Tiểu luận Hệ thống thông tin công nghiệp Tiểu luận Hệ thống thông tin công nghiệp Page 1 CHỦ ĐỀ 17 FOUNDATION FIELDBUS Học viên thực hiện 1 Nguyễn Thị Thắm 2 Nguyễn Ngọc Hiển 3 Nguyễn Trung Đức Nhiệm vụ cụ thể Học viên Nhiệm vụ Nguyễn Thị Thắm Ttừ trang 4 đến trang 11 Nguyễn Ngọc Hiển Từ trang 11, 12 đến trang 18 Nguyễn Trung Đức Còn lại Tiểu luận Hệ thống thông tin công nghiệp Page 2 LỜI NÓI ĐẦU “Tôi hoàn toàn có thể nói rằng cuộc chiến Fieldbus chẳng khác nào „nồi da nấu thịt‟, „huynh đệ tương.
Trang 2LỜI NÓI ĐẦU
“Tôi hoàn toàn có thể nói rằng cuộc chiến Fieldbus chẳng khác nào „nồi da nấu thịt‟, „huynh đệ tương tàn‟”, ông Eric Marcelo, chuyên gia thiết bị cấp cao của Nestle Phils, Cagayan de Oro Factory tại Philippines quả quyết
Trong thời gian diễn ra Hội chợ Hannover tổ chức tại Đức vào tháng 6/2006 vừa qua, báo giới có giật hàng tít: Profibus đã lắp đặt được 15,4 triệu nút trên toàn thế giới, trong đó có 530.000 trong các hệ thống quá trình ODVA ra thông cáo “xuất cảng” nút EtherNet/IP thứ 1 triệu (Cùng trở lại năm 2003 Khi đó Rockwell Automation cho biết đã xuất cảng nút DeviceNet thứ 1 triệu)
Foundation Fieldbus nổi lên dẫn đầu trong các ứng dụng điều khiển quá trình với 625.000 thiết bị và hơn 10.000 hệ thống được lắp đặt Mặc dù không được gọi là fieldbus, nhưng có khoảng 10 triệu thiết bị sử dụng HART hoạt động tại hiện trường, theo ARC Advisory Group Còn ngay tại Hội chợ Hannover, hơn 40 công ty trưng bày các thiết bị tự động hóa không dây
Qua đó, chúng ta thấy nổi cộm lên vấn đề là: Thế trận đại chiến đang thành hình Có thể sẽ diễn ra một cuộc Đại chiến Fieldbus tiếp theo Và tất nhiên, người sử dụng cuối bắt đầu mệt mỏi với viễn cảnh này
Không có một thế giới chung sống hòa bình?
“Tôi hoàn toàn có thể nói rằng cuộc chiến Fieldbus chẳng khác nào „nồi da nấu thịt‟,
„huynh đệ tương tàn‟”, ông Eric Marcelo, chuyên gia thiết bị cấp cao của Nestle Phils, Cagayan de Oro Factory tại Philippines quả quyết “Một nhóm người tạo ra khái niệm fieldbus và phát triển nó Có một nhóm khác tin rằng mình có thể làm tốt hơn hoặc giả không muốn để mất công nghệ của mình vào tay người khác nếu chấp nhận fieldbus của người khác Có thể, đây là bản ngã tự kiêu của con người, nhưng kết quả của toàn
bộ những hành động trên đều là một: Sự hỗn độn “Thay vì ngồi lại và thống nhất với nhau một chuẩn chung, mỗi nhà phát triển tiếp tục phát triển cái riêng của mình, hy vọng một ngày kia sẽ loại bỏ hết các đối thủ còn lại Lúc này đây, chính người sử dụng đang bị kẹt
trong cái mớ hỗn độn này.”
Patrick Rossi, giám đốc dự án tự động hóa quá trình tại Mead Johnson ở Evansville nhận xét: “Việc fieldbus tách biệt ở hai đầu chiến tuyến đẩy người sử dụng vào thế bất khả quyết nên chọn bus nào cho mình Khi không đủ thông tin để quyết định sử dụng loại nào, lựa chọn của chúng tôi chính là không lựa chọn Chúng tôi đang chờ “sự đột phá” công nghệ tiếp theo giúp chúng tôi giảm chi phí” Ken Smothers, giám sát bảo trì của I&C tại Aquila Lake Road Station diễn giải một cách đơn giản: “Chúng tôi đã xem xét fieldbus cho dự án của mình, nhưng cuối cùng lại phải từ bỏ vì thấy chúng quá phức tạo và thiếu sự tin cậy cho nhà máy.”
Ad, kỹ sư nhà máy lọc dầu cho biết: “Nhìn chung, các nhà cung cấp không muốn
“chơi đẹp” với nhau Gần đây, chúng tôi lắp 300 thiết bị Foudation Fieldbus cho một khu lọc dầu mới tại U.S Chúng tôi gặp phải cả đống những rắc rối để thiết lập cho
Trang 3thiết bị liên lạc với hệ thống Dù cuối cùng cũng xong, nhưng để tạo được đúng file
Tuy nhiên, Ad tỏ ra rất hài lòng với tính năng của fieldbus: “Lắp đặt diễn ra suôn sẻ Chúng tôi được hưởng lợi nhiều từ tính năng chẩn đoán và khả năng tương tác với thiết bị từ hệ thống điều khiển Biết được vị trí chính xác của van do bộ định vị cung cấp giúp giải quyết nhiều vấn đề đau đầu cho kỹ sư điều khiển – biết được liệu van có đang hoạt động hay không, và quan trọng hơn có thể khắc phục được lỗi.”
Trên một số bình diện, có nhiều người sử dụng fieldbus không hề có một lời phàn nàn, nếu không nói là rất hài lòng Nhà máy Air Products tại Wichita, Kan., gần đây có lắp
hệ thống điều khiển Simatics PCS 7 hỗ trợ Profibus “Chúng tôi rất hài lòng với những cải tiết và giá thành khi lắp đặt Profibus”, ông Dean Kerr, kỹ sư cao cấp của Air Products cho biết “Dự án hoàn thành đúng tiến độ, chi phí thấp hơn ngân sách dự kiến Profibus cho chúng tôi thoải mái lựa chọn các thiết bị hiện trường từ nhiều nhà cung cấp có tên tuổi Chúng được tích hợp “êm ru” vào mạng của chúng tôi.”
Fieldbus: mãi mãi được chấp nhận
“Tôi đồng ý rằng fieldbus hiện nay vẫn còn đang trong tình trạng rất hỗn độn, công nghệ phát triển nhanh hơn sự thích ứng của người sử dụng.:, Arnold Offner, giám đốc
ủy ban quốc tế của Phoenix Contact đưa ra lời nhận xét “Ở Bắc Mỹ, hầu hết các nhà máy đã được thay thế hoặc nâng cấp bằng những quá trình công nghệ fieldbus tiên tiến nhất và hiệu quả thì trông thấy rõ rệt Tuy nhiên, đó chỉ là ở Bắc Mỹ, toàn bộ các
dự án fieldbus đang nằm ở các nơi trên thế giới.”
Chúng ta cùng tìm hiểu về lịch sử và những nét đặc trưng của Foundation Fieldbus để hiểu thêm về nó
Trang 4Foundation Fieldbus:
Lịch sử và những nét đặc trưng
41.1 Giới thiệu 41.2 Nguyên lý của Foundation Fieldbus 41.3 Mô tả kỹ thuật của Foundation Fieldbus 41.4 Kết luận
41.1 Giới thiệu
Foundation Fieldbus là một hệ thống thông tin 2 chiều gồm các chữ số nối tiếp Đặc điểm kỹ thuật của nó vừa mới được phát triển bởi quỹ liên kết phi lợi nhuận Fieldbus Kể từ khi bắt đầu, Foundation Fieldbus đã thể hiện 2 tính năng đó là làm nền móng và tính duy nhất Nhấn mạnh về tiêu chuẩn mô tả các thiết bị được kết nối với fieldbus, và thông qua các cơ chế truy cập liên kết chính
Ủy ban tiêu chuẩn IEC/ISA fieldbus (IEC 61158 và ISA Sp50) đã cố gắng để lấy được đề nghị hiện có sớm và đầy đủ các giải pháp
Một trong những mục tiêu của chương này là để nhấn mạnh sự lựa chọn Fieldbus Foundation của các hiệp hội cũng như tác động của họ vào các tính năng hiện tại của
hệ thống truyền thông Foundation Fieldation
Hơn nữa, tính năng này sẽ được mô tả rất chi tiết, cho phép người đọc hiểu rõ đặc điểm của hệ thống
Chương này gồm 2 phần: Phần 1 cung cấp một cái nhìn tổng quan về các nguyên tắc của Foundation Feildbus, phần 2 giới thiệu các tính năng chính của hệ thống thông tin liên lạc này
41.2 Nguyên lý của FOUNDATION Fieldbus
Kể từ khi hệ thống truyền thông Feildbus đầu tiên xuất hiện trên thị trường, ngay lập tức nhu cầu cần thiết một chuẩn fieldbus đã được đề cập đến Cách đây hơn 15 năm,
ủy ban kỹ thuật điện quốc tế (IEC) và hội văn kiện Mỹ (ISA) đã bắt tay cho một nỗ lực chuẩn hóa chung được xác định bởi 2 mã số: 61158 bên IEC và SP50 bên ISA Mục đích chính của ủy ban tiêu chuẩn là định nghĩa một hệ thống truyền thông duy nhất có thể kết hợp các tính năng chính của Fieldbus có sẵn trên thị trường đó là: FIP[8] và Profibus[9]
Fieldbus foundation (chú ý rằng Fieldbus foundation đã đề cập đến tên của hiệp hội, trong khi Foundation Fieldbus được sử dụng cho các hệ thống thông tin liên lạc, được thành lập vào năm 1994 là kết quả của sự hợp nhất giữa các ISP (dự án hệ thống tương thích) và WorldFIP Bắc Mỹ đã xác định một thiết lập nhỏ các nguyên tắc cơ bản Những nguyên tắc cơ bản bao gồm 2 nền tảng chính:
Trang 51 Việc áp dụng cả hai cơ chế Điều Khiển Truy Nhập Môi Trường (MAC) mà Ủy
ban Fieldbus IEC/ISA đã cố gắng để thu được từ những đề xuất đã có một giải pháp thực sự hoàn chỉnh
2 Nhấn mạnh vào sự mô tả tiêu chuẩn của các thiết bị được kết nối trên fieldbus Nền tảng (1) thực hiện Fieldbus Foundation miễn phí từ vấn đề giải pháp bền:
“truy nhập định thời so với lưu hành thẻ” IEC 61158 Loại 1 DLL đã nêu:
Cả hai mô hình, lưu hành thẻ và truy nhập định thời là tốt, nhưng không đủ cùng một lúc; chúng là bổ sung nhau, không thay thế, và một giải pháp fieldbus hoàn chỉnh cần cả hai [3]
FOUNDATION Fieldbus, kể từ khi được thành lập, hoàn toàn thông qua một cách tiếp cận để cung cấp cả “triết lý biểu thời gian tiền xác định” của FIP và “triết lý xoay vòng thẻ” của Profibus Section3, cung cấp chi tiết hơn về hai cơ chế cơ bản
Nền tảng (2) cho phép Fieldbus Foundation hủy bỏ 1 trạng thái (mà ảnh hưởng nhiều nhất của những đề xuất fieldus trước đó) trong đó, sau khi xác định ngăn xếp giao tiếp, nhiều hơn nữa vẫn cần phải được thực hiện làm cho thiết bị hoạt động sau khi được kết nối với một fieldbus
Trong thực tế, đề xuất fieldbus trước đó bắt đầu sự phát triển bằng cách tập trung vào các khía cạnh truyền thông (phương tiện truyền thông vật lý, cơ chế truy nhập, địa chỉ, kết nối, chất lượng dịch vụ, …) Đó chủ yếu là thúc đẩy bởi một thực tế rằng, khi chuyển đổi từ một tín hiệu tần số thấp 4-20 mA đến một liên kết đa dữ liệu nối tiếp tần số cao, sự thay đổi rõ rệt nhất là có liên quan đến cơ chế truyền thông riêng của chúng: có thể cáp vẫn tốt? Phương pháp mã hóa tốt nhất là gì? Làm thế nào chúng ta có thể đảm bảo khôi phục tiếng ồn? Có quá nhiều dữ liệu trên cùng một môi trường sẽ ảnh hưởng đến tính kịp thời của chúng? Và còn nhiều vấn đề nữa
Nhưng một khi các khía cạnh truyền thông đã được tìm thấy và được chứng minh, dữ liệu, thông tin liên lạc như vậy đã có thể chuyển giao giữa 2 hoặc nhiều thiết
bị, không làm cho các thiết bị có thể tương thích Foundation Fieldbus có khái niệm này rõ ràng ngay từ đầu và bao gồm các định nghĩa của dữ liệu cộng với cấu hình của chúng và sử dụng trong tập đầu tiên của thông số kỹ thuật
Khía cạnh duy nhất mà bước đầu Feildbus Foundation đã cố ý để lại “đằng sau” là tốc độ cao hơn phiên bản 2 của Feildbus Đó chủ yếu là do thị trường quyết định bởi Feildbus Foundation liên quan đến việc thay thế các thiết bị 4-20 mA hiện tại với những cái phù hợp với FOUNDATION Fieldbus, cố gắng để giảm thiểu càng nhiều càng tốt các chi phí có liên quan Chiến lược thị trường, lựa chọn để làm cho việc áp dụng các công nghệ fieldbus mới dễ dàng hơn, có thể được thực hiện nếu đã
có những cáp laid-down twisted-pair (kết nối những thiết bị 4-20 mA cũ), mà hỗ trợ chỉ có phiên bản H1 slow-speed, được giữ vững
Điều này giải thích lý do tại sao như một nỗ lực mạnh mẽ đã đưa sự phát triển của công nghệ H1 như trái ngược với phiên bản H2 tốc độ cao hơn của FOUNDATION Fieldbus
Trang 6Đối với H2, Fieldbus Foundation ban đầu đã lên kế hoạch để áp dụng tiêu chuẩn IEC/ISA tốc độ cao [2], nhưng cuối cùng quyết định sử dụng Ethernet tốc độ cao (HSE) thay vào đó, chủ yếu là do sự sẵn có của các thành phần và sự tồn tại của các mạng trong các nhà máy (ít nhất là ở cấp độ đường trục)
41.3 Mô tả kỹ thuật của FOUNDATION Fieldbus
FOUNDATION Fieldbus là 1 hệ thống truyền thông all-digital, serial, way Thông số kỹ thuật Foundation Fieldbus bao gồm 2 cấu hình khác nhau: H1 và HSE [1, 10] H1 (chạy ở 31.25 kbit/sec) kết nối thiết bị “trường” chẳng hạn như cảm biến, thiết bị truyền động, và Inputs/Outputs (I/Os) HSE (chạy ở 100 Mbit/sec) cung cấp những bộ điều khiển tích hợp (như DCSs và PLCs), hệ thống con H1 (thông qua 1 thiết bị liên kết), máy chủ dữ liệu, và máy trạm HSE là dựa trên tiêu chuẩn công nghệ Ethernet để thực hiện vai trò của nó Cụ thể:
two- Hệ thống truyền thông FOUNDATION Fieldbus chủ yếu dành cho việc điều khiển phân tán quá trình liên tục và thay thế thiết bị 4-20 mA hiện tại Chức năng truyền thông của nó, đặc biệt dự kiến cho các ứng dụng thời điểm quan trọng, được hỗ trợ bởi dịch vụ được nhóm lại trong phạm vi các cấp độ, như trong tất cả các kiến trúc hệ thống mở OSI-RM khác Số lượng của cấp độ là tối thiểu, để đảm bảo tốc độ tối đảtong xử
lý dữ liệu Bên dưới lớp ứng dụng Fieldbus, H1 FOUNDATION Fieldbus trực tiếp trình bày các lớp liên kết dữ liệu (DLL) quản lý truy nhập vào kênh truyền thông Một lớp vật lý với vấn đề giao tiếp với phương tiện vật lý Lớp quản lý mạng và hệ thống cũng có mặt Hình 41.1 so sánh kiến trúc H1 FOUNDATION Fieldbus tương phản với mô hình tham chiếu ISO OSI
HSE FOUNDATION Fieldbus định nghĩa 1 lớp ứng dụng và chức năng quản lý liên quan, được thiết kế để hoạt động trên 1 ngăn xếp TCP/UDP/IP tiêu chuẩn, qua twisted-pair hoặc fiber-optic chuyển mạch Ethernet Nó là dự báo chủ yếu cho các ứng dụng công nghiệp rời rạc, nhưng tất nhiên, nó có thể được sử dụng để kết nối các phân đoạn H1, cũng như các giao thức ngoài thông qua cổng TCP/IP, để xây dựng mạng lưới nhà máy hoàn chỉnh Hình 41.2 so sánh kiến trúc HSE FOUNDATION Fieldbus tương phản với mô hình tham chiếu ISO OSI Nhìn vào hình 41.1 và 41.2, nó trở thành hiển nhiên rằng Foundation Fieldbus
đã quy định 1 lớp ứng dụng người dùng, sự khác biệt đáng kể giải pháp từ mô hình ISO OSI, mà không xác định như 1 lớp H1 và Lớp ứng dụng người dùng HSE FOUNDATION Fieldbus là chủ yếu dựa trên các Khối Chức Năng, cung cấp 1 định nghĩa nhất quán của những đầu vào và những đầu ra mà cho phép sự phân phối liền mạch và tích hợp các chức năng từ các nhà cung cấp khác nhau [11]
H1 và Lớp Ứng Dụng Người Dùng HSE FOUNDATION Fieldbus
Trang 7Như trên đã đề cập, Foundation Fieldbus định nghĩa 1 Lớp Ứng Dụng Người Dùng tiêu chuẩn dựa trên “Blocks” Blocks là đại diện của các kiểu khác nhau của các chức năng ứng dụng Các kiểu của những Blocks đã sử dụng trong 1 Ứng Dụng Người Dùng là Resource, Transducer và Function Thiết bị được cấu hình bằng cách sử dụng Resource Blocks và Transducer Blocks Các chiến lược kiểm soát được xây dựng bằng cách sử dụng Function Blocks (FBS) [11] để thay thế
Hình 41.1 H1 FOUNDATION Fieldbus so với kiến trúc ISO OSI
Hình 41.2 HSE FOUNDATION Fieldbus so với kiến trúc ISO OSI
Khối Chức Năng Linh Hoạt (FFB) được định nghĩa bởi [15] 1 FFB là 1 khối user-defined FFB cho phép1 nhà sản xuất hoặc người sử dụng xác định các thông số
Trang 8khối và các thuật toán cho phù hợp với 1 ứng dụng vận hành được với các tiêu chuẩn FBs và hệ thống máy chủ
FBs có thể được xây dựng vào các thiết bị fieldbus theo yêu cầu để đạt được các chức năng thiết bị mong muốn Ví dụ, 1 máy phát nhiệt độ đơn giản có thể chứa 1
AI FB 1 van điều khiển có thể chứa 1 PID FB cũng như khối AO dự kiến do đó, 1 vòng kiểm soát hoàn toàn có thể được xây dựng bằng cách sử dụng 1 máy phát đơn giản và 1 van điều khiển (hình 41.3)
Transducer Blocks
Cũng giống như các Resource Block, các Transducer Block được sử dụng để cấu hình thiết bị Transducer Block tách FBs từ khu vực I/O tính năng cần thiết để đọc cảm biến hoặc lệnh đầu ra của thiết bị truyền động Chúng chứa các thông tin như ngày hiệu chuẩn và loại cảm biến [16, 17]
Bảng 41.1 FBs cơ bản
Hình 41.3 Ví dụ về 1 vòng lặp kiểm soát hoàn toàn sử dụng FBs trong các
thiết bị FOUNDATION Fieldbus
H1 Foundation Fieldbus
H1 FOUNDATION Fieldbus của các lớp khác nhau (như trong hình 41.1), có chức năng sẽ được mô tả sau đây
Trang 9Lớp vật lý H1 FOUNDATION Fieldbus
Lớp vật lý H1 FOUNDATION Fieldbus đã được hình thành để nhận tin nhắn
từ các ngăn xếp truyền thông để chuyển đổi chúng thành tín hiệu vật lý trên các phương tiện truyền fieldbus và viveversa [18] Nhiệm vụ chuyển đổi bao gồm việc thêm và loại bỏ các lời tựa, bắt đầu các dấu cách, và các dấu cách cuối cùng Lời mở đầu được sử dụng bởi người nhận để đồng bộ hóa đồng hồ nội bộ của mình với các tín hiệu fieldbus đến Người nhận sử dụng dấu cách bắt đầu để tìm sự khởi đầu của 1 thông điệp fieldbus Sau khi việc tìm kiếm các dấu cách bắt đầu, thu nhận dữ liệu cho đến khi các dấu cách cuối cùng nhận được
Lớp vật lý được xác định bởi các tiêu chuẩn đã được phê duyệt ban hành tiêu chuẩn IEC và ISA Đặc biệt, Lớp vật lý FOUNDATION Fieldbus H1 là phiên bản 31.25Kbauds của IEC(Type 1)/ISA Fieldbus [2,19] Tín hiệu (tải ± 10 mA trên 50 Ω) được mã hóa bằng cách sử dụng các kỹ thuật đồng bộ Manchester biphase-L và có thể được truyền tải trên cáp xoắn đôi chi phí thấp các tín hiệu được gọi là “nối tiếp đồng bộ” bởi vì các thông tin đồng hồ được nhúng vào trong các dòng dữ liệu nối tiếp Dữ liệu được kết hợp với tín hiệu đồng hồ trong khi tạo ra các tín hiệu fieldbus Nhận của tín hiệu fieldbus giải thích quá trình chuyển đổi tích cực ở giữa 1 thời gian bit như là 1 mức logic “0” và quá trình chuyển đổi tiêu cực như là 1 logic mã số đặc biệt được định nghĩa cho lời mở đầu, bắt đầu dấu cách, và kết thúc dấu cách “1” Đặc biệt ký tự N+ và N- được sử dụng trong các dấu cách bắt đầu và dấu cách kết thúc Lưu ý rằng những tín hiệu N+ và N- không có 1 sự chuyển tiếp ở giữa 1 thời gian bit
Tín hiệu Fieldbus
Các thiết bị truyền tải cung cấp ±10 mA ở 31.25 kbit/sec vào 1 tải tương đương
50 Ω để tạo ra 1 điện áp điều chế peak-to-peak 1.0 V trên đỉnh của điện áp nguồn dòng điện 1 chiều (DC) Cung cấp điện áp DC có thể nằm trong khoảng 9-32 V fieldbus 31.25 kbit/sec cũng hỗ trợ những fieldbus An Toàn Nội (IS) cho những thiết
bị bus-powered Để thực hiện điều này, hàng rào IS được đặt giữa nguồn cung cấp điện trong khu vực an toàn và thiết bị IS trong khu vực nguy hiểm Trong trường hợp này (những ứng dụng IS), điện áp cung cấp cho phép phụ thuộc vào sự đánh giá hàng rào
Đường dây Fieldbus
Đường dây H1 FOUNDATION Fieldbus dựa trên dây cáp thân cây với những thiết bị đầu cuối cài đặt ở mỗi đầu H1 FOUNDATION Fieldbus cho phép những nhú hoặc “những cựa” nằm bất cứ nơi nào dọc theo thân cây, và kết nối với thân cây bằng
1 hộp đấu nối, được thể hiện bằng hình 41.4 1 thiết bị duy nhất có thể được kết nối bằng mỗi cựa Sự tồn tại của cựa cho phép 1 thiết bị 31.25 kbit/sec có thể hoạt động trên hệ thống dây điện trước đây được sử dụng cho các thiết bị 4-20 mA [20, 21]
Trang 10Hình 41.4 Thân, hộp đấu nối và cựa trong H1 FOUNDATION Fieldbus
Nhiều thân hơn có thể được kết nối trong 1 liên kết fieldbus bằng các bộ lặp trung gian Lên đến 5 thân (gián tiếp qua 4 bộ lặp) có thể được kết nối
Chiều dài cựa thay đổi từ 1 đến 120m tùy thuộc vào số lượng các thiết bị kết nối đến liên kết fieldbus
Số lượng tối đa của thiết bị trong 1 liên kết fieldbus là 32, số lượng thực tế phụ thuộc vào các yếu tố như tiêu thụ điện năng của từng thiết bị, các loại cáp, việc sử dụng những bộ lặp,… Đặc biệt, số lượng tối đa của các thiết bị thường là 6 cho những ứng dụng IS và điện năng cung cấp qua bus, 12 cho hững ứng dụng non-IS nhưng điện năng vẫn được phân phối qua bus, và 32 cho những ứng dụng non-IS không có bất kỳ điện năng nào cung cấp qua bus [22]
Tổng chiều dài thân (bao gồm cả những cựa) là 1900m và số lượng của địa chỉ mạng có sẵn cho mỗi liên kết là 240
H1 FOUNDATION Fieldbus DLL
H1 FOUNDATION Fieldbus DLL kiểm soát việc truyền tải các thông điệp vào các fieldbus Như đã đề cập ở trên, FOUNDATION Fieldbus đầy đủ thông qua IEC (Type 1)/DLL ISA trình bày: “cả 2 mô hình, truy nhập định thời và lưu hành thẻ đều tốt, nhưng không đủ cùng 1 lúc, chúng là bổ sung, không thay thế, và 1 giải pháp fieldbus hoàn chỉnh cần cả 2 cùng lúc” [3,23,24]
Vì vậy, fieldbus cần 1 kết hợp tốt của lưu hành thẻ và truy nhập định thời: cân bằng để tránh mất băng thông cho việc truy nhập định thời khi nó là không thực sự cần thiết, nhưng luôn luôn ưu tiên để truy nhập định thời qua lưu hành thẻ khi 1 xung đột phát sinh
Đó là những gì tài liệu IEC (Type 1)/ISA DLL đưa ra, và FOUNDATION Fieldbus thực hiện: 1 lịch trình tổng thể để đảm bảo các dữ liệu cần thiết tại thời gian cần thiết nhưng cũng cho phép những khoảng trống trong 1 cơ chế lưu hành thẻ có thể diễn ra trong khi tuân thủ 1 thời gian vòng quay tối đa xác định
Trang 11Một triết lý như vậy rõ ràng cần 1 trọng tài mà chỉ mang 1 nghĩa áp đặt việc truyền tải dữ liệu xác định tại 1 thời gian xác định bởi 1 thực thể xác định, khi có yêu cầu, nhưng cũng đảm bảo1 số lượng tối thiểu xác định của thời gian rỗi cho mỗi thực thể Trọng tài này được gọi là Bộ Định Thời Kích Hoạt (LAS) trong IEC (Type 1)/ISA và H1 FOUNDATION Fieldbus DLL [3,23,24] Về cơ bản, LAS thực hiện:
Truy nhập vào môi trường vật lý trên cơ sở định thời;
Sự lưu hành của thẻ chỉ khi không có lưu lượng truy cập là cần thiết, thẻ được chuyển qua cho 1 số lượng hạn chế của thời gian đó là luôn luôn ngắn hơn khoảng thời gian còn lại trước lưu lượng truy cập kế tiếp;
Một chính sách cho việc quản lý thẻ, theo thẻ nào được trả về cho các LAS thay vì đi qua nó vào 1 nút mới để LAS, tùy thuộc vào thời gian còn lại, có thể quyết định xem có thực sự vượt qua thẻ 1 lần nữa hoặc tiếo tục kiểm soát liên kết để quản lý lưu lượng truy cập
Nhu cầu cụ thể của cơ chế thẻ như;
Cho đủ thời gian thẻ kề nhau đến mỗi nút và
Đảm bảo đều đặn nhất, như có thể, thời gian luân chuyển thẻ trong số tất
cả các nút được cấp bởi các phương pháp thẻ của IEC (Type 1)/ISA và H1 FOUNDATION Fieldbus DLL
Các nhu cầu khác như
Giữ thẻ đủ chu kỳ ngắn và
Đáp ứng sự xuất hiện của các high-priority
Được thay thế bằng phương pháp truy nhập định thời của IEC (Type 1)/ISA và H1 FOUNDATION Fieldbus DLL
Những loại thiết bị
Hai loại thiết bị được quy định trong đặc điểm kỹ thuật DLL: thiết bị cơ bản Máy chủ liên kết Các thiết bị Máy chủ liên kết (Link Masters) có khả năng trở thành các LAS Thiết bị cơ bản không có khả năng trở thành LAS
Truyền dữ liệu đã được lịch trình
LAS quản lý sự điều khiển trung tâm bằng cách dựa trên cơ chế sau:
LAS có một danh sách những lần truyền cho tất cả bộ đệm dữ liệu trong tất cả các thiết bị đã được truyền một cách định kỳ Lúc đó thiết bị gửi những nội dung của một
bộ đệm , LAS sẽ gửi tin CD trở lại
Dựa trên tin CD nhận được, thiết bị sẽ quảng bá hoặc “phổ biến“ Data Item (DT) trong bộ đệm của nó đến tất cả các thiết bị trên trường bus Bất kỳ thiết bị nào
đã cấu hình nhận dữ liệu thì được gọi là một “ thuê bao“ Hình 41.5 chỉ ra cơ chế truy cập này
Việc truyền dữ liệu đã được lịch trình thường xuyên được sử dụng, truyền dữ liệu điều khiển vòng lặp có tính chu kỳ giữa các thiết bị dựa trên trường bus
Truyền dữ liệu không được lịch trình
Trang 12Cơ chế phân bố băng thông dành cho vùng liên kết tự trị của mỗi nút dựa trên việc sử dụng một thẻ lưu lượng Trong những vùng không sử dụng cho băng thông (ví dụ không bị chiếm bởi việc truyền những tin CD), LAS gửi thẻ Pass Token (PT) đến mỗi nút mà chứa trong một danh sách cụ thể được gọi “LIVE LIST“ (sẽ được đề cập trong phần sau) Mỗi một thẻ này được liên kết với một khoảng thời gian tối đa, trong suốt khoảng thời gian đó, nút nhận có thể sử dụng băng thông hiện có đề truyền những gì
nó cần Khi nút hoàn thành quá trình truyền trong 1 khoảng thời gian có hiệu lực, thẻ này sẽ trả lại LAS bằng việc sử dụng khung được gọi là Return Token (RT) Khoảng thời gian luân phiên cho một thẻ đích (TTRT) được đưa ra cho mỗi thẻ Tham số này được liên kết với độ trễ có thể chấp nhận được tốt đa trong truyền dẫn không đồng bộ Hình 41.6 chỉ ra việc quản lý luân phiên thẻ bởi LAS
Duy trì cập nhật danh sách
Danh sách các thiết bị có thể đáp trả PT được gọi là “Live List“
Những thiết bị mới có thể được thêm đến trường bus bất kỳ thời điểm nào LAS gửi một cách định kỳ tin Probe Node (PN) đến tất cả các địa chỉ ngay cả khi không có trong Live List Nếu một thiết bị mới nhận được PN, ngay lập tức nó sẽ đáp trả tin Probe Response (PR)
Khi thiết bị đáp trả PR, LAS thêm thiết bị này đến Live List và xác nhận bằng việc gửi đến nó tin Node Activation (NA)
LAS được yêu cầu thăm dò ở ít nhất mỗi địa chỉ sau khi nó hoàn thành một vòng gửi tin PT đến tất cả các thiết bị trong Live List
Thiết bị sẽ duy trì trong Live List miễn là nó có thể đáp trả PT mà được gửi từ LAS LAS sẽ xóa thiết bị từ Live List nếu thiết bị không đáp lại PT sau 3 lần thử liên tiếp
Hình 41.5 Cơ chế truy cập trung tâm
