ind ict 2 197

Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Chapter Industrial Communications and Networking  Giới thiệu số mô hình/chuẩn truyền tin cơng nghiệp:  Chuẩn truyền tin V24/V28 (RS-232C, RS485 RS-422), I2C  Các bus tiêu biểu: Profibus, CAN, Modbus, AS-I…  Các giao thức: ProfiBus, MODBUS IEC 870-5  Ethernet 802.x Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications 2.1 Khái niệm truyền tin môi trường cơng nghiệp (TTCN):  Khái niệm: • Là mạng máy tính với số nodes phạm vi địa • • lý hạn chế, thông tin mạng số đo, trạng thái lệnh điều khiển, gắn với trình thực, với độ tin cậy cao, khả chịu nhiễu tốt Có khả kết nối với mạng máy tính thơng thường để khai thác đặc tính ưu việt remote database Topologies: Daisy chain, Ring, Bus, Star, Tree • Giao thức: (Kỹ thuật ghép nối) thường dùng • giao thức tầng phía thiết bị (Transport Oriented Protocols) Bảo tồn thơng tin – mơ hình OSI, lớp 2:  Phân loại lỗi: – Lỗi không phát – Phát không sửa – Phát sửa  Phân tích đánh giá lỗi: Chech sum, CRC, Parity  Đánh giá theo: – – – – Xác xuất xuất hiện, Thời gian xuất hiện, Theo điều kiện môi trường, Theo tác động đối tượng Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications  Parity: cho byte/character  Parity kép: cho packet Tính Parity XOR dọc theo gói tin => phát lỗi sửa lỗi xác suất nhỏ  CRC: phần cứng, vi mạch  Check sum: phần mềm  Các chuẩn truyền thơng tin: • TIA/EIA (Electronics/Telecommunication Industry Association), mơ hình DTE DCE, chuẩn qui định vật lý tín hiệu như:  Complete Interface Standards: TIA/EIA 232-F, TIA/EIA 530-A [561]  Electrical Only Standards: EIA 422, EIA 485  Signal Quality Standards…  Tín hiệu: • Single End, RS232 • Differential, RS 422/485, MultiDrop, Hình 201 Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications 2.2 Standard Buses: 2.2.1 AS-i bus:  Actuator Sensor Interface  Các (11) hãng Châu Âu hợp tác phát triển Hình 202 Ví trí AS-i bus hệ thống mạng CN Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications 2.2.1.1 Khái niệm mạng AS-i:  AS-i (Actuator/Sensor Interface) giao diện kết nối cảm biến cấu chấp hành tầng thấp (field level) hệ thống tự động 2.2.1.2 Hoạt động hệ thống mạng AS-i:  Kiến trúc thông số hoạt động mạng • • AS-i Mạng AS-i mạng Single Master/ Multi Slaves: Trong mạng AS-i có master việc trao đổi liệu với slaves mạng, thông qua chế polling slave liên tiếp chờ đợi trả lời Topology mạng: Mạng AS-i có dạng đường thẳng, dạng Hình 202a Cấu trúc mạng AS-i Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Hình 203 Cấu trúc mạng AS-i • Thời gian vịng qt: • • • AS-i Master cần 5ms để trao đổi liệu số với 31 nút mạng - polling, analog (12 bit sensor) cần vòng quét - 30ms Tốc độ truyền thông: Fixed 167Kbps Thành phần nút mạng: Mỗi nút mạng sensor/actuator theo chuẩn AS-i, AS-i I/O module cho phép kết nối nhiều với sensor/actuator nhị phân Khoảng cách mạng: Độ dài cáp truyền mạng AS-i không lớn, khoảng cách tối đa 300m, với repeaters max Lượng thông tin nhị phân không lớn Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications  Chế Ch2 - Industrial Communications độ địa chỉ: • Chế độ địa thơng thường, Master • •  quản lý 31 slaves (4I/4O), cho phép kết nối với 124 sensors/actuators Chế độ mở rộng (A/B), master quản lý 62 slaves (4I/3O), kết nối với 186 actuator 248 sensor Mỗi slave AS-i gán địa chỉ, lưu EPROM slave Địa đặt AS-i Master dùng thiết bị đặt địa chuyên dụng (mỗi slave đặt địa 15 lần) Cơ chế giao tiếp:  AS-i hoạt động kiểu Master/Slave Trong chu kì quét bus, Master thực trao đổi liệu với slave lần  Master gửi message 14 bit (5 bit địa Slave bit thông tin - liệu output mã gọi hàm), chờ đợi slave trả lời  Message trả lời slave bit [4 bit thông tin (dữ liệu đầu vào kết thực hàm)]  Thời gian chu kì bus phụ thuộc vào số lượng slave  Master gửi kèm số thơng báo khác Có tất loại messge, – loại để truyền liệu tham số, – loại để đặt địa cho slave, – loại để nhận dạng xác định trạng thái hoạt động slave Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications  Cấu • Ch2 - Industrial Communications trúc message từ Master 0-CB-A4-A3-A2-A1-A0-I4-I3-I2-I1-I0-P-1  Bit 0: đầu Message  CB: Bit điều khiển  A4-A0: Slave Addr  Cấu • Bit 1: cuối Message P: Bit Parity I4 - I0:to Slave trúc message slave: 0-S3-S2-S1-S0-P-1  Bit 0: đầu Mess  Bit S3-S0: to Master  Kỹ Bit 1: cuối Mess P: Bit Parity thuật truyền: • Kỹ thuật mã hố chọn dải tần số truyền, tự đồng theo chế APM (Alternate Pulse Modulation) cho phép loại nhiễu => có độ tin cậy cao  Kiểm sốt lỗi: • Trong chu kì bit 6s (chu kì bus 5ms), tín hiệu • đường truyền receiver senses 16 lần Theo phương pháp điều chế APM nói, chu kì bit phải có hai xung xung phải đảo chiều Như có tín hiệu có dạng nhận giải mã, ngược lại coi nhiễu bị loại bỏ Mỗi Mess chiều dài cố định, có bit đầu, bit cuối có khoảng thời gian nghỉ, => phát tín hiệu sai lệch Ngồi ra, bit truyền cịn có bit chẵn lẻ parity để phát lỗi Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications 2.2.1.3 AS-i Devices  AS-i cable: • Kiểu riêng, để kết nối với thiết bị mạng, • • •  khơng cần tách vỏ, bắt vít hàn Truyền lượng số liệu cáp dây Không truyền khoảng cách xa (tối đa 100 mét cần có repeater) Cũng dùng cáp dây thơng thường có kích thước 2x1.5mm2 mạng AS-i, khơng cần vỏ chống nhiễu Repeater/Extender • Repeater/ Extender: Prolongation, max 100m Max 300m with repeaters  Nguồn cung cấp hai đầu repeater  Hai đường cáp AS-i repeater cách ly điện với Extender • Mở rộng chiều dài mạng thêm 100m • Chỉ cần nguồn cung cấp phía khơng nối với Master  Cáp trực tiếp: khơng cách ly với Extender Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications  Ch2 - Industrial Communications Power Supply Unit: • Nguồn cấp dc có độ ổn định, tin cậy cao cho thiết bị •  mạng AS-i chuẩn sensor nối vào mạng Normal Actuators không lấy nguồn từ AS-i cable, mà thường cấp nguồn riêng Addressing Device: • Là thiết bị gán địa chẩn đốn (offline) • Address: đến 31 (hoặc 1A đến 31A) Ext (1B đến • • 31B) Các thiết bị xuất xưởng có địa Các Master hỗ trợ chế độ địa mở rộng phải nối với slave có chế độ địa mở rộng Trên mạng khơng thể có hai thiết bị có địa  AS-i Master: Phần sau  AS-i Gateway: • AS-i Gateway (Distributed I/O) thiết bị cho phép nối mạng AS-i với thiết bị mạng khác, Master, đóng vai trò làm chủ mạng AS-i bên Slave mạng (thường PROFIBUS)  I/O Module đặt trường • Là module ghép nối với cấu chấp • hành cảm biến nhị phân, lắp đặt trực tiếp trường Compact Module: Module kết nối với cấu chấp hành cảm biến làm việc môi trường khắc nghiệt Ch2 - Industrial Communications 10 ... Single End, RS2 32 • Differential, RS 422 /485, MultiDrop, Hình 20 1 Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications 2. 2 Standard Buses: 2. 2.1 AS-i bus:... Châu Âu hợp tác phát triển Hình 20 2 Ví trí AS-i bus hệ thống mạng CN Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications 2. 2.1.1 Khái niệm mạng AS-i: ... AS-i có dạng đường thẳng, dạng Hình 20 2a Cấu trúc mạng AS-i Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Ch2 - Industrial Communications Hình 20 3 Cấu trúc mạng AS-i • Thời gian