Tài liệu BÁO CÁO THỰC TẬP GIẢI TÍCH MẠNG doc

A – mạng truyền thông công nghiệpI - khái niệm Mạng truyền thông công nghiệp là khái niệm chung để chỉ các hệ thống truyền thông số ,truyền bít nối tiếp dùng ghép nối các thiết bị d

Bộ công thơng Trờng đại học kinh tế – kỹ thuật công nghiệp kỹ thuật công nghiệp

Khoa điện - điện tử

………

……… ………

………

………

……… ………

………

………

……… ………

………

………

……… ………

………

……… ……….

………

………

………

NAM ĐỊNH,Ngày……/…… / 2010

Giáo viên hướng dẫn

PHẦN I

GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

A – mạng truyền thông công nghiệp

I - khái niệm

Mạng truyền thông công nghiệp là khái niệm chung để chỉ các hệ thống truyền thông

số ,truyền bít nối tiếp dùng ghép nối các thiết bị dùng trong công nghiệp

Các hệ thống truyền thông công ngiệp hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau ,từ các cơ quan chấp hành ,cảm biến đến cấp điều khiển giám sát,cấp điều hành xí nghiệp và quản lý công ty

1)ƯU điểm của mạng công nghiệp :

.Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giũa các thiết bị công nghiệp

.Giảm đáng kể giá thành dây nối và công lắp đặt hệ thống

.Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin nhờ truyền thông số

.Nâng cao độ linh hoạt,tính năng mở của hệ thống

.Đơn giản hóa ,tiện lợi hóa việc chuẩn đoán ,định vị lỗi,sự cố của các thiết bị

-Điển hình của bus trường là :Profibus-DP:Profibus-PA:Foundation Fielbus;Divecenet

* Cấp điều khiển :

-Do đặc điểm nổi bật của cấp chấp hành là xử lý thông tin,nên khái niện cấp xử lý cũng hay được xử dụng

-Cấp điều khiển và cấp chấp hành cũng hay được gọi chung là cấp trường chính vì các bộđiều khiển ,cảm biến và chấp hành được cài đăth rực tiếp tại hiện trường ,gần kề với hệ thống kỹ thuật

* Cấp điều hành :

-Điều hành quá trình là điều khiển và vận hành một quá trình kỹ thuật.khi đa số các chức năng như đo lường điều khiển ,điều chỉnh b,bảo trì hệ thống được các cấp cơ sở thực hiện thì nhiện vụ của cấp điều hành quá trình là hỗ trợ người sử dụng trong việc cài đặt ứng dụng,thao tác,theo dõi,giám sát vạn hành và xử lý các tình huống bất thường

-Ngoài ra trong một số trường hợp ,cấp này còn thực hiện các bài toán cao cấp như điều khiển phối hợp ,điều khiển khởi động/dừng và điều khiển theo công thức.khác với các cấp dưới ,việc thực hiện các chức năng ở cấp điều hành quá trình thương không đòi hỏi phương tiện,thiết bị phần cứng đặc biệt có giao dienj mạng ngoài các máy tính điều hành

* Bus hệ thống, bus quá trình

Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ thống (system bus) hay bus quá trình (process bus) Bus quá trình thường chỉ được dùng trong lĩnh vực điều khiển quá trình Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động,cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát (có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham sốđiều khiển từ các trạm phía trên Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang Các trạm thao tác và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống Ngoài ra các máy in báo cáo và dữ liệu lưu trữ cũng được kết nối qua

thiết bị được ghép nối Trong một số giải pháp, một kiểu bus duy nhất được dùng cho cả hai cấp này.

Đối với bus hệ thống, tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực

có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay không Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong khoảng một vài trăm ms, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằm trong phạm vi từ vài trăm kBit/s đến vài Mbit/s

Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, kiểu bus hệ thống thông dụng nhất làEthernet cũng như Industrial Ethernet Ngoài ra còn

sử dụng PROFIBUS-FMS, Modbus Plus và Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet

* Mạng xí nghiệp

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy cũng như của

hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Ngoài ra, thông tin cũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất, ví dụ: hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự án, sử dụng chung các tài nguyên nối mạng (máy in, máy chủ )

Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng MBytes Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/ SPX

* Mạng công ty

Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thứcdịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật

Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng như thư viện điện tử e-

library, thư điện tử email, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử e-commerce,

Hình thức tổ chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được áp dụng rất đa dạng, tuỳthuộc vào đầu tư của công ty Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật lý, nhưng chia thành nhiều

Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng cơ sở truyền thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn, tin cậy đặc biệt cao Ví dụ một số công nghệ tiên tiến được áp dụng ở cấp mạng này trong hiện tại vàtương lai như là Fast Ethernet, FDDI, ATM.

* Mạng truyền thông công nghiệp của SIEMENS

B - Các chuẩn kết nối

- Tên chính thức: EIA/ TIA-232, do Electronic Industrial Association và

Telecommunication Industry Association cùng xây dựng

- Tên thừơng dùng: RS-232 (RS: Recommended Standard)

- Các phiên bản: RS-232c, RS-232f, chuẩn sử dụng cho cổng COM của máy

tính cá nhân thường là RS-232c

- Tương ứng với chuẩn châu Âu là CCITT V.24)

Mức tín hiệu :

Phương thức truyền : Đơn cực

Đặc tính điện học :

- Phương thức truyền dẫn không đối xứng

- Chế độ truyền hai chiều đồng thờii (full duplex)

- Ghép nối điểm-điểm

- Tốc độ truyền thấp (chuẫn: 19.2 kbps)

- Khoảng cách truyền ngắn (thông thường 15-30m)

- Mức điện áp được sử dụng giao động trong khoảng từ -15V tới 15V Khoảng từ3V – 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng -15V đến - 3V ứng với giá trị logic 1

Giao diện cơ học :

DSR Cả hai môdem chuyển mạch DSR sang ON khi một đường

truyền đã được thiết lập giữa hai bên ( Data Set Ready)RTS Khi chuyển sang ON, một trạm được thông báo rằng Modem

của nó đã sẵn sàng nhận dữ liệu từ trạm và kiểm soát đườngđiện thoại cho việc truyền dữ liệu đi xa.(Request To Sent)CTS Sẵn sàng để gửi (Clear To Send)

RI Khi modenm nhận được một lời gọi , mạch RI chuyển

ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại để báo hiệucho trạm đầu cuối.Tín hiệu này chỉ thị rằng một modem xayeu cầu thiết lập kết nối Dial – up (Ring Indicator)

DCD Dùng để kiểm soát truy nhập dường truyền (Data Carrier

Detect)RxD Đường nhận dữ liệu (Receive Data)

TxD Đường gửi dữ liệu ( Transmit Data)

DTR Thường ở trạng thái ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE của

nó ở chế độ ‘tụ trả lời ‘ chấp nhận lời gọi không yêucầu.Mạch DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuốikhông muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cụcbộ)

áp chênh lệch dương ứng với trạng thái logic 0 và âm ứng với trạng thái logic 1.Điện áp chênh lệch ở đầu vào bên nhận có thể xuống tới 200mV Một vài thôngsố

quan trọng được tóm tắt trong bảng sau:

TB -Thời gian bit

Trong cấu hình ghép nối tối thiểu cho RS-422 cần một đôi dây dùng truyềndẫn tín hiệu (A và B) Trong cấu hình này chỉ có thể dùng phương pháp truyềnmột chiều (simplex) hoặc hai chiều gián đoạn (half-duplex), tc trong một thờiđiểm chỉ có một tín hiệu duy nhất được truyền đi Để thực hiện truyền hai chiềutoàn phân (full-duplex) ta cần hai đôi dây RS-422 có khả năng ghép nối điểm -điểm, hoặc điểm - nhiều điểm trong 1 mạng - cụ thể là duy nhất một trạm đượcphát và 10 trạm có thể nhận tín hiệu Tuy vậy trong thực tế RS-232 cho khoảngcách truyền thông lớn và tốc độ cao hơn

Trong cả hai trường hợp sử dụng cấu hình hai dây hay bốn dây, việc sử dụngthêm một dây đất (C) đóng vai trò khác rất quan trọng, tuy không giúp gì choviệc xác định giá trị lôgic tương ứng với mức tín hiệu Trên một khoảng cáchvài trăm

đến hàng ngàn mét, mức điện áp rất có thê rât khác nhau Điều cần thiết ở đây làgiữ một mức điện áp chế độ chung VCM cho các trạm tham gia ở một mức giớihạn quy định, nếu không dữ liệu truyền đi sẽ bị mất và các cổng kết nối mới sẽ

bị phá hỏng Ngưỡng giới hạn quy định cho VCM đối với RS-422 là ±7V

3 Truyền dẫn RS 485.

Tên chính thức EIA/TIA-485, phiên bản mới nhất là EIA/TIA-485b Làchuẩn được sử dụng thông dụng nhất trong các hệ thống truyền thông côngnghiệp (Profibus FMS/DP,Interbus, AS-Interface và các giao thức riêng khác )

Một số đặc điểm cơ bản :

- Phương thức truyền dẫn chênh lêch đối xứng

- Chế độ truyền chủ yếu là hai chiều gián đoạn

- Ghép nối nhiều điểm, số trạm tối đa trên một đoạn mạng là 32

- Tốc đọ truyền cao ( có thể đạt tới trên 10Mb/s)

- Khoảng cách truyền lớn( có thể đatk tới 1200m)

- Có thể dùng tới 3 bộ lặp(4 đoạn mạng )

- Trở đầu cuối có thể là 100 hay 120 Ohm

USB (Universal Serial Bus) là bus truyền dẫn đa năng cho phép các thiết bị

đầu cuối giao tiếp với máy chủ

Các thiết bị USB

Những thiết bị sử dụng kiểu giao tiếp truyền dẫn USB thường rất phổ biến.

Chúng ta có thể bắt gặp ở nhiều nợi như :

- HUB : cung cấp điểm lắp thêm vào USB

- Máy tính

- Các thiết bị hiểu được giao tiếp USB

Tốc độ truyền dữ liệu.

Có 3 tôc do truyên dữ liệu:

- USB tốc độ cao (USB high-speed): 480Mb/s

- USB toàn tốc (USB full-speed): 12Mb/s

- Mở rộng tới 127 thiết bị có thể kết nối cùng vào một máy tính trên một cổng USBduy nhất (bao gồm các hub USB).

- Nhứng sợi cáp USB riêng lẻ có thể dài tới 5 mét; với những hub, có thể kéo dàitới 30 mét (6 sợi cáp nối tiếp nhau thông qua các hub) tính từ đầu cắm trên máytính

- Với USB 3.0 (tốc độ cao), đường truyền đạt tốc độ tối đa đến 480 Mbps

- Cáp USB gồm hai sợi nguồn (+5V và dây chung GND) cùng một cặp gồm hai sợidây xoắn để mang dữ liệu, trên sợi nguồn máy tính có thể cấp dòng lên tới500mA, ở điện áp 5VDC

- Những thiết bị USB có đặc tính cắm nóng, điều này có nghĩa các thiết bị có thểđược kết nối (cắm vào) hoặc ngắt kết nốt (rút ra) trong mọi thời điểm mà người

sử dụng cần mà không cần phải khởi động lại hệ thống

- Nhiều thiết bị USB có thể được chuyển về trạng thái tạm ngừng hoạt động khi máy tính chuyển sang chế độ tiết kiệm điện.

Phù hợp cho việc truyền số liệu ở dải tần số tới 350 MHz - 622 Mbit/s ATM

- 1000 BASE-Tx gigabit ethernet (IEEE 802.3ab)

- 100 BASE-Tx fast ethernet (IEEE 802.3)

- 10 BASE-T ethernet (IEEE 802.3)

- 16 Mbit/s Token Ring (IEEE 802.5)

Cấu trúc:

- Dây dẫn : Dây đồng (Cu) mềm đường kính 0.51 mm

- Bọc cách điện : HDPE (CM, CMR) / FEP Teflon (CMP)

- Vỏ bọc : FR-PVC (CM,CMR) / Low Smoke PVC (CMP)

Đặc tính điện

- Điện trở một chiều : 9.38 ohms (cực đại)

- Mất cân bằng điện trở một chiều : 5% (cực đại)

- Điện dung công tác : 5.59 nF/ 100m (cực đại)

- Mất cân bằng điện dung giữa đôi dây đất : 330 pF / 100m (cực đại)

- Trở kháng đặc tính : 100 ± 15% ohms (1-350 MHz)

C – PROFIBUS

I-khái quát

PROFIBUS là chữ viết tắt của Process Field Bus, là một tiêu chuẩn mạng trường được

phát triển đầu tiên tại Đức năm 1987, sau này trở thành tiêu chuẩn của châu Âu EN 50

170 vào năm 1996 và trở thành tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158 vào đầu năm 2000

PROFIBUS - Process Field Bus Đây là một chuẩn truyền thông được SIEMENS

phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245 PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp

hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN

50170 cho phép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác

Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau:

PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ

nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master) Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s

PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin trung

bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng

PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tính chất không định kỳ

PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực nguy

hiểm PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn

an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2 PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể đượctruyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA

Profibus là một chuẩn thông tin công nghiệp mở phù hợp với nhiều ứng dụng tự động

hóa và điều khiển các quá trình công nghiệp Profibus có 3 Communication Profiles:FMS (Fieldbus Message Specification) thường được sử dụng cho Bus hệ thống ở cấpđiều khiển giám sát; DP (Distributed Peryphery) sử dụng để kết nối thiết bị điều khiểnvới các ngoại vi phân tán;

Hình 1: Tổng quan thông tin với Profibus

Do cấu trúc mạng dạng Bus nên Profibus đòi hỏi một giao thức điều khiển truy nhập đường truyền Phương pháp điều khiển truy nhập đường truyền của Profibus là sự kết hợp của hai phương pháp Master/Slave và Token Bus Trong mạng Profibus có hai loại thiết bị là thiết bị Master (có thể là PC, PLC hay các thiết bị điều khiển khác) và Slave (các I/O phân tán, các thiết bị trường ) Trong mạng chỉ có một thiết bị là Master (Mono Master) thì điều khiển truy nhập đường truyền theo Master/Slave Khi đó Master hỏi và Slave trả lời các yêu cầu từ

Hình 2: Truy cập theo cấu hình Multi

Master trong Profibus

Lớp DataLink của Profibus cung cấp bốn dịch vụ trao đổi số liệu SDN ( Send Data with

No Acknowledge) được dùng cho việc gửi đồng loạt tới tất cả các thiết bị trong mạng (broadcast) hay gửi tới một nhóm thiết bị (Multicast) SDA (Send Data with

Acknowledge) và SRD ( Send and Request Data with Reply) là các dịch vụ trao đổi dữ liệu có xác nhận, trong đó SRD bên nhận phải gửi dữ liệu trả lời CSRD ( Cyclic Send and Request Data with Reply) là dịch vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn Profibus cung cấp 4 kiểu bản tin khác nhau cho truyền dữ liệu và gửi thẻ bài

Các thiết bị PROFIBUS có những đặc điểm cấu trúc khác nhau Sự khác nhau về cấutrúc giữa chúng tùy thuộc vào chức năng của từng thiết bị và phụ thuộc vào các tham sốđường truyền như tốc độ truyền dữ liệu, các giá trị thời gian giám sát Những tham sốnày thay đổi tùy theo từng loại thiết bị và hệ thống điều khiển Để mạng truyền thông vớigiao thức Profibus có cấu trúc đơn giản, các thiết bị thường sử dụng GSD files Tất cảcác nhà sản xuất đều phải cung cấp file GSD trong các thiết bị Profibus của mình GSDfiles được ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống truyền tin mở đến các hệ thống điều khiển vậnhành GSD files được dùng trên mọi cấu hình từ loại đơn giản nhất đến loại phức tạpnhất Điều này có nghĩa là tích hợp giữa các thiết bị thuộc những nhà sản xuất khác nhautrong mạng Profibus còn không là vấn đề khó khăn GSD files chứa những đặc điểm đặctrưng cơ bản giống nhau giữa các thiết bị Profibus, đó chính là lý do vì sao GSD filestương thích được với nhiều loại thiết bị Thông qua những file này, kỹ sư dự án khôngphải nắm bắt các thông số kỹ thuật theo cách đo đạc bằng tay thông thường như trướcnữa Thời gian được tiết kiệm đáng kể và trong suốt quá trình, hệ thống điều khiển sẽ tự

1 - Cấu trúc Profibus

3 - Phân loại mạng Profibus

4 - Các giao thức Profibus (theo ISO)

FMS – Fieldbus Messaging System

Truyền đồng cấp (peer to peer)

- Một trạm tớ có thể được gán đến nhiều trạm chủ Nhiều trạm chủ có thể tác độngcùng một trạm tớ.

- Kết nối truyền thông ở dạng tạm thời hoặc lâu dài.

Phạm vi ứng dụng:

-Truyền các dữ liệu, chương trình có dung lượng lớn

-Tích hợp các phần xử lý phân cấp thành qui trình chung

-Truyền thông giữa các trạm thông minh

b ) Đặc điểm Profibus PA

-Dựa trên giao thức Profibus-DP mở rộng và tiêu chuẩn truyền IE1152

- Sử dụng 2 dây dẫn cho dữ liệu và nguồn

- Kết nối thiết bị và hệ thống điều khiển qua bus nối tiếp

- Điều khiển, điều chỉnh, giám sát qua cáp đôi xoắn

- Có sẵn các thông tin chẩn đoán và bảo dưỡng thiết bị

- Điều khiển công suất thấp

- Khoảng cách truyền lên đến 1900m trên mỗi đoạn

c ) Đặc điểm Profibus DP

- Truyền thông DP là liên tục và tuần hoàn

- Dữ liệu truyền được xác định trong cấu hình (tối ưu hóa trao đổi dữ liệu)

- Duy nhất một Master có thể xuất ngõ ra (an toàn)

- Dữ liệu được đọc bằng việc điều khiển và Master cấp 2

- Báo hiệu bằng tín hiệu

- Hệ thống fieldbus nhanh nhất (lên đến 12Mb)

- Dữ liệu lên đến 244 byte vào/244 byte ra mỗi trạm

Điểm chung của FMS và DP

2 mạng này thực hiện theo lớp 1 và lớp 2.

-1 Master có thể phục vụ nhiều Slave

-Nhiều Master có thể tham gia trên bus

-Tốc độ truyền từ 9.6Kb đến 12Mb

-Dữ liệu truyền từ 1 đến 244 byte

-Có thể kết nối 126 trạm

-Hệ thống bao gồm nhiều phân đoạn

-Các thành phần chung: cáp, đầu nối, trạm lặp

Điểm chung của PA và DP

-DP và PA sử dụng cùng hệ thống Master

-Giống nhau đầu trang thông điệp và chiều dài dữ liệu

-Các công cụ đặt cấu hình là như nhau

-Dữ liệu truyền từ 1 đến 244 byte

Mạng Profibus – tiết kiệm chi phí

II - Các loại phương tiện truyền dẫn dùng cho Profibus

1 ) Profibus dùng các loại truyền dẫn sau:

+ Cáp đồng: cáp xoắn, bọc kim (trở kháng 150 ôm)

Trên hình vẽ là mặt cắt ngang của một loại cáp đồng dùng cho mạng Profibus.+ Cáp quang:

Trên hình vẽ là minh hoạ cấu tạo của một loại cáp quang dùng cho mạng Profibus.+ Kỹ thuật không dây dùng tin hồng ngoại: khoảng cách không quá 15m Hình vẽ dưới là

ví dụ mạng Profibus dùng mô đun ILM để truyền tín hiệu dùng kỹ thuật hồng ngoại

2 ) Xây dựng hệ thống tự động điều khiển với hệ truyền thông dùng Profibus

Hình vẽ trên là một ví dụ về hệ thống điều khiển dùng thiết bị của Siemens Thông thường một hệ thống tự động điều khiển thường bao gồm máy tính và các thiết bị giao diện khác như OP (operating panel), bộ điều khiển (controller) dùng PLC (ví dụ S7-300),các thiết bị vào/ra từ xa (ví dụ ET200) Các thiết bị kể trên được kết nối với nhau qua mạng Profibus Vậy chúng ta hã xem, để kết nối như trên, chúng ta cần những thiết bị gì

+ Máy tính: cũng giống như kết nối máy tính trong mạng LAN, để kết nối máy tính với mạng Profibus, chúng ta cần các cạc (card) mạng theo tiêu chuẩn Profibus Nếu máy tínhcủa chúng ta là loại máy để bàn với giao diện theo chuẩn PCI thì chúng ta có thể dùng card CP 5611, CP 5613 hay CP 5614 dùng cho cáp đồng Trường hợp dùng cáp quang, chúng ta cần CP 5613 FO hoặc CP 5614 FO Loại máy tính xách tay với giao diện theo chuẩn PCMCIA yêu cầu loại card CP 5511 (xem hình ảnh card CP 5611 và CP 5511 trong hình dưới)

+ OP (Operating Panel): hầu hết các loại bảng điều khiển của Siemens (như TD, OP, TP)đều đã có sẵn giao diện Profibus nên chúng có thể ghép thẳng vào mạng này mà không cần các thiết bị phụ trợ nào khác

+ PLC: đối với các hệ PLC dùng các CPU có sẵn giao diện mạng như CPU 315-2DP, CPU 313C-2DP và tất cả các S7-400 CPU thì có thể ghép nối thẳng vào mạng Trong trường hợp các CPU S7-300 không có sẵn giao diện Profibus, chúng cần được ghép với mạng thông qua các mô đun CP 342-5, CP 342-5 FO (dùng cáp quang), CP 343-5

Trường hợp các S7-400 CPU muốn tăng thêm số giao diện Profibus, chúng có thể được ghép thêm các mô đun CP 443-5 (xem hình ảnh các mô đun này trong hình vẽ)

+ ET-200: là thiết bị để kết nối các bộ vào/ra (I/O mô đun) phân tán, loại phổ biến là loạiET-200M Để ghép chúng với mạng Profibus DP mô đun cần dùng có tên gọi là IM153 (dùng cho cáp đồng) và IM153-2 FO (dùng cho cáp quang) (xem hình vẽ dưới)

+ Các thiết bị chuẩn khác: rất nhiều các thiết bị khác của Siemens như các biến tần, aptomat, đã có sẵn các giao diện Profibus để có thể ghép trực tiếp vào mạng Chẳng hạn, loại aptomat (ACB) có tên gọi SENTRON WL có sẵn mô đun COM15 (như một tuỳchọn có thể tích hợp sẵn trong thiết bị) dùng để ghép nối với mạng Profibus Loại ACB

có tên gọi là SENTRON VL cũng có thể dễ dàng ghép nối với mạng Profibus thông qua

mô đun COM10 lắp đặt rời

+ Các thiết bị khác: với các thiết bị của các nhà sản xuất khác, nếu muốn ghép với mạng Profibus có thể áp dụng giải pháp dùng ASIC (Application Spesific Integrated Circuit) chuyên dùng cho Profibus (xem hình vẽ).

Có nhiều loại ASIC dùng cho những mục đích khác nhau, chẳng hạn, ASPC2 dùng để kết nối các trạm master với Profibus DP hoặc Profibus FMS, SPC3 dùng để kết nối trạm slave với Profibus DP, v.v

3 ) Một số linh kiện và phần tử quan trọng dùng trong mạng Profibus

Đầu nối (bus conector): hình ảnh dưới là ví dụ một loại đầu nối cáp Profibus và cách nối

cáp vào với đầu nối cáp khi nằm ở giữa mạng và khi nằm ở đầu cuối của mạng

Bộ kết nối đầu cuối (Bus Terminal): dùng để kết nối một nút Profibus có giao diện

RS-485 với mạng Profibus với tốc độ truyền tín hiệu từ 9.6 kbít/giây tới 12 Mbít/giây (xem hình vẽ dưới) Thiết bị này có nhiều phiên bản khác nhau đáp ứng các tốc độ truyền khácnhau

Bộ lặp (RS-485 Repeater): dùng để khuếch đại tín hiệu hay để tạo thêm các nhánh mới

Bộ lặp được sử dụng khi số trạm trên một nhánh vượt quá 32 hay độ dài của một nhánh vượt quá phạm vi cho phép Tối đa 9 bộ lặp có thể được sử dụng giữa hai nút mạng bất

kỳ Xem hình ảnh bộ lặp và ví dụ ứng dụng trong hình dưới

PROFIBUS DP/RS232C Link: dùng để nối các thiết bị có giao diện RS232C (V24) với

mạng Profibus (xem hình ảnh thiết bị và ví dụ ứng dụng trong hình dưới)

DP/EIB Link: dùng để ghép nối Profibus với mạng instabus EIB (xem hình ảnh và ví dụ

ứng dụng trong hình dưới)

DP/PA Couplers: Dùng để ghép nối mạng PROFIBUS DP với PROFIBUS PA (xem

hình ảnh và ví dụ ứng dụng trong hình dưới) Qua ví dụ trên ta thấy, các thiết bị hiện trường với có thể dễ dàng kết nối với nhau dùng chuẩn mạng PROFIBUS PA và kết nối với mạng PROFIBUS DP nhờ DP/PA Couplers

DP/AS-Interface Link 65: dùng để ghép nối các thiết bị có giao diện mạng ASi với

mạng Profibus DP (xem hình ảnh thiết bị và ví dụ ứng dụng trong hình dưới)

D - MANG ETHERNET

Ethernet là mạng cục bộ do các công ty Xerox, Intel và Digital equipment xây dựng

và phát triển Ethernet là mạng thông dụng nhất đối với các mạng nhỏ hiện nay

Ethernet LAN được xây dựng theo chuẩn 7 lớp trong cấu trúc mạng của ISO, mạng truyền số liệu Ethernet cho phép đưa vào mạng các loại máy tính khác nhau kể cả máytính mini Ethernet có các đặc tính kỹ thuật chủ yếu sau đây:

o Có cấu trúc dạng tuyến phân đoạn, đường truyền dùng cáp đồng trục, tín hiệu truyền trên mạng được mã hoá theo kiểu đồng bộ (Manchester), tốc độ truyền dữ liệu là 10 Mb/s

o Chiều dài tối đa của một đoạn cáp tuyến là 500m, các đoạn tuyến này có thể được kết nối lại bằng cách dùng các bộ chuyển tiếp và khoảng cách lớn nhất cho phép giữa 2 nút là 2,8 km

o Sử dụng tín hiệu bǎng tần cơ bản, truy xuất tuyến (bus access) hoặc tuyến token (token bus), giao thức là CSMA/CD, dữ liệu chuyển đi trong các gói

Sơ lược về hệ thống Ethernet

- Ethernet là 1 công nghệ mạng cục bộ (LAN) nhằm chuyển thông tin giữa các máy tính với tốc độ từ 10 đến 100 triệu bít một giây (Mbps) Hiện thời công nghệ Ethernet thườngđược sử dụng nhất là công nghệ sử dụng cáp đôi xoắn 10-Mbps

- Công nghệ truyền thông 10-Mbps sử dụng hệ thống cáp đồng trục cỡ lớn , hoặc cáp đôi , cáp sợi quang Tốc độ chuẩn cho hệ thống Ethernet hiện nay là 100-Mbps

1.2 Ethernet là công nghệ mạng thiết bị và thông dụng

Mặc dù ngày nay có nhiều công nghệ LAN nhưng Ethernet vẫn là công nghệ được sử dụng nhiều nhất Năm 1994 ước tính có khoảng hơn 40 triệu nút Ethernet được sử dụng trên toàn cầu

Từ khi chuẩn Ethernet ra đời , các đặc tính kĩ thuật và trình tự để xây dựng nên 1 mạng Ethernet đã trở nên dễ dàng hơn đối với mọi người Những đặc tính này cùng với tính dễ sử dụng đã tạo nên một thị trường Ethernet rộng lớn và là nguyên nhân cho

sự ứng dụng rộng rãi của Ethernet trong nền công nghiệp máy tính

Phần lớn các hãng sản xuất máy tính ngày nay trang bị cho sản phẩm của họ thiết bị 10-Mbps Ethernet khiến cho thiết bị của họ có thể sẵn sàng kết nối vào mạng Ethernet cục bộ Khi chuẩn Ethernet 100-Mbps đã trởnên phổ biến hơn thì máy tính được trang

bị các thiết bị Ethernet hoạt động ở cả hai tốc độ 10-Mbps và 100-Mbps Những quản

lí viên mạng Ethernet ngày nay cần thiết phải biết liên kết một số lượng lớn các máy tính lại với nhau bằng công nghệ mạng thiết bị trung gian Rất nhiều mạng LAN ngàynay hỗ trợ các máy tính được sản xuất bởi nhiều hãng khác nhau , tuy nhiên cần phải

1.3 Sự phát triển của các chuẩn Ethernet

Ethernet đã được phát minh ra tại trung tâm nghiên cứu Xerox Palo Alto vào những năm 1970 bởi tiến sĩ Robert M Metcalfe Nó đã được thiết kế với mục đích phục vụ nghiên cứu trong “ hệ thống công sở trong tương lai” , bao gồm trạm cá nhân đầu tiên trên thế giới , trạm Xerox Alto Trạm Ethernet đầu tiên chạy với tốc độ xấp xỉ 3-Mbpsvà được biết đến với tên gọi : “ tiền Ethernet”

Ethernet chính thức được công bố vào năm 1980 bởi liên minh DEC-Intel-Xerox(DIX) Nỗ lực này đã chuyển “tiền Ethernet” trở thành một hệ thống Ethernet mở và có chất lượng với tốc độ 10-Mbps Công nghệ Ethernet được công nhận là tiêu chuẩn bởi uỷ ban tiêu chuẩn LAN nằm trong viện kỹ thuật điện và điện tử thế giới(IEEE 802) Chuẩn IEEE đã được công bố lần đầu tiên vào năm 1985 , với tiêu đề “ IEEE 802.3 khuyến nghị về lớp vật lý và phương thức truy nhập đa truy nhập sóng mang phát hiện

va chạm “ Chuẩn IEEE đã được thừa nhận bởi tổ chức chuẩn hoá của thế giới

(ISO )

Chuẩn IEEE cung cấp hệ thống kiểu Ethernet dựa trên nền là công nghệ DIX

Ethernet Mọi hệ thống Ethernet từ năm 1985 đều được xây dựng dựa trên chuẩn IEEE 802.3 Nói chính xác hơn , chúng ta đã dựa trên công nghệ “IEEE 802.3

CSMA/CD” Tuy nhiên hầu hết mạng Ethernet hiện nay đều từ mạng Ethernet nguyênthuỷ mà ra

Chuẩn 802.3 được nâng lên từng bước bao gồm các chuẩn công nghệ mới Từ nằm

1985 chẩn đã được tăng cường những công nghệ 10-Mbps ( ví dụ cáp xoắn ) cũng nhưcác khuyến nghị mới về mạng Ethernet nhanh 100 Mbps

1.4.Các thành phần của Ethernet

Hệ thống Ethernet bao gồm 3 thành phần cơ bản :

o Hệ thống trung gian truyền tín hiệu Ethernet giữa các máy tính

o Các nhóm thiết bị trung gian đóng vai trò giao diện Ethernet làm cho nhiều máy tính có thể kết nối tới cùng 1 kênh Ethernet

o Các khung Ethernet đóng vai trò làm các bit chuẩn để luân chuyển dữ liệu trên Ethernet

Phần tiếp sau đây sẽ miêu tả quy tắc thiết lập cho các thành phần đầu tiên , các mảng truyền thông vật lí , thiết lập quy tắc truy cập trung gian cho Ethernet và các khung Ethernet

1.5 Hoạt động của Ethernet

Mỗi máy Ethernet, hay còn gọi là máy trạm , hoạt động độc lập với tất cả các trạm khác trên mạng , không có một trạm điều khiển trung tâm.Mọi trạm đều kết nối với Ethernet thông qua một đường truyền tín hiệu chung còn gọi là đuờng trung gian Tín hiệu

Ethernet được gửi theo chuỗi , từng bit một , qua đường trung gian tới tất cả các trạm thành viên Để gửi dữ liệu trước tiên trạm cần lắng nghe xem kênh có rỗi không , nếu rỗi thì mới gửi đi các gói ( dữ liệu)

Cơ hội để tham gia vào truyền là bằng nhau đối với mỗi trạm Tức là không có sự ưu tiên Sự thâm nhập vào kênh chung được quyết dịnh bởi nhóm điều khiển truy nhập trung gian ( Medium Access Control-MAC) được đặt trong mỗi trạm MAC thực thi dựatrên cơ sở sự phát hiện va chạm sóng mang ( CSMA/CD)

- Giao thức CSMA/CD

- Xung đột

- Truyền dữ liệu

1.5.1.Giao thức CSMA/CD.

Để truyền thông tin, mỗi giao tiếp mạng phải lắng nghe cho tới khi không có tín hiệu trong kênh chung , lúc này nó mới có thể truyền thông tin Nếu một giao tiếp mạng thực hiện truyền thông tin trong kênh thì gọi là sóng và các trạm khác phải chờ đợi cho tới khi

sự truyền dẫn này kết thúc Quá trình này gọi là phát hiện sóng mang

Mọi giao tiếp Ethernet đều có cơ hội ngang nhau trong việc truyền thông tin trong mạng (Đa truy nhập ) Trong quá trình truyền từ đầu này tới đầu kia của Ethernet , những bít đầu tiên của khung cần phải đi tới mọi vùng của mạng Tức là có thể có 2 giao tiếp mạng cùng thấy mạng rỗi và gửi đi cùng 1 lúc Khi đó Ethernet phát hiện sự “ va chạm “ và dừng việc truyền và gửi lại các khung ĐÓ là quá trình phát hiện va chạm

Giao thức CSMA/CD được thiết kế nhằm cung cấp cơ hội ngang bằng truy nhập kênh chung cho mọi trạm trong mạng Sau khi gói tin được gửi đi mỗi trạm trong mạng sẽ sủ dụng giao thức CSMA/CD để xem trạm nào sẽ được gửi tiếp sau

1.5.2.Va chạm

Nếu có có hơn 1 trạm cùng gửi thông tin cùng lúc thì tín hiệu được nói rằng đang va chạm , Các trạm sẽ nhận ra biến cố này và dừng việc truyền bằng thuật toán backoff Sau đó mỗi trạm sẽ chọn 1 thời gian ngẫu nhiên sau đó để truyền tiếp

Thông thường khoảng thời gian trễ này là rất ngắn chỉ khoảng phần nghìn hoặc phần triệu của giây Nếu như sau đó lại có va chạm thì lại phải truyền lại Nếu sau một số lần liên tiếp nào đó va chạm thì hệ thống sẽ thôi truyền gói tin này nữa , thường Ethernet

Cũng như các mạng LAN khác , Ethernet luôn tìm cách truyền dữ liệu tốt nhất , Tuy nhiên ngay cả với những mạng Ethernet đắt tiền nhất và được thiết kế tốt nhất thì dữ liệu truyền đi vẫn không hoàn hảo.

Nhiễu điện có thể xuất hiện mọi lúc trên hệ thống cable và làm dữ liêu bị hỏng Trong trường hợp kênh LAN bị tắc nghẽn làm cho số lần va chạm vượt quá 16 làm cho các khung bị mất Không thể có mạng LAN nào hoàn hảo , vì thế những phần mềm ở lớp giao thức mạng cao hơn được thiết kế để cứu dữ liệu khỏi lỗi

Cần thiết phải nâng lên các giao thức mạng mức cao để chắc chắn dữ liệu nhận được là chính xác Các giao thức bậc cao làm được điều nàu nhờ phương thức truyền đáng tin cậy và sự xác nhận chuỗi thông tin truyền qua mạng

1.6.Khung và địa chỉ Ethernet

Quả tim của Ethernet là là khung , khung được sử dụng để truyền dữ liệu giữa các máy tính ,Khung gồm các bit được chia thành các trường Các trường này bao gồm trường địa chỉ , trường dữ liệu chứa từ 46 tới 15000 byte dữ liệu , và 1 trường kiểm tra lỗi để kiểm tra các bit nhận được có giống với các bit được truyền đi không

Trường đầu tiên mang 48 bit địa chỉ , gọi là địa chỉ nhận và địa chỉ gửi, IEEE quản lí các địa chỉ bởi trường địa chỉ IEEE cung cấp 24 bit nhận dạng gọi là “ định danh tổ chức duy nhất “ (OUI) , mỗi tổ chức tham gia vào Ethernet sẽ được cung cấp 1 định danh duy nhất Tổ chức sẽ tạo ra 48 bit địa chỉ sử dụng OUI của 24 bit địa chỉ đầu tiên 48 bit này được biết đến như là địa chỉ vật lí , phần cứng hoặc địa chỉ MAC

48 bít địa chỉ là dấu hiệu nhận biết chung cho mỗi giao tiếp Ethernet khi nó được tạo ra , nhờ đó mà làm đơn giản hơn cấu trúc của Ethernet Với cách định danh này bạn có thể nhóm nhiều tổ chức Ethernet vì thế dễ dàng hơn trong việc quản lí Ethernet

Mỗi khung Ethernet được gửi tới 1 kênh chung , khi đó mỗi giao tiếp mạng sẽ xem xét trường 48 bit đầu tiên có chứa địa chỉ , giao tiếp mạng sẽ so sánh địa chỉ của chính nó với địa chỉ này Giao tiếp mạng có địa chỉ trùng với địa chỉ nhận sẽ đọc toàn bộ khung và gửi những dữ liệu này tới phần mềm trong máy Mọi giao tiếp mạng sẽ ngừng đọc thông tin trong khung sau khi chúng phát hiện địa chỉ của chúng không trùng với địa chỉ nhận

1.6 Địa chỉ Multicast and Broadcast

Một địa chỉ multicast cho phép một khung đơn có thể nhận được một nhóm trạm.Phần mềm mạng có thể cho phép giao tiếp mạng lắng nghe những địa chỉ multicast chỉ định Điều này cho phép một nhóm trạm có thể được nhận biết bởi một nhóm multicast đã