Tải bản đầy đủ (.docx) (100 trang)

mạng Profibus

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.37 MB, 100 trang )

Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
chơng

1


thuyết

chung



về

mạng

truyền

thông
trong

công

nghiệp
1.

Tổng

quan

chung
1.1.

Giới

thiệu

về

mạng


truyền

thông

trong

công

nghiệp
Do đặc thù của các ngành công nghiệp mà đã tạo ra nhiều loại mạng truyền
thông khác nhau. Mặt khác mạng truyền thông trong công nghiệp cũng có
những đặc thù riêng, có thể phân biệt chúng với mạng thông tin quảng đại
thông qua một số khía cạnh sau:
- Phạm vi hoạt động
- Yêu cầu về độ tin cậy khi truyền
Ưu điểm của sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp:
- Thay thế đợc hoàn toàn các hệ thống truyền cũ nh: 0-20mA, 0-10V
- Cho phép làm việc với các sản phẩm của nhiều nhà sản xuất khác nhau.
- Là hệ thống mở, đồng thời cho phép hiệu chỉnh điều khiển từ phòng điều
khiển trung tâm
- Hệ thống hoạt động với độ tin cậy cao hơn
- Độ mềm dẻo gần nh không có giới hạn.
- Giá thành thấp.
- Lợng thông tin truyền tải lớn
1.2.



hình


phân

cấp

trong

mạng

truyền

thông

công

nghiệp
Để có cái nhìn tổng thể về mạng truyền thông trong công nghiệp, hãy xem
mô hình phân cấp để thấy các đặc trng, cũng nh chức năng nhiệm vụ của
của từng cấp.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh


Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 1
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng


trong

cọng

nghióỷp
Quản lí
kinh tế
Quản lí kỹ
PC

PC
PC - Personal Computer
HIS -Human Interface Station
FCS - Field Control Station
S - Sensor
A - Actuator
Fast Ethernet
thuật
Điều khiển
và giám sát
PC

PC

PC
HIS

HIS


EWS
Ethernet
System bus
Hiện điều
khiển
FCS

FCS

FCS

FCS
Fieldbus
Hiện trờng
S A S

S

A
Hình

1.1
Mô hình phân cấp các hệ thống mạng trong công nghiệp
Cấp

hiện

trờng:
Đây là cấp nằm tại hiện trờng và tất nhiên cấp này nằm sát với dây chuyền
sản


xuất

nhất.

Các

thiết

bị

chính

trong

cấp

này



sensor





cấu

chấp

hành, chúng có thể đợc nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đờng Bus để
nối với cấp trên (cấp điều khiển).
Hệ

thống

Bus dùng để kết nối các thiết bị ở cấp hiện trờng với cấp điều
khiển gọi là Bus trờng (fieldbus), trong thực tế hệ thống Bus này đòi hỏi
cần



đáp

ứng

thời

gian

thực

trong

các

cuộc

trao


đổi

thông

tin,

một

đặc
trng

của

các

cuộc

trao

đổi

tin

trong

cấp

trờng




các

bản

tin

thờng


chiều dài không lớn
Các sensor và cơ cấu chấp hành đợc nối trên đờng Bus có thể là các thiết
bị

thông

minh

hoặc

cũng



thể



các


thiết

bị

thông

thờng



xử

dụng
thêm các bộ chuyển đổi giao thức tơng thích.
Điển

hình

của

Bus

trờng

là:

Profibus-DP,

Profibus-PA,


Can,

Foundation
Fielbus, DeviceNet.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 2
Chổồng


1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
Cấp

điều

khiển:
Cấp này bao gồm các trạm điều khiển hiện trờng (FCS), các bộ điều khiển
logic lập trình (PLC), các thiết bị quan sát . Chức năng thu thập các tín
hiệu từ hiện trờng, thực hiện điều khiển cơ sở, điều khiển logic, tổng hợp

dữ liệu
Các thiết bị ở cấp này đợc kết nối với nhau và kết nối với các thiết bị ở cấp
trên (cấp điều khiển giám sát) thông qua Bus hệ thống, thực tế các bản tin
trao

đổi

trên

Bus

hệ

thống

cũng

đòi

hỏi

tín

năng

thời

gian

thực


cao,

mặt
khác đặc thù của các bản tin là chiều dài lớn hơn nhiều so với các bản tin
trao đổi trên Bus trờng
Điển

hình

của

Bus

hệ

thống

là:

Profibus-FMS,

ControlNet,

Industrial
Ethernet.
Cấp

điều


khiển

giám

sát:
Các thiết bị trong cấp này bao gồm các trạm giao tiếp ngời máy HIS, các
trạm thiết kế kỹ thuật EWS, và các thiết bị phụ trợ khác. Chức năng của cấp
này là thực hiện điều khiển quá trình (Process Control), thực hiện các thuật
toán điều khiển tối u
Việc kết nối các thiết bị ở cấp này với các thiết bị ở cấp trên (cấp quản lí kỹ
thuật) đợc thực hiện thông qua mạng Ethernet, thực chất đây là một mạng
cục

bộ

LAN,

với

tính

năng

trao

đổi

thông

tin


không

nhất

thiết

trong

thời
gian thực,
Cấp

quản



kỹ

thuật



cấp

quản



kinh


tế:
Thực chất các cấp này rất quan trọng đối với các hoạt động của công ty, tuy
nhiên

yêu

cầu

về

tốc

độ

trao

đổi

thông

tin

cũng

nh

đòi

hỏi


về

thời

gian
thực



không

cao,

chức

năng

của

các

cấp

này



quản




tình

trạng

hoạt
động của các thiết bị trong toàn hệ thống cũng nh hoạch định chiến lợc
phát triển sản xuất dựa trên tình trạng của thiết bị .
Một

số

giao

thức

dùng

trong

các

hệ

thống

mạng

này




Fast

Ethernet,
TCP/IP
2.



sở

thực

hiện

mạng

truyền

thông

trong

công
nghiệp
2.1.




hình

tham

chiếu

OSI

(Open

Systems

Interconnection)
- 1983

tổ

chức

tiêu

chuẩn hoá

quốc

tế

ISO


(International

Standards
Organization) đã đa ra 1 kiến trúc giao thức với chuẩn ISO 7498 đợc
gọi là mô hình tham chiếu OSI, nhằm hỗ trợ việc xây dựng các hệ thống
truyền thông có khả năng giao tiếp với nhau.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-


BKN 3
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
- Chuẩn này không đa ra quy định nào về cấu trục một bản tin, và cũng
không định nghĩa một chuẩn dịch vụ cụ thể nào. OSI chỉ là một mô hình
kiến trúc phân lớp với mục đích phục vụ việc xắp xếp và đối chiếu các
hệ thống truyền thông có sẵn, trong đó bao gồm việc so sánh đối chiếu
các giao thức và dịch vụ truyền thông, cũng nh làm cơ sở cho phát triển
hệ thống.

Lớp ứng dụng
Lớp biểu diễn dữ liệu
Lớp kiểm soát nối
Lớp vận chuyển
Lớp mạng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lí
A Protocol
N
D
P
Lớp ứng dụng
Lớp biểu diễn dữ liệu
Lớp kiểm soát nối
Lớp vận chuyển
Lớp mạng
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật lí
Môi trờng truyền dẫn
Immediate

data
Communication
Hình

1.2
. Cấu trúc mô hình tham chiếu OSI
network



Lớp vật lý (Physical Layer)
Lớp này đợc định nghĩa là sự kết nối vật lý giữa PC và mạng nh sau:
- Theo cấu trúc mạng
- Theo các chuẩn truyền dẫn: áp hoặc dòng
- Theo phơng thức mã hoá tín hiệu
- Theo giao diện cơ học (cáp hoặc giắc cắm)


Lớp liên kết dữ liệu (Data Link Layer)
Lớp

này đợc định nghĩa nh sau:
- Protocol phù hợp với việc truy cập mạng theo các bản tin nhận và gửi.
- Chia các khối dữ liệu lớn thành các khung định dạng dữ liệu.
Cả hai lớp này đợc gọi là lớp phần cứng, trong mạng cục bộ lớp này đợc
chia làm 2 lớp con:

lớp điều khiển truy nhập môi trờng ( MAC Media
Access

Control)



lớp

điều

khiển


liên

kết

logic

(LLC



Logical

Link
Control). Trong một số hệ thống lớp này có thể đảm nhiệm thêm chức năng
nh

kiểm

soát

lu

thông



đồng

bộ


hoá

việc

chuyển

giao

các

khung

dữ
liệu.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-


Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 4
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng


nghióỷp


Lớp mạng (Network Layer)
Lớp này đợc định nghĩa nh sau:
- Truyền thông tin tối u trên mạng.
- Điều khiển các thông điệp trạng thái để gửi chúng tới các thiết bị khác
trong mạng.


Lớp vận chuyển (Transport Layer)
Lớp này đợc định nghĩa nh sau:
- Quản lý địa chỉ của thiết bị trên mạng
- Định vị các đối tác truyền thông thông qua địa chỉ.
- Đồng bộ hoá giữa các đối tác.
- Xử lí lỗi và kiểm soát dòng thông tin.


Lớp kiểm soát nối

(Session Layer)
Chức

năng

của

lớp


này



kiểm

soát

mối

liên

kết

truyền

thông

giữa

các
chơng trình ứng dụng, bao gồm việc tạo lập, quản lí và kết thúc các đờng
nối giữa các ứng dụng của đối tác.


Lớp biểu diễn dữ liệu (Presentation Layer)
Chức năng của lớp này là chuyển đổi các dạng biểu diễn dữ liệu khác nhau
về cú pháp thành dạng chuẩn, để các đối tác truyền thông khác nhau có thể
giao tiếp với nhau.



Lớp ứng dụng (Application Layer)
Có chức năng cung cấp các dịch vụ cao cấp (dựa trên cơ sở các giao thức
cao cấp) cho ngời sử dụng và các chơng trình ứng dụng. Các dịch vụ ở
lớp này chủ yếu đợc thực hiện bằng phần mềm.
2.2.

Cấu

trúc

mạng

(Topology)
Trớc khi trình bày về cấu trúc mạng hãy xem xét khái niệm liên kết
Liên kết:


mối

liên

hệ

vật



hoặc


logic

giữa hai

hay

nhiều

đối

tác

truyền

thông.
Với

liên

kết

vật



các

đối

tác




các

trạm

truyền

thông

đợc

liên

kết

với
nhau qua một môi trờng vật lý. Liên kết logic vó thể hiểu nh sau: Đối tác
truyền thông không nhất thiết phải là một thiết bị phần cứng mà có thể là
một chơng trình hệ thống hay một chơng trình ứng dụng trên một trạm
nên quan hệ giữa các đối tác này chỉ có tính logic. Tơng ứng với một đối
tác vật lý thờng có nhiều đối tác logic và tất nhiên nhiều mối liên kết logic
đợc xây dựng trên cơ sở một mối liên lết vật lý.
Các loại liên kết:
Nguyóựn

Kim

Aẽnh


&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 5
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung


vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
- Liên kết điểm - điểm (Point to Point) : Mối liên kết này chỉ có 2 đối tác
thạm gia, về mặt vật lý hai tạm đợc nối với nhau bởi một đờng truyền.
Để thực hiện một mạng truyền tin dựa trên liên kết này sẽ là tập hợp của
nhiều đờng dây độc lập.
- Liên

kết

điểm



nhiều

điểm

(multi




drop):

Nhiều

trạm

đợc

nối
chung với một trạm chủ (master). Nh vậy các đối tác sẽ đợc nối chung
vào một đờng dây
- Liên kết nhiều điểm nhiều điểm (multi point): nhiều đối tác tham
gia và thông tin đợc trao đổi theo nhiều hớng. Cũng tơng tự liên kết
điểm nhiều điểm với liên kết này các đối tác cũng đợc nối trên cùng
một đờng dây.
Định nghĩa: Cấu trúc mạng là tổng hợp của các mối liên kết.
Cấu trúc mạng cũng hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng
nhng cũng hiểu là cách sắp xếp logic của các nút mạng.
Các loại cấu trúc mạng:
+ Topology đầy đủ:
E
A
D
B
C
Hình


1.3
. Sơ đồ Topology đầy đủ (Full)
Với cấu trúc đầy đủ này thì sự giao tiếp giữa các trạm là nhanh, một
đối tác bị sự cố sẽ không ảnh hởng tới các đối tác còn lại nhng cấu trúc
này giá thành cao do tốn kém dây dẫn
+ Topology hình sao:
B C
A
D
F
E
Hình

1.4
. Sơ đồ topology hình sao
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-


Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 6
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong


cọng

nghióỷp
Các đối tác trao đổi thông tin với nhau thông qua một trạm chủ, tuy
nhiên một sự cố của trạm chủ sẽ dẫn đến sự tê liệt của toàn hệ thống do đó
trạm chủ đòi hỏi phải có độ tin cậy cao.
+ Topology vòng lặp
B
A
C
D
Hình

1.5.
Sơ đồ topology kiểu vòng loop
Trong cấu trúc này các thành viên đợc nối với nhau tạo thành mạch vòng
khép kín, tín hiệu đợc truyền đi theo chiều cố định. u điểm của phơng
pháp

này



mỗi

nút

mạng




thể



bộ

khuếch

đại

điều

đó

khiển

cho
khoảng

cách

đối

với

cấu

trúc


này



thể



rất

xa.

Mặt

khác

mỗi

đối

tác
ngăn mạch vòng làm hai phần nên khả năng sảy ra xung đột sẽ giảm do tín
hiêụ chỉ đợc truyền đi theo một chiều.
+ Topology bus
Hình

1.6
. Cấu trúc trunk-
line/drop-line
Hình


1.7.
Cấu trúc daisy-chain
Trong cấu trúc này các đối tác truyền thông đợc nối trên cung một
dây dẫn. Với cấu trúc daisy-chain các đối tác đợc nối trực tiếp vào đờng
truyền. Còn cấu trúc trunk-line/drop-line thì có các dây phụ để nối các đối
tác vào đờng Bus chung. u điểm của phơng pháp này là đơn giản và tiết
kiệm dây dẫn.
+ Cấu trúc cây
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa


-

BKN 7
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
Bộ nối Bộ lặp Bộ nối sao
Hình


1.8.
Cấu trúc cây
Cấu

trúc

cây



tổng

hợp

của

nhiều

liên

kết

với

các

cấu

trúc


nh
đờng thẳng, sao, mạch vòng Đây là cấu trúc thờng gặp trong thực tế.
2.3.

Môi

trờng

truyền

dẫn
2.3.1. Các đặc tính của môi trờng truyền dẫn
Môi trờng truyền dẫn là môi trờng mà tín hiệu thông tin truyền qua
(thực chất đó là đờng truyền). Môi trờng truyền dẫn có ảnh hởng
lớn tới tốc độ truyền dẫn, chất lợng đờng truyền Ta xét các đặc tính
sau:


Dung lợng truyền của môi trờng truyền dẫn đợc tính theo công thức
sau:
U
k
=

T
k
*F
k
*H
k



đó:

T
k
-

Thời

gian

trong

đó



mặt

tín

hiệu

truyền

đi
F
k



Khoảng

tần

số

làm

việc

của

kênh
H
k
-

Đặc

tính

chỉ



sự

tăng


công

suất

tín

hiệu

P
th
so

với

công
suất

nhiễu

P
nh
trong

kênh
Ngời

ta

còn


gọi

U
k


khả

năng

truyền

của

môi

trờng

truyền

dẫn


Tốc độ truyền thông tin:
V=I/T
ở đó:

I Lợng thông tin truyền
T Thời gian truyền lợng thông tin I
2.3.2. Các loại môi trờng truyền dẫn

a) Đờng hai dây hở.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 8
Chổồng

1.


Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
Là loại môi trờng truyền dẫn đơn giản, hai dây dẫn đợc cách li với
nhau

bằng

khoảng

không.

Loại


này



thể

nối

các

thiết

bị

với

chiều

dài
không

lớn

lắm



tốc

độ


truyền

không

quá

19.2

Kbis/s.

Đờng

dây

này
đợc ứng dụng trong truyền số liệu giữa các DTE và DCE.
Nhợc

điểm

của

loại

dây

này




chịu

tác

động

của

nhiễu

xuyên

âm,
ngoài ra cấu trúc hở khiến nó nhạy cảm với nhiễu gây ra bởi các nguồn bức
xạ, đó cũng chính là lí do khiến cho môi trờng truyền dẫn này hạn chế về
tốc độ và chiều dài dây dẫn.
b) Cáp đôi dây xoắn
Đây



môi

trờng

truyền

dẫn




tính

lịch

sử

trong

truyền

số

liệu


hiện này nó vẫn là môi trờng truyền dẫn đợc dùng rất phổ biến. Nó đợc
phát minh cùng thời với điện thoại, và giá thì tơng đối rẻ tiền
Cáp dây đôi xoắn có thể loại trừ tốt hơn. Trong một cáp có nhiều cặp
dây xoắn vào nhau. Một đôi dây xoắn bao gồm hai sợi dây đợc quấn cách
li ôm vào nhau do cấu trúc nh thế mà trờng điện từ của hai dây sẽ trung
hoà lẫn nhau, mặt khác dây tín hiệu và dây đất xoắn vào nhau giúp cho tín
hiệu giao thoa đợc cả hai dây thu nhận, không làm ảnh hởng lên tín hiệu
vi sai.

Chính vì vậy mà nhiễu ra môi trờng xung quanh và nhiễu xuyên âm
giảm thiểu đáng kể.
Hình


1.9.
Cấu tạo của cáp đôi dây xoắn
Đờng

dây

xoắn

đôi

thích

hợp

với

thiết

bị

điều

khiển

đờng

dây


mạch thu riêng, sử dụng tốc độ bit dới 1 Mbps cho khoảng cách từ vài m

đến 15Km và tốc độ bit thấp hơn cho khoảng cách dài hơn. Điển hình của
cáp đôi dây xoắn là việc ứng dụng trong các hệ thống truyền thông sử dụng
chuẩn RS485 với tốc độ truyền thông thờng là 64Kb/s và 96Kb/s
Tuy vậy cáp đôi dây xoắn có nhợc điểm là chịu ảnh hởng của nhiễu
kí sinh và hiện tợng can nhiệt (couplage)


2

loại

cáp

xoắn

đôi:

Cáp

xoắn

đôi

không

bọc

kim

(UTP



Unshielded

Twisted

Pair)

dùng

rộng

rãi

trong

mạng

điện

thoại



trong
nhiều

ứng

dụng


truyền

số

liệu;

cáp

xoắn

đôi

bọc

kim

(STP



Shielded
Twisted Pair), có một màn chắn để bảo vệ giảm ảnh hởng của tín hiệu giao
thoa.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh


&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 9
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử


maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
c) Cáp đồng trục
Hạn chế chính của cáp xoắn đôi gây ra bởi hiệu ứng bề mặt. Khi tốc độ
bit (cũng là tần số) của tín hiệu truyền dẫn tăng lên thì luồng chảy của dòng
điện trong dây chỉ ở trên bề mặt, do vậy sử dụng ít hơn tiết diện sẵn có, dẫn
đến

sự

tăng

điện

trở

của

dây


đối

với

tín

hiệu

cao

tần,

làm

tăng

suy

hao.
Ngoài ra, ở tần số cao, năng suất tín hiệu bị mất mát nhiều hơn do hiệu ứng
bức xạ. Vì vậy, với những ứng dụng đòi hỏi tốc độ bit cao hơn 1 Mbps, cần
phải có thiết bị điện tử thu và điều khiển tinh vi hơn hoặc sử dụng một môi
trờng truyền dẫn khác.
Cáp

đồng

trục

làm


giảm

tối

thiểu

hai

hiệu

ứng

trên.

Cáp



chất

dẫn
điện



chính

giữa


trục



bao

quanh

trục

cũng



chất

dẫn

điện.

Khoảng
giữa hai lớp chất dẫn điện thờng đợc làm đầy bởi chất cách điện rắn hoặc
cấu trúc tổ ong.
Lớp dẫn điện
Lớp cách điện
Hình

1.10.
Cấu tạo của cáp đồng trục
Chất dẫn điện ở giữa là màn chắn hữu hiệu với tín hiệu nhiễu bên ngoài. Sự

tổn hao tín hiệu rất nhỏ gây ra do bức xạ điện từ và hiệu ứng bề mặt. Cáp
đồng

trục



thể

sử

dụng

với

nhiều

kiểu

tín

hiệu

khác

nhau,

tốc

độ


điển
hình là 10Mbps.
Cáp đồng trục đợc sử dụng rộng rãi, chế độ hoạt động có thể sử dụng dải
cơ sở (BaseBand) hoặc

dải rộng

(BroadBand). Với BaseBand toàn bộ hiệu
suất đờng truyền đợc dành cho một kênh truyền thông duy nhất trong khi
đó BroadBand thì sử dụng cho 2 hoặc nhiều kênh cùng phân chia dải thông
của đờng truyền. Chúng đợc minh hoạ trên hình 3.10.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ


õọỹng

hoùa

-

BKN 10
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp

BaseBand BroadBand
Hình

1.11.
Minh hoạ dải cơ sở và dải rộng
- Phơng thức truyền dải cơ sở có thể truyền đợc cả tín hiệu tơng tự
và tín hiệu số.
Khoảng cách truyền ở giải cơ sở từ 1Km đến 3Km tốc độ trong giải này là
1Mb/s đến 10Kb/s
Với

giải

rộng

khoảng

cách

từ

10Km

đến

50Km,

tốc

độ




thể

lên

đến
350Mb/s
Với điều chế dải rộng cáp đồng trục khá nhạy cảm với nhiễu tần số thấp, hệ
số chống nhiễu từ 50dB đến 60 dB. Trong trờng hợp điều chế dải rộng thì
kém nhạy cảm hơn, hệ số chống nhiễu từ 80dB đến 100dB.
d) Sợi quang
Đây



môi

trờng

truyền

dẫn

đang

đợc

xử


dụng

rộng

rãi

trong

công
nghiệp bởi các u điểm sau:
- Dung lợng truyền lớn
- Tính bảo mật tín hiệu khi truyền cao
- Trọng lợng nhẹ (đặc biệt thích hợp với kỹ thuật hàng không)
- Khả năng chống nhiễu tốt
- Tốc độ truyền cao (có thể lên đến hàng trăm Mb/s)
- Không bị ăn mòn trong các môi trờng oxi hoá
Chúng ta hãy xét một số các vấn đề lí thuyết trớc khi xem xét sợi quang
+ Bản chất và các đặc trng của sóng ánh sáng
*. Bản chất sóng ánh sáng
- ánh sáng cờng độ lớn không phải bao gồm những lợng tử năng lợng
lớn mà gồm rất nhiều lợng tử lan truyền. Bản chất của sóng ánh sáng có cả
tính

chất

sóng




tính

chất

hạt.

Tốc

độ

lan

truyền

của

sóng

ánh

sáng


3.10
8
m/s trong chân không
Nguyóựn

Kim


Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 11
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung


vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
- Khi nghiên cứu các phần tử thu quang ngời ta xử dụng các đặc tính hạt
của nó. Khi nghiên cứu quá trình lan truyền của cáp quang trên sợi quang
ngời ta lại quan tâm đến tính chất sóng của nó.
*.

Các

đặc

trng



bản
+ Dải phổ bức xạ quang học. Đặc trng cơ bản của các nguồn bức xạ điện
từ là dải phổ bức xạ quang học hay dải bớc sóng tơng ứng:


=
c
f
(m) & f

=
c


(Hz)
- ánh sáng sử dụng trong thông tin quang là ánh sáng trong vùng hồng
ngoại:
- Hồng ngoại gần IR-A: 0.78àm 1.4 àm
- Hồng ngoại giữa IR-B: 1.4àm 6 àm
- Hồng ngoại gần IR-A: 6àm 1mm
- Phổ bức xạ có 3 loại khác nhau là phổ liên tục, phổ rời rạc và phổ hấp
thụ. Trong thông tin quang ngời ta sử dụng phổ liên tục và phổ rời
rạc.
+ Đặc tính không kết hợp: Khi các nguồn bức xạ hoạt động, từng nguyên tử
sẽ

bức

xạ

ngẫu

nhiên


các

xung

ánh

sáng,

Mỗi

xung

ánh

sáng

chứa

đựng
một dao động riêng. Các xung ánh sáng chỉ tồn tại trong 1 thời gian ngắn
(18
-8
) và đi đợc khoảng 3m. Sau đó các nguyên tử ngừng bức xạ trong một
thời gian dài, trong thời gian đó các nguyên tử khác lại bức xạ và nó tạo ra
ánh sáng liên tục.
Do

các

nguyên


tử

nên

pha

của

chúng



ngẫu

nhiên,

do

đó

không

thể


hiện tợng giao thoa trong một thời gian dài và ngời ta gọi đó là đặc tính
không kết hợp của ánh sáng.
+ Nguyên lí truyền dẫn ánh sáng
- Dựa vào hiện tợng phản xạ toàn phần

-
Khi

n
1
>n
2



t
<=


n
2
n
1
+ Cấu tạo sợi quang
Cáp

sợi

quang

gồm một sợi

thuỷ

tinh


đơn

cho

mỗi

tín

hiệu đợc

truyền,
nằm trong vỏ bọc ngăn ánh sáng bên ngoài. Tín hiệu ánh sáng sinh ra bởi
máy

phát

quang.

Máy

phát

quang

thực

hiện

sự


chuyển

đổi

từ

điện

sang
quang. Tơng tự, máy thu quang thực hiện chức năng ngợc lại tại đầu cuối
thu. Máy phát quang sử dụng LED hoặc ILD, máy thu quang sử dụng diode
quang hoặc transistor quang để thực hiện các chuyển đổi.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ


õọỹng

hoùa

-

BKN 12
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng


nghióỷp
n1
n2
Hình

1.12.
Nguyên lí làm việc của cáp quang
Trong sợi quang đa mode chiết suất bậc, vật liệu chế tạo vỏ và lõi khác
nhau nhng chiết suất là đồng nhất. Các tia sáng do diode phát ra với góc
nhỏ hơn góc tới hạn sẽ đợc phản xạ toàn phần tại giao diện lõi vỏ và lan
truyền

dọc

theo

lõi

bằng

cách

phản

xạ

nhiều

lần.


Các

tia

sáng

phát

ra

tại
diode với góc khác nhau sẽ truyền đi với thời gian khác nhau, dẫn đến tín
hiệu thu có độ rộng xung lớn hơn tín hiệu vào, làm giảm tốc độ bit.
+ Phân loại sợi quang
Theo đặc tính truyền dẫn ngời ta chia sợi quang thành 2 loại: Sợi SM và
sợi MM
- Sợi SM (Single Mode): đợc hiểu là một trạng thái dao động điện từ
ứng với nghiệm cao của phơng trình sóng. Số

lợng các Mode có
quan hệ với sóng điện từ đơn thoả mãn các phơng trình Maxwell và
điều kiện bờ lấy từ sợi quang.
- Sợi MM (Multiple Modes): Đợc hiểu là có đồng thời nhiều Mode.
Sợi

MM



đờng


kính

d
k
lớn

hơn

sợi

SM
Có thể hiểu Mode là các tia sáng thành phần.
Theo sự thay đổi của chiết suất mà ngời ta phân sợi quang thành một số
loại sau:
- Sợi SI-MM (Step Index Multiple Modes)
- Sợi GI-MM (Granded Index Multiple Modes)
- Sợi SI-SM (Step Index Single Mode)


Đồ thị sau chỉ ra sự liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của
cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục và cáp quang
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&


Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 13
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng


truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
V(Mb/s)
100
10
1
Cáp quang
Cáp đồng trục
0.1
Cáp đôi dây xoắn
L(km)
0.1 1 10 100
Hình

1.13.
Đồ thị liên hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền của cáp
đôi dây xoắn, cáp đồng trục và cáp quang
e)

Vệ

tinh

Ngoài môi trờng hữu tuyến, số liệu còn có thể đợc truyền bằng cách
dùng sóng vô tuyến qua không gian nh hệ thống vệ tinh. Số liệu đợc điều
chế

bởi

một

chùm

sóng

cực

ngắn

hình

nón,

phát

từ

mặt

đất

lên


vệ

tinh.
Chùm

tia

này

đợc

thu



truyền

đến

đích

đã

định

bằng

cách

dùng


1
antenna định hớng và bộ chuyển tiếp. Một vệ tinh đơn có nhiều bộ chuyển
tiếp nh vậy, mỗi bộ tiếp nhận một dải tần số riêng. Một kênh vệ tinh điển
hình

có băng

thông

lớn

(500MHz)



có thể

cung

cấp

hàng

trăm

kênh số
liệu tốc độ cao bằng cách dùng kỹ thuật ghép kênh.
Vệ tinh dùng cho mục đích liên lạc thờng là vệ tinh địa tĩnh. Ngời ta
chọn quỹ đạo của vệ tinh để cung cấp một tuyến thông tin tầm nhìn thẳng

giữa trạm phát và thu.
Vệ tinh
Trạm phát Trạm thu
Hình

1.14.
Truyền dẫn bằng sóng vệ tinh
Mỗi trạm mặt đất thu, phát tại các tần số khác nhau, thực tế thờng sử dụng
hệ thống nhiều trạm thu phát, tổ chức thành mạng.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa


-

BKN 14
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
f) Sóng cực ngắn trên mặt đất (viba)
Đờng truyền sóng cực ngắn đợc sử dụng rộng rãi


khi việc xây dựng
một môi trờng hữu tuyến là không thực tế, hoặc quá đắt, ví dụ qua sông
hồ, sa mạc. Vì sóng cực ngắn truyền qua không khí nên có thể bị gián đoạn
bởi các vật cản do con ngời va điều kiện thời tiết có hại. Cũng nh vệ tinh,
chùm tia sóng cực ngắn truyền qua không gian nên không hiệu quả. Truyền
dẫn bằng sóng cực ngắn có thể cho phép khoảng cách đến 50km.
g) Sóng vô tuyến tần thấp
Sóng vô tuyến tần thấp đợc sử dụng ở những nơi có liên kết cố định
qua một khoảng cách vừa phải bằng cách dùng máy phát và thu ở mặt đất.
Ví dụ, dùng để kết nối các máy tính trong thành phố với một máy phát ở xa.
máy vô tuyến (gọi là trạm gốc) đợc đặt ở điểm cố định, cung cấp liên kết
vô tuyến giữa mỗi máy tính và trạm trung tâm.
Nếu

ứng

dụng

yêu

cầu

khu

vực

bao

phủ


rộng

lớn,

cần

phải

sử

dụng
nhiều trạm gốc. Khu vực bao phủ của mối trạm gốc bị giới hạn do giới hạn
công suất phát, vì vậy mỗi trạm gốc chỉ cung cấp vừa

đủ kênh phục vụ cho
toàn bộ tải trong khu vực đó. Có thể đạt đợc vùng phủ sóng lớn hơn bằng
cách sắp xếp nhiều trạm gốc theo cấu trúc tế bào. Thực tế, kích thớc tế bào
thay đổi và đợc xác định bởi các yếu tố nh mật độ đầu cuối và địa thế địa
phơng.
Mỗi

trạm

gốc

hoạt

động

sử


dụng

một

dải

tần

khác

với

trạm

lân

cận.
Tuy nhiên, vì phủ sóng của mỗi trạm gốc bị giới hạn nên có thể sử dụng lại
dải tần của các vùng khác trong mạng. Các trạm gốc đợc kết nối đến mạng
cố định. Thông thờng, tốc dộ truyền số liệu giữa các máy tính trong một tế
bào là

10Kbps.
2.4.

Các

phơng


pháp

truy

nhập

đờng

truyền
Trong mạng truyền tin có nhiều đối tác tham gia, cần thiết phải có sự
điều khiển để sao cho ở mỗi thời diểm chỉ có đối tác đợc gửi thông tin đi,
rõ ràng cần thiết phải có phơng pháp thích hợp để phân chia thời gian gửi
dữ liệu trên đờng truyền.
Việc truy nhập đờng truyền liên quan đến các yếu tố sau:
- Độ tin cậy khi truyền thông tin
- Tính năng thời gian thực
- Hiệu suất sử dụng đờng truyền.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ


-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 15
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng


trong

cọng

nghióỷp
Ngời

ta

đa

ra

các

phơng

pháp

truy

nhập

đờng

truyền

nh

sau:

2.4.1.Phơng pháp truy cập Master/ Slave
Với phơng pháp truy nhập này, trạm chủ sẽ đợc quyền phân chia thời
gian truy cập đờng truyền cho các trạm tớ hình 3.15.
Master
Slave Slave Slave
Hình

1.15.
Truy cập Master/slave
Trạm chủ có thể gửi các yêu cầu tuần tự đến các trạm tớ hoặc có thể chỉ
định trạm tớ bất kỳ theo mục đích truy nhập.
Ưu điểm của phơng pháp này là cấu trúc mạng đơn giản, nhng các
hoạt động của mạng lại phụ thuộc vào trạm chủ nên đòi hỏi độ tin cậy của
trạm chủ là rất cao, mặt khác do thông tin giữa các trạm tớ đều phải thông
qua

trung

gian



trạm

chủ

đã

khiến


cho

hiệu

suất

đờng

truyền

trong
phơng pháp này là không cao.
2.4.2. Phơng pháp truy cập Token Passing
Cấu trúc của một token nh sau:
Start
1 byte
Access
control

End

delimiter
1 byte

1 byte
Hình

1.16
. Định dạng của 1 token
Token Passing là 1 khung truyền có cấu trúc đặc biệt với các thông tin

dữ liệu chính, nó đợc sử dụng nh thẻ bài có thể tác dụng trao quyền gửi
thông tin khi một trạm nào đó có đợc thẻ bào này. Việc gửi thẻ bài đợc
thực hiện theo 1 chu trình định sẵn. Đối với các mạng có cấu trúc khép kín
ngời ta đa ra khái niệm Token rinh. Sơ đồ nh sau:
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 16
Chổồng


1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
: Môi
trờng

vật

: Đờng đi
của Token
Unit 1


Unit 2

Unit 3

Unit 4
Unit 3: bị lỗi
Unit 8 Unit 7

Unit 6 Unit 5
Hình

1.17.
Phơng pháp truy nhập Token Ring
Unit 1 Unit 2 Unit 3 Unit 4
Unit 8 Unit 7

Unit 6 Unit 5
Hình

1.18
. Phơng pháp truy nhập Token bus
Một trạm đang giữ Token không những có quyền giữ thông tin đi mà
còn có thể kiểm soát thông tin của các trạm khác. Nếu thấy trạm chuẩn bị
nhận

Token

bị


lỗi



sẽ

không

giữ

Token

cho

trạm

này,

hoặc

nếu

token
không đợc gửi (có nghĩa là trạm token bị lỗi) thì 1 trạm nào đó sẽ tự tạo ra
token để đảm bảo hoạt động của hệ thống là thông suốt.
2.4.3. CDMA/ CD(Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)
Trong phơng pháp này, các trạm đều đợc truy nhập bus mà không có
1 sự kiểm soát nào. Nguyên tắc hoạt động đợc mô tả nh sau:
+ Mỗi trạm đều cảm nhận đờng truyền (carier sense), chỉ khi đờng truyền
rỗi thì mới đợc truyền thông tin trên đó.

Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 17
Chổồng

1.

Lyù


thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
+

Do

độ

trễ

của

sự


lan

truyền



vẫn

xảy

ra

trờng

hợp

lặp

2

hay

nhiều
trạm

cùng

đa

thông


tin

lên

đờng

truyền

(hình )



khi

phát

các

trạm
này vẫn phải cảm nhận xem có xảy ra xung đột không (Collision Detection)
n1 n2 n3 n4
Hình

1.19.
Nhiều trạm nhận cùng gửi thông tin lên đờng truyền
+

Khi


hai

hay

hiều

trạm

nhận

cùng

đa

thông

tin

lên

đờng

truyền

(tức
xung

đột

xảy


ra)

thì

các

trạm

này

đều

phải

huỷ

bỏ

bản

tin

gửi

của

mình
(hình )
n1 n2 n3 n4

Hình

1.20.
Các thông báo gửi bị huỷ bỏ
+ Chờ trong thời gian ngẫu nhiên các trạm này sẽ gửi lại thông báo
n1 n2 n3 n4
Hình

1.21
. Trạm n1 gửi thông báo
Thực tế việc phát hiện xung đột đợc thực hiện bằng cách so sánh tín
hiệu phát và tín hiệu phản hồi. Trong trờng hợp có xung đột thì các trạm
này lập tức không phát nữa, và các trạm nhận thì không nhận đợc byte kết
thúc của khung truyền nên coi nh thông báo này bị huỷ bỏ.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-


Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 18
Chổồng

1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng


nghióỷp
Ưu điểm của phơng pháp này là đơn giản và linh hoạt nhng không
phù hợp với các hệ thống mạng cấp thấp do tính không ổn định về thời gian
đáp ứng.
2.4.4. CSMA/ CA (Carrier Sense Multiple with Collision Avoidance)
Phơng

pháp

này

cũng

giống

phơng

pháp

CSMA/

CD,

nhng

chúng
sử dụng phơng pháp mã hoá bit thích hợp để khi xảy ra xung đột 1 tín hiệu
này sẽ lấn át tín hiệu kiểm tra. Ví dụ:
n1 n2 n3

A C B
X
a. n1 và n3 cùng phát
n1 n2 n3
A C B
b. n1 liên tục phát và n3 dừng phát
Hình

1.22.
Nguyên lí hoạt động của CDMA/CA
Phơng pháp này ra đời đã cải thiện đợc tính năng thời gian thực mà
phơng pháp CSMA/ CD gặp phải.
2.5.

Các

giao

thức

công

nghiệp

(Industrial

Protocol)
2.5.1. Khái niệm giao thức (Protocol)
+ Trong quá trình trao đổi thông tin trên mạng, các đối tác truyền thông cần
thiết phải tuân theo các quy tắc thủ tục chung để phục vụ cho việc giao tiếp

gọi là giao thức, giao thức chính là cơ sở cho việc thực hiện và sử dụng các
dịch vụ truyền thông.
+ Quy định một giao thức bao gồm các phần sau:
- Khởi

tạo:

Phần

này

khởi

tạo

các

thông

số

của

giao

thức



bắt


đầu
truyền dữ liệu trên đờng truyền
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 19
Chổồng


1.

Lyù

thuyóỳt

chung

vóử

maỷng

truyóửn

thọng

trong

cọng

nghióỷp
- Tạo khung và đồng bộ khung: Phần này định nghĩa thời điểm khởi đầu
và thời điểm kết thúc của khung để bên nhận có thể đồng bộ dữ liệu khi
nhận.
- Điều khiển luồng dữ liệu: để đảm bảo rằng với tốc độ này thì bên thu có
thể nhận số liệu mà không bị thiếu.
- Điều khiển truy cập đờng truyền: ứng dụng truyền bán song công
- Sửa lỗi: Các kí thuật ngày nay sử dụng sửa lỗi tổng khối và CRC.
- Điều


khiển

Time

Out:

áp

dụng

với

các

bộ

truyền

khi



không

nhận
đợc

dữ

liệu


trong

khoảng

thời

gian

định

trớc



bộ

nhận

không

thể
nhận đợc các bản tin trớc đó.
2.5.2.Giao thức công nghiệp


Các yêu cầu đối với các Protocol công nghiệp.
- Dễ

dàng


cho

các

hệ

thống

xử

lí:

Mức

độ

yêu

cầu

của

các

hệ

thống
truyền thông công nghiệp ở cấp độ phân xởng là ở cấp thấp. Cần thiết
chọn các giao thức đơn giản chẳng hạn giao thức ASCII.

- Tính bảo toàn dữ liệu khi truyền là cao: Trong môi trờng công nghiệp
có rất nhiều nhiễu điện từ, cần thiết phải truyền số liệu sao cho không có
lỗi, giao thức đợc chọn phải có khả năng kiểm soát lỗi hiệu quả chẳng
hạn nh phơng pháp soát lỗi CRC.
- Chuẩn hoá các giao thức: Xuất phát từ yêu cầu trao đổi thông tin giữa
các đối tác trao đổi thông tin (PLC, PC ) đợc sản xuất bởi các hãng
khác nhau, cần thiết phải có giao thức truyền thông công nghiệp chung,
chẳng hạn MobBus.
- Tốc độ truy cập các thông số cao: Yêu cầu việc cập nhật các thông số từ
các thiết bị trờng nối tiếp nhau là gần nh đồng thời.
Một số các giao thức công nghiệp điển hình nh: ASCII, Modbus, Can sẽ
đợc xét trong phần mạng của Simatic-net
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ


õọỹng

hoùa

-

BKN 20
Chổồng

2.

Caùc

bus

tióu

bióứu

cuớa

hóỷ

thọỳng

maỷng

SIMATICNET
Chơng 2
CC


BUS

TIấU

BIU

CA

H

THNG

MNG

SIMATICNET
1. Tổng quan chung về mạng Simatic
Trong mạng Simatic, đã đa các giải pháp cho mạng truyền thông công
nghiệp nh: Profibus, Ethernet, AS-i nhằm kết nối các thiết bị trờng với
các thiết bị ở cấp điều khiển , các thiết bị ở cấp điều khiển giám sát và các
thiết bị ở cấp quản lí
Tuỳ

theo

phơng

pháp

tích


hợp





thể

đa

ra

các

lựa

chọn

phần
cứng cũng nh phần mềm tơng ứng.
Chơng này trình bày về các giao thức chính đợc dùng trong Simatic,
phần

thiết

bị

phần


cứng



phơng

pháp

ghép

nối

đợc

trình

bày

trong
chơng 5
Hình sau là cấu trúc phân tầng điển hình trong Simatic-net
Ethernet
(Ethernet, IEEE 802.3)
Profibus
AS - i
Hình

2.0.
Phân tầng các mạng điển hình trong Simatic -net
2. AS-i (Actuator Sensor Interface)

Đây là sản phẩm của 11 hãng sản xuất sensor và cơ cấu chấp hành nổi
tiếng

trên

thế

giới

nh:

Siemens

AG,

Festo

KG Đây



hệ

thống

Bus
trờng dùng cho giao tiếp giữa các thiết bị ở cấp hiện trờng với các thiết bị
trong cấp điều khiển. Đặc tính kỹ thuật chính của AS-i là:
- Truyền tín hiệu cùng nguồn nuôi
- Cho phép thực hiện cấu trúc mạng dạng Bus cũng nh hình sao

- Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá thành thấp
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 21
Chiều

dài


tổng

cộng

tối

đa



100m,

tất

nhiên

nếu

muốn

dùng

với
khoảng cách lớn hơn phải sử dụng bộ lặp. Số lợng trạm tối đa trong một
mạng là 31 tức có thể quản lí tối đa là 124 S/A, tốc độ truyền quy định là
167kB/s
Trong sản phẩm của Siemens module giao diện AS-i Master trong S7-
300 là CP 342-2, module này có thể đợc nối với các Module thụ động để
nối với các A/S
Cơ chế giao tiếp trong AS-i dựa trên các yêu cầu và trả lời. Trạm chủ có

thể hỏi tuần tự để các trạm tớ trả lời hoặc cũng có thể hỏi các trạm tớ theo
cơ chế định địa chỉ
2.3.

Cấu

trúc

khung

truyền
Mục

đích

của

định

dạng

khung

truyền



để

giúp


bên

nhận

xác

định
đợc thời điểm bắt đầu, kết thúc một bản tin cũng nh gửi kèm các thông
tin về sửa sai lỗi
Khung truyền yêu cầu dữ liệu từ trạm chủ trong AS-i có chiều dài là 14
bít còn khung trả lời từ các trạm tớ có chiều dai là 7 bít, minh hoạ trên hình
sau:
Start CB A4 A3 A2 A1 A0 I4 I3 I2 I1 I0 P Stop
Hình

2.1.
Cấu trúc khung yêu cầu dữ liệu
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh


Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN

22
STT Ký

hiệu Mô

tả
1 Start đây là bít đánh dấu sự khởi đầu của khung truyền, nó có
giá trị là 0
2 CB Là bit điều khiển
3 A0 - A4 Là các bít dùng để xác định địa chỉ trạm tớ
4 I0 - I4 Các bít xác định thông tin yêu cầu trạm tớ
5 P Bít kiểm tra chẵn lẻ
6 Stop đây




bít

đánh

dấu

sự

kết

thúc

của

khung

truyền, nó


giá trị là 1
Chổồng

2.

Caùc

bus

tióu


bióứu

cuớa

hóỷ

thọỳng

maỷng

SIMATICNET
Bảng

2.0.
ý nghĩa của các bít trong khung yêu cầu
Cấu trúc khung trả lời từ trạm tớ trình bày trên hình sau:
Start S3 S2 S1 S0 P Stop
Hình

2.2.
Cấu trúc khung trả lời
Bảng

2.1.
ý nghĩa của các bít trong khung trả lời
3. Profibus (Process Field Bus)


hệ


thống

Bus

trờng

đợc

phát

triển

tại

Đức

năm

1987



thành
chuẩn EIC 61158 năm 2000.
Với mục đích quảng bá cũng nh hỗ trợ

việc phát triển và ứng dụng
các

sản


phẩm

tơng

thích

Profibus,

một

tổ

chức

ngời

sử

dụng

đã

đợc
thành lập mang tên Profibus International với hơn 1000 thành viên.
Ngày

nay

Profibus




hệ

thống

Bus

trờng

hàng

đầu

thế

giới

với

hơn
20%

thị

phần

với


hơn

5

triệu

thiết

bị

lắp

đặt

trong

khoảng

500.000

ứng
dụng. Profibus đang đợc

coi



giải

pháp chuẩn, tin


cậy

trong nhiều ứng
STT Ký

hiệu Mô

tả
1 Start đây là bít đánh dấu sự khởi đầu của khung truyền, nó có
giá trị là 0
2 S0 - S3 Thông tin trả lời về trạm chủ
3 P Bít kiểm tra chẵn lẻ
4 Stop đây là bít đánh dấu sự kết thúc của khung truyền, nó có
giá trị là 1
ý nghĩa các bít trong khung đợc trình bày trên hình sau:
dụng đặc biệt là trong các ứng dụng có yêu cầu cao về tính năng thời gian
thực.
Hệ thống Bus này đợc ứng dụng để kết nối các thiết bị trờng với các
thiết bị điều khiển giám sát. Đây là hệ thống Bus nhiều chủ (MultiCast) cho
phép các thiết bị vào/ra phân tán, các thiết bị đo thông minh, thiết bị điều
khiển nối vào cùng một đờng Bus.
Các

trạm

chủ

(thờng




các

PC,

PLC)

đợc

quyền

kiểm

soát

truyền
thông trên Bus, các trạm tớ (thờng là các Module vào/ra phân tán, các thiết
bị đo thông minh ) không đợc phép truy nhập Bus, mà chỉ đợc xác nhận
hoặc trả lời các yêu cầu từ trạm chủ.
Nguyóựn

Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn


Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 23
Chổồng

2.

Caùc

bus

tióu

bióứu

cuớa

hóỷ


thọỳng

maỷng

SIMATICNET
Profibus

gồm 3 loại tơng thích với nhau: Profibus FMS, Profibus
DP và Profibus PA. Profibus FMS đợc dùng chủ yếu trong việc
nối mạng các máy tính điều khiển và cấp điều khiển giám sát. Profibuss
DP đợc dùng để kết nối các thiết bị trờng với các máy tính điều khiển,
còn Profibus PA đợc sử dụng trong các lĩnh vực tự động hoá các quá
trình có
m ôi tr-
ờng dễ c
h áy nổ.
3.1.

Cấu

trúc

giao

thức

Profibus
Hình


2.3
Kiến trúc giao thức Profibus
Profibus DP và PA chỉ thực hiện lớp 1 và 2 nhằm tối u hoá việc trao đổi
dữ liệu quá trình giữa cấp điều khiển và cấp chấp hành.
- Lớp

FMS (với Profibus FMS) mô tả các đối tợng truyền thông,
xử lý và cung cấp các dịch vụ truyền thông.
- Lớp liên kết dữ liệu FDL có chức năng kiểm soát truy cập bus, cung
cấp dịch vụ cơ bản (cấp thấp) cho việc trao đổi dữ liệu một cách tin
cậy.
Tốc độ (Kb/s) 9.6, 19.2, 45.45
,
93.75
187.5 500 1500 3000, 6000,
12000
Chiều dài (m) 1200 1000 400 200 100
Lớp 7
Lớp 3 6
Fieldbus Message Specification
Lớp 2 Fieldbus Data Link (FDL)
Lớp 1 RS-48S/ Cáp quang IEC 1158-2
Profibus

-

FMS

Profibus


-

DP

Profibus-

PA
- Lớp

vật



quy

định

về

kỹ

thuật

truyền

dẫn

tín

hiệu,


môi

trờng
truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học. Việc sử dụng giao
diện

RS485

đã

quyết

định

các

đặc

tính

truyền

dẫn.

Khoảng

cách
truyền cực đại là 1200m, nếu sử dụng trạm lặp có thể lên đến 4800m
tất


nhiên



còn

phụ

thuộc

vào

tốc

độ

truyền.

Nói

chung

tốc

độ
truyền thờng tring khoảng 9.6 500Kb/s và số lợng trạm tối đa là
127, nó sử dụng phơng pháp mã hoá NRZ.
Nguyóựn


Kim

Aẽnh

&

Nguyóựn

Maỷnh

Haỡ

-

Tổỷ

õọỹng

hoùa

-

BKN 24
Chổồng

2.

Caùc

bus


tióu

bióứu

cuớa

hóỷ

thọỳng

maỷng

SIMATICNET
3.2.

Truy

cập

Bus



các

dịch

vụ


truyền

số

liệu.
Hai phơng pháp truy nhập bus có thể đợc áp dụng độc lập hoặc kết
hợp là Token Passing và Master/ Slave.
Thời gian vòng lặp tối đa để 1 trạm tích cực nhận lại đợc Token có thể
thay đổi bởi các tham số. Khoảng thời gian này là cơ sở cho việc tính toán
chu kì thời gian của cả hệ thống.
Controller
PC PC
Controller
M
M
V
M
Drive Sensor Sensor

Actuator Drive Transmiter

Drive

Sensor
Hình

2.4.
Cấu trúc điển hình về hệ thống mạng Profibus
+ Các dịch vụ truyền số liệu thuộc lớp 2 trong mô hình OSI (FDL) bao
gồm 4 dịch vụ:

- SDN (Send Data with No Acknowledge)
Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài dây dẫn thể hiện trên bảng sau:

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay
×