỉ mĩ bởi nhà sản xuất và trạng thái thúc
đẩy hoạt động được tạo bởikhách hàng (Thomesse et al., 1986; Decotignie and
Raja, 1993; Lorenz et al., 1994). Những trạng thái này được trả về lại bởi dịch vụ đọc
các giá trị của nó. Thông tin này có lẽ cũng được sử dụng để kiểm tra một tập hợp
các biến được kịp thời chặt chẽ với nhau hay không.
Khi một biến có thể có nhiều người tiêu dùng, có một điều cần biết ở đây là
những sao chép khác nhau của các giá trị biến có thể có giá trị để các khách hàng
khác nhau được xác định hay là không. Thông tin này được gọi là trạng thái kết dính
không gian ( hoặc là sự thống nhất không gian) (Saba et al., 1993) được cung cấp
bới dịch vụ đọc MPS liên quan tới danh sách biến. Các dịch vụ giống nhau cũng đưa
ra một trang thái liên kết tạm thời.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 17
Hình 2.6. Điểm truy cập dịch vụ và Điểm kết thúc kết nối
Dịch vụ được liên kết tới các giá trị biến
Một biến số có thể là loại đơn giản như kiểu số nguyên (integer), kiểu số thực
(floating), kiểu logic ( Boolean), kiểu ký tự ( character) hoặc kiểu dữ liệu mảng hoặc

bản ghi. Nó có lẽ có lẽ có những ý nghĩa khác nhau: biến số, biến đồng bộ, biến cố
định và biến miêu tả. Biến đồng bộ được dùng để đồng bộ các xử lý ứng dụng và
cũng như trong việc xây dựng trạng thái thời gian và không gian được liên liết với
các biến số thông thường. Biên cố định được dùng để xây dựng trạng thái gắn kết
không gian. Biến miêu tả giữ tất các thông tin liên quan đến biến số, loại biến, ý nhĩa,
chu kỳ dùng cho việc cấu hình, nhiệm vụ, bảo hành và quản lý.
Có 3 yêu cầu dịch vụ: ĐỌC (A_READ), VIẾT (A_WRITE) và CẬP NHẬT
(A_UPDATE) và 2 dịch vụ chỉ dẫn: GỬI (A_SENT) và NHẬN (A_RECEIVD) .
A_UPDATE được dùng để yêu cầu một sự dịch chuyển không tuần hoàn của một
biến. A_SENT và A_RECEIVED là các dịch vụ lựa chọn tuỳ ý. Khi sử dụng,
A_RECEIVED thông điệp tới người dùng tại bộ phận giao tiếp nội tại về việc nhận
giá trị các biến số mới. Tương tự, A_SENT thông điệp tới nhà sản xuất của việc
truyền các giá trị sản xuất. Các dịch vụ chỉ dẫn này có thể được sử dụng bới bộ xử lý
ứng dụng ( AP: Application Processes) để xác nhận các hoạt động thích hợp của các
bộ phận giao tiếp và cũng như đồng bộ với mỗi giá trị khác bới việc nhận các biến
đồng bộ ( tham khảo dịch vụ đồng bộ tiếp theo). A_READ và A_WRITE tồn tại dưới 2
dạng: cục bộ và từ xa.
Một giá trị biến đọc cục bộ ( viết tắt A_READLOC) cung cấp các yêu cầu AP với
giá trị hiện tại của ảnh biến cục bộ. Một biến viết cục bộ ( viết tắt A_WRITELOC)
được gọi bởi một AP, cập nhật giá trị biến cục bộ để được gửi tại một quá trình quét
kế tiếp, đã được xác định trong yêu cầu. Như đã đề cập, các hoạt động này không
gọi bất kỳ thông tin nào. Sự truyền giá giá trị từ nhà sản xuất để sao chép nó trong
tất cả ngươi dùng liên quan đến chức năng phân phối của lớp ứng dụng. Giá trị của
biện được đưa ra trong một A_WRITELOC sẽ có giá trị cho nhà phân phối có trách
nhiệm quảng bá nó tới tất các các khách hàng của giá trị này. Giá trị của biến được
trả lại bởi một A_READLOC tại vị trí người tiêu dùng, nó sẽ là giá trị được cập nhật
cuối cùng bở bộ phận chắc năng phân phối.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 18
Đọc từ xa ( viết tắt A_WRITEFAR) được dùng bởi nhà sản xuất để cập nhật nội dung
của bộ đệm cục bộ được giao tới biến số được xác định trong yêu cầu và để yêu cầu

việc truyền giá trị tới sản phẩm. Nó có lẽ được xem như là sự kết hợp của gọi một
dịch vụ A_WRITELOC được theo sau bởi một A_UPDATE. Tuy nhiên trong
A_WRITELOC, dịch vụ này có lẽ chỉ được gọi bởi nhà sản xuất của các biến ( Hình
2.7)
Vận hành:
1. Yêu cầu ĐỌC từ xa
2. Nhờ nhà phân phối cho việc cập nhật
3. Chuyển mệnh lện từ nhà phân phối
4. Chuyển giá trị biến của nhà sản xuất tới người dụng.
5. Xác nhận việc ĐỌC từ xa.
Hình 2.7. Đọc từ xa dùng chế độ PDC
Một cách tương tự, với một lênh đọc từ xa ( A_READFAR), một người dùng yêu
cầu chuyển giá trị biến số từ nhà sản xuất tới tất các các người dùng. Giá trị này
được trả về như là một kết quả của yêu cầu này. Do đó dịch vụ này là một sự kết
hợp của một yêu cầu dịch vụ A_UPDATE được theo sau bởi yêu cầu bởi dịch vụ
A_READLOC. Tuy nhien dịch vụ đọc có lẽ chỉ được gọi trong một người dùng. Hình
2.8 cho thấy dịch vụ này từ quan điểm mô hình Nhà sản xuất- Người dùng. Xét một
AP, là một người dùng của biến X. Để yêu cầu một lệnh truyền biến rõ ràng, AP này
cũng nên được tào ra một biến ( Trong ví dụ này là Y). Hình 2.8 miêu tả chi tiết tất cả
các cuộc gọi thô sơ và các trao đổi dữ liệu Frame để có được một lệnh đọc điều
khiển của X.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 19
Chúng ta có thể thấy rằng các hoạt động từ xa này thì không cân đối hài hoà.
Dịch vụ ghi từ xa không cần xác nhận, trong khi đó dịch vụ đọc từ xa thì không.
Giá trị tạm thời của biến
Thông thường, theo mô hình Nhà sản xuất- Người dùng, các hoạt động nên tiến
hành theo trình tự sau: sản xuất, vận chuyển và tiêu dùng. Khi nhận được dấu hiệu
bắt đầu quá trình vận chuyển, một sản phẩm và một người dùng có lẽ được kích
hoạt bởi yêu cầu của sản phẩm hay người dùng đó. Các hành vi này có thể dẫn đến
trạng thái khác thường. Ví dụ, một số sản phẩm có thể xuất hiện liên tiếp mà không

cần bất cứ vận chuyển nào. Ngược lại, một số vận chuyển có thể diễn ra giữa 2 sản
phẩm liên tiếp của biến. Các vấn đề tương tự có thể xảy ra bên phía người tiêu
dùng. Một người dùng có thể đọc vài lần cùng giá trị của một biến hoặc không có đủ
thời gian ( hoặc có thể không quan tâm) để sử dụng tất các các giá trị được nhận. Vì
thế điều quan trọng để phát hiện sai lệch từ các hành vi thông thường. Có nghĩa là
bất kỳ một người dùng nào nên có thể biết liệu nhà sản xuất có sản xuất đúng giờ ,
quá trình vận chuyển có được điều khiển đúng lúc và bản thân người dùng có tiêu
thụ đúng lúc hay không. Cuối cùng, người dung nên có thể kiểm tra giá trị vẫn là giá
trị tạm thời hay không (Lorenz et al., 1994).
Quá trình làm mới:
Kiểu trạng thái làm mới cho biến là kiểu logic (Boolean) cho biết nếu một sản
phẩm xuất hiện ở thời điểm cửa sổ bên phải. Nó được được xây dựng bởi lớp ứng
dụng của nhà sản xuất. Thời điểm cửa sổ được xác định bởi một sự kiện bắt đầu và
một khoảng thời gian. Với việc mô tả đơn giản, sự làm mới thì đúng ( true) nếu sản
phẩm xuất hiện tại thời điểm cửa sổ và nó giữ nguyên trạng thái logic True trong
suốt thời gian chậm trễ nhất định, đây là thời kỳ sản xuất bình thường. Nó sẽ sai sau
khi kết thúc thời kỳ này. Giá trị của trạng thái làm mới hiện tại được gửi giá trị và
đánh dấu người dùng với quan điểm là một nhà sản xuất và truyền giá trị đúng hay
không.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 20
Hình 2.8 Thực hiện lệnh đọc bằng phương pháp trao đổi khung
Tóm lại, trạng thái làm mới đánh dấu người dùng để nhà sản xuất đã sản xuất
những giá trị của nó bởi liên quan đến độ trể của một sản phẩm được gọi là giai
đoạn sản xuất.
Trạng thái thúc đẩy
Các loại trạng thái thúc đẩy cho một giá trị biến cho thấy nếu quá trình truyền dữ
liệu được thực hiện tại thời điểm cửa sổ bên phải. Giá trị biến này được xây dựng
bởi thực thể giao tiếp của người tiêu dùng của nó. Biến này được trả về với giá trị
biến và trạng thái làm mới như là một kết quả của việc gọi lệnh A_READ.
Tính đồng bộ và không đồng bộ

Sự làm mới và xự thúc đẩy là các thuộc tính tức thời được kết hợp để đưa ra các
biến. Chúng cho biết nếu một sự kiện xuất hiện vào một thời điểm cửa sổ được xác
định bởi bắt đầu một sự kiện và một khoảng thời gian.
WorldFIP fieldbus đã được xác định có 2 loại thuộc tính tức thời: Loại đồng bộ và
loại không đồng bộ.
Một thuộc tính được xem là đồng bộ khi bắt đầu một sự kiện tại thời điểm cửa sổ
là một dấu hiệu nhận của một biến chuyên dụng. Nó là chu kỳ bình thường, và BA thì
như cho các biến khác có vai trò liên quan đến thời gian này. Khoảng thời gian là giai
đoạn của sản phẩm và được quản lý bởi mạng trong suốt hành vi BA.
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 21
Một thuộc tính được xem là không đồng bộ khi bắt đầu sự kiện xuất hiện trước sự
kiện này.
Mặt khác trong WorldFIP, có 2 thuộc tính liên quan đến tính đồng bộ, được gọi là
đồng bộ như được định nghĩa trước đây, và được gọi thuộc tính “ponctual” nơi mà
bắt đầu sự việc thì giống như thuộc tính đồng bộ, nhưng khoảng thời gian thì không
nhiều hơn gian đoạn của sản phẩm. Nó thì có độ trễ ngắn hơn.
Thông tin chi tiết và trạng thái máy của những vận hành này có thể được tìm thấy
trong chuẩn C46-602 tại Lorenz et al. (1994a) và Lorenz et al. (1994b)
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 22
Chương 3: Phát triển và ứng dụng của trường bus WorldFIP
Ta có thể sử dụng một số mạch tích hợp và các phần mềm sẵn có để xây dựng
các hệ thống theo tiêu chuẩn, ví dụ như tiêu chuẩn EN 50170 của Châu Âu. Các
mạch bao gồm tất cả các giao thức lớp vật lý, các cấu hình của lớp liên kết dữ liệu,
và các lớp ứng dụng, nó được gọi là FIPIU2. Ngoài ra còn có FULLFIP 2 MICROFIP
được sử dụng cho các thành phần giao tiếp. Các mạch sử dụng cho các lớp vật lý
cơ bản là FIELDRIVE , CREOL được sử dụng cho các dây đồng và OPERA-
FIPOPTIC cho cáp quang. Điều quan trọng là một kênh dư thừa có thể sử dụng các
thành phần FIELDUAL. TransoFIP và FIELDTR là biến thể cho kết nối trên một dây
đồng.
Các thư viện được sử dụng để tạo ra liên kết giữa các ứng dụng và các giao thức

điều khiển kết nối. Mỗi thư viện sẽ được dành riêng cho một thành phần giao tiếp.
FIP: Fieldbus Internet Protocol – Giao thức trường bus Internet
FIP có thể được hiểu như là một giao thức trường bus Intenet vì nó được sử
dụng để chuyển các bản tin HTTP PDU, và sau đó mỗi bản tin trên trường bus
WorldFIP có thể tổ chức thành một Web Server. Từ đó ta có thể truy cập vào các
trạm từ xa thông qua các trình duyệt để thực hiện các chức năng như: bảo trì bảo
dưỡng, cấu hình thiết bị ….
Có hai giải pháp đang được sử dụng hiện nay là:
 Giải pháp một: Một trạm sẽ được xem là trạm nút cho các trạm khác,
để truy nhập vào các trạm khác sẽ phải thông qua trạm nút này.
 Giải pháp thứ hai: Mỗi trạm sẽ được truy cập trực tiếp dựa trên các bản
tin HTTP trên trường bus WorldFIP.
Vấn đề cần quan tâm trong trường bus WorldFIP là sự quản lý các dòng dữ liệu
được tạo ra bởi các kết nối internet có tương thích hoàn toàn với các ràng buộc về
thời gian của cả quá trình và có độ tin cậy cao. Các lưu lượng truy cập thời gian phải
luôn được ưu tiên hàng đầu.
Hướng phát triển mới
Năm 2001, trường bus WorlFIP đã được chứng nhận là an toàn dựa trên các ứng
dụng thử nghiệm thực tế, theo tiêu chuẩn IEC 61 508. Theo tiêu chuẩn này, một
Nguyễn Văn Linh – Phạm Văn Kiện – Nguyễn Ngọc Quyến 23