Vai Vai trò trò ccủủa m a mạạng truy ng truyềền thông công nghi n thông công nghiệệ p p
Đầ Đầu thu thếế k k ỷỷ 20, các h 20, các hệệ ththống điềống điều khiu khiểển quá trình và hn quá trình và hệệ ththốống ng ssảản xn xuuất đượ ất đượ cc thithiếết k t k ếế d dựựa na nềền tn tảảng công nghng công nghệệ cơ khí và các thiếcơ khí và các thiết bt bịị x xửử lý lý bbằằng tín hing tín hiệu tương tựệu tương tự Sau th
Sau thờ ờ i i k k ỳỳ đó, công nghệđó, công nghệ điềđiều khiu khiểển n bbằằng khí nén và thng khí nén và thủủy y llựực phát tric phát triển đã đượ ển đã đượ cc đưa vào sử đưa vào sử ddụụng Công nghng Công nghệệ điềđiều khiu khiển khí nén giúp điềển khí nén giúp điều khiu khiểển n hhệệ ththốống ng ttừừ xaxa thông qua h thông qua hệệ th thống điềống điều khiu khiểển trung tâm Tn trung tâm Tớ ớ i nay nhi nay nhữững k ng k ỹỹ thu thuậật công nght công nghệệ này v này vẫẫnn còn r còn r ấất pht phổổ bi biếến.n.
Sựự ph phổổ bi biếến cn củủa các gia các giảải pháp ti pháp tựự độđộng hóa sng hóa sửử d dụụng hng hệệ th thốống truyng truyềền thông sn thông sốố là k là k ếết qut quảả t tổổng hng hợ ợ p c p củủa các tia các tiếến bn bộộ trong k trong k ỹỹ thu thuật vi điệật vi điện tn tửử , , k k ỹỹ thu thuậật máy tính , k t máy tính , k ỹỹ thu thuật thông tin , và đương nhiên là củật thông tin , và đương nhiên là của ca cảả k k ỹỹ thu thuậật tt tựự độđộng hóa Mng hóa Mạạng truyng truyềền thôngn thông công nghi công nghiệệ p p hay hay mmạạng công nghing công nghiệệ p p ( ( MCN MCN ) ) là là mmộột khái nit khái niệệm chung chm chung chỉỉ các h các hệệ th thốống mng mạạng truyng truyềền thông sn thông sốố , truy , truyềền bit nn bit nốối tii tiếp , đượ ếp , đượ c sc sửử d dụng đểụng để ghép n ghép nốối các thii các thiếếtt b bịị công nghi công nghiệệ p Các h p Các hệệ th thốống truyng truyềền thông công nghin thông công nghiệệ p ph p phổổ bi biếến hin hiệện nay cho phépn nay cho phép liên k liên k ếết mt mạạngng ở ở nhi nhiềều mu mứức khác nhau , tc khác nhau , từừ các c các cảảm bim biến , cơ cấến , cơ cấu chu chấp hành dướ ấp hành dướ i ci cấấ p p trường cho đến máy tính điề trường cho đến máy tính điều khiu khiểển , thin , thiếết bt bịị quan sát , máy tính điềquan sát , máy tính điều khiu khiểển giám sátn giám sát và các máy tính c và các máy tính cấp điềấp điều hành xí nghiu hành xí nghiệệ p , qu p , quảản lý công ty.n lý công ty.
Ghép nốối thii thiếết bt bị, trao đổị, trao đổi thông tin là mi thông tin là mộột trong nht trong nhữững ng vvấn đềấn đề cơ bảcơ bản trongn trong b bấất ct cứứ m mộột git giảải pháp ti pháp tựự độđộng hóa nào Mng hóa nào Mộột bt bộộ điềđiều khiu khiểển cn cần đượ ần đượ c ghép nc ghép nốối vi vớ ớ i cáci các ccảảm m bibiến và cơ cấến và cơ cấu u chchấấ p p hành hành GiGiữữa các ba các bộộ điềđiều khiu khiểển trong mn trong mộột t hhệệ ththống điềống điềuu khi khiểển phân tán cn phân tán cũũng ng ccần trao đổần trao đổi thông tin vi thông tin với nhau đểới nhau để phphốối i hhợ ợ p p ththựực c hihiện điềện điềuu khi khiểển cn cảả quá trình s quá trình sảản n xuxuấất.t ỞỞ mmộột ct cấp cao hơn, các trạấp cao hơn, các trạm vm vậận hành trong trung tâmn hành trong trung tâm điề điều khiu khiểển cn cũũng cng cần đượ ần đượ c ghép nc ghép nốối và giao tii và giao tiếế p v p vớ ớ i các bi các bộộ điềđiều khiu khiển đểển để có th có thểể theo theo dõi, giám sát toàn b dõi, giám sát toàn bộộ quá trình s quá trình sảản xun xuấất và ht và hệệ th thốốngng điềđiều khiu khiểển.n. a) a) b) b)
Hình 1.1 N Hình 1.1 N ố ố i dây truy i dây truy ề ề n thông (a) và n n thông (a) và n ố ố i m i m ạạ ng công nghi ng công nghi ệệ p (b) p (b)
Sửử ddụụng ng mmạạng truyng truyềền thông công nghin thông công nghiệp, đặệp, đặc c bibiệt là bus trường đểệt là bus trường để thay th thay thếế cách n cách nối điểối điểmm – – điểđiểm cm cổổ điểđiển gin giữữa các thia các thiếết bt bịị công nghi công nghiệp (như hình 1.1) mang lạệp (như hình 1.1) mang lạii hàng lo hàng loạại li lợi ích như sau:ợi ích như sau:
− Đơn giảĐơn giản hóa cn hóa cấấu trúc liên k u trúc liên k ếết t gigiữữa các thia các thiếết t bbịị công nghi công nghiệệ p: p: MMộột t ssốố lượ lượ ng ng llớ ớ n các thin các thiếết t bbịị thuthuộộc các chc các chủủng long loại khác nhau đượ ại khác nhau đượ c ghép nc ghép nốốii vvớ ớ i nhau thông qua mi nhau thông qua một đườ ột đườ ng truyng truyềền duy nhn duy nhấất.t.
− TiTiếết kit kiệệm dây nm dây nốối và công thii và công thiếết k t k ếế, l, lắp đặắp đặt ht hệệ th thốống Nhng Nhờ ờ c cấu trúc đơnấu trúc đơn gi giảản, vin, việệc thic thiếết k t k ếế h hệệ th thốống tr ng tr ở ở nên d nên dễễ dàng hơn nhiềdàng hơn nhiều u MMộột st sốố lượ lượ ngng llớ ớ n cáp truyn cáp truyền đượ ền đượ c thay thc thay thếế b bằằng mng một đườ ột đườ ng duy nhng duy nhấất, git, giảảm chi phím chi phí đáng kể đáng kể cho nguyên v cho nguyên vậật lit liệệu và công lu và công lắp đặắp đặt.t.
− Nâng Nâng cao cao độđộ tin c tin cậy độậy độ chính xác c chính xác của thông tin: Khi dùng phươngủa thông tin: Khi dùng phương pháp truy pháp truyềền tín hin tín hiệu tương tựệu tương tự c cổổ điển, tác độđiển, tác động cng củủa nhia nhiễễu du dễễ làm thay làm thay đổ đổi i nnộội dung thông tin mà các thii dung thông tin mà các thiếết t bbịị không có cách nào nh không có cách nào nhậận n bibiếết.t. Nh
Nhờ ờ k k ỹỹ thu thuậật truyt truyềền thông sn thông sốố, không nh, không nhữững thông tin truyng thông tin truyền đi khó bịền đi khó bị sai l sai lệch hơn, mà các thiếệch hơn, mà các thiết bt bịị n nốối mi mạạng còn thêm khng còn thêm khảả năng tựnăng tự phát hi phát hiệệnn llỗỗi và chi và chẩn đoán lỗẩn đoán lỗi i nnếu có Hơn thếếu có Hơn thế nnữữa, via, việệc c bbỏỏ qua nhi qua nhiềều u llầầnn chuy chuyển đổển đổi qua li qua lại tương tựại tương tự - - ssốố và và ssốố tương tựtương tự nâng cao độnâng cao độ chính chính xác c xác củủa thông tin.a thông tin.
− Nâng Nâng cao cao tính tính linh linh hohoạt, tính năng mở ạt, tính năng mở ccủủa a hhệệ ththốống: Mng: Mộột t hhệệ ththốốngng mmạạng chung chuẩẩn hóa qun hóa quốốc c ttếế ttạo điềạo điều u kikiệện cho vin cho việệc c ssửử ddụụng các thing các thiếết t bbịị ccủủa nhia nhiềều hãng khác nhau Viu hãng khác nhau Việệc thay thc thay thếế thi thiếết bt bịị, nâng c, nâng cấấ p và m p và mở ở r r ộộngng ph phạạm vi chm vi chức năng củức năng của a hhệệ ththốống ng ccũũng ng ddễễ dàng hơn nhiềdàng hơn nhiều Khu Khảả năngnăng tương tác giữ tương tác giữa các thành pha các thành phầần (phn (phầần n ccứứng và phng và phầần n mmềm) đượ ềm) đượ c nângc nâng cao nh cao nhờ ờ các giao di các giao diệện chun chuẩẩn.n.
− Đơn giảĐơn giản hóa /tin hóa /tiệện ln lợ ợ i hóa vii hóa việệc tham sc tham sốố hóa , ch hóa , chẩn đoán , địẩn đoán , định vnh vịị l lỗỗi ,i , ssựự c cốố c củủa các thia các thiếết bt bịị : V : Vớ ớ i mi một đườ ột đườ ng truyng truyềền duy nhn duy nhấất , không nht , không nhữữngng thi thiếết t bbịị có th có thểể trao đổtrao đổi i ddữữ liliệệu quá trình, mà còn có thu quá trình, mà còn có thểể ggửửi cho nhaui cho nhau các d các dữữ liliệệu tham su tham sốố , , ddữữ liliệệu u tr tr ạạng thái , dng thái , dữữ liliệệu u ccảảnh báo và dnh báo và dữữ liliệệuu ch chẩn đoán Các thiếẩn đoán Các thiết t bbịị có th có thểể tích h tích hợ ợ p p khkhảả năng tựnăng tự chchẩn đoán, cácẩn đoán, các tr tr ạạm trong mm trong mạạng ng ccũũng có thng có thểể có kh có khảả năng cảnăng cảnh ginh giớ ớ i i llẫẫn nhau Vin nhau Việệcc ccấấu hình hu hình hệệ ththốống, lng, lậậ p p trình, trình, tham tham ssốố hóa, ch hóa, chỉnh địỉnh định thinh thiếết t bbịị và đưavà đưa vào v vào vậận hành có thn hành có thểể th thựực hic hiệện tn từừ xa qua m xa qua mộột tr t tr ạạm k m k ỹỹ thu thuậật trung tâm.t trung tâm.
− MMở ở ra nhi ra nhiềều u chchức năng và khảức năng và khả năng ứnăng ứng dng dụụng ng mmớ ớ i i ccủủa a hhệệ ththốống : Sng : Sửử ddụụng mng mạạng truyng truyềền thông công nghin thông công nghiệệ p cho p cho phép áp phép áp ddụụng các king các kiếến trúcn trúc điề điều khiu khiểển mn mới như điềới như điều khiu khiển phân tán , điềển phân tán , điều khiu khiểển phân tán vn phân tán vớ ớ i cáci các thi thiếết t bbịị trường , điềtrường , điều khiu khiểển giám sát hon giám sát hoặặc c chchẩn đoán lỗẩn đoán lỗi i ttừừ xa qua xa qua internet , tích h internet , tích hợ ợ p p thông thông tin tin ccủủa a hhệệ ththống điềống điều khiu khiểển và giám sát vn và giám sát vớ ớ ii thông tin điề thông tin điều hành su hành sảản xun xuấất và qut và quảản lý công ty n lý công ty
Có thểể nói m nói mạạng truyng truyềền thông công nghin thông công nghiệp đã làm thay đổệp đã làm thay đổi i hhẳn tư duy vềẳn tư duy về thi thiếết t k k ếế và tích h và tích hợ ợ p h p hệệ ththống Ưu thếống Ưu thế ccủủa a gigiảải pháp dùng mi pháp dùng mạạng công nghing công nghiệệ p p khôngkhông nh nhữững nng nằằmm ở ở phương phương diệdiện k n k ỹỹ thuthuậật, mà cònt, mà còn ở ở khía c khía cạạnh hinh hiệệu quu quảả kinh t kinh tếế Chính vì Chính vì vvậậy,y, ứứng ng ddụụng ng ccủủa nó r a nó r ộộng rãi trong hng rãi trong hầầu u hhếết các lt các l ĩ ĩ nh nh vvựực công nghic công nghiệp , như điềệp , như điềuu khi khiểển quá trình , tn quá trình , tựự độđộng hóa xí nghing hóa xí nghiệệ p , t p , tựự động hóa tòa nhà , điềđộng hóa tòa nhà , điều khiu khiểển giao thôngn giao thông
… Trong điều khiu khiểển quá trình , các hn quá trình , các hệệ ththống bus trường đã dầống bus trường đã dần thay thn thay thếế các m các mạạchch dòng tương tự dòng tương tự Trong các h Trong các hệệ ththốống ng ttựự độđộng hóa xí nghing hóa xí nghiệệ p, p, hohoặặc c ttựự độđộng hóa tòang hóa tòa nhà, m nhà, mộột st sốố lượ lượ ng lng lớ ớ n các phn các phầần tn tửử trung gian đượ trung gian đượ c bc bỏỏ qua nh qua nhờ ờ các bus ghép n các bus ghép nốối tr i tr ựựcc ti tiếế p p các thicác thiếết t bbịị ccảảm m bibiếến và chn và chấấ p p hành Tóm hành Tóm llạại, i, ssửử ddụụng ng mmạạng truyng truyềền thông côngn thông công nghinghiệệ p p là là không không ththểể thithiếu đượ ếu đượ c trong vic trong việệc tích hc tích hợ ợ p p các các hhệệ ththốống ng ttựự độđộng hóa hing hóa hiệệnn đạ đại.i.
C
Hình 1.2 C Hình 1.2 C ấ ấ u trúc t u trúc t ổ ổ ng quan c ng quan c ủủ a m a m ạạ ng truy ng truy ề ề n thông công nghi n thông công nghi ệệ p p
Bus trườ ườ ng, bus thing, bus thiếết bt bịị
Bus tr ườ ườ ng (fieldbus) thng (fieldbus) thựực ra là mc ra là mộột khái nit khái niệệm chungm chung đượ đượ c dùng trong cácc dùng trong các ngành công nghi ngành công nghiệệ p p chchếế bibiếếnn đểđể chchỉỉ các h các hệệ ththốống bus nng bus nốối i titiếế p, p, ssửử ddụụng ng k k ỹỹ thuthuậậtt truytruyềền tin sn tin sốố đểđể k k ếết nt nốối các thii các thiếết bt bịị thu thuộộc cc cấấ p p đđiiềều khiu khiểển (PC, PLC) vn (PC, PLC) vớ ớ i nhau và vi nhau và vớ ớ ii các thi các thiếết t bbịị ở ở ccấấ p c p chhấấ p p hành, hay hành, hay các thicác thiếết t bbịị tr tr ườ ườ ng Các chng Các chứức c nnăăng chính cng chính củủa a ccấấ p p ch chấấ p p hành hành làlà đđo o llườ ườ ng, truyng, truyềềnn độđộng và chuyng và chuyểểnn đổđổi tín hii tín hiệệu trong tr u trong tr ườ ườ ng ng hhợ ợ p p ccầầnn thithiếết Các thit Các thiếết bt bịị có kh có khảả n năăng nng nốối mi mạạng là các vào/ra phân tán (distributed I/O), cácng là các vào/ra phân tán (distributed I/O), các thi thiếết t bbịị đđo o llườ ườ ng (sensor, transducer, transmitter) hong (sensor, transducer, transmitter) hoặặc c ccơ ơ ccấấu u chchấấ p p hành hành (actuator,(actuator, valve) có tích h valve) có tích hợ ợ p p khkhảả nnăăng ng xxửử lý truy lý truyềền thông Mn thông Mộột t ssốố kikiểểu bus tr u bus tr ườ ườ ng chng chỉỉ thích thích
TÌM HIỂ TÌM HIỂU CÁC M U CÁC MẠ ẠNG TRUY NG TRUYỀ ỀN THÔNG C N THÔNG CỦ ỦA SIEMENS A SIEMENS 6
Truyềền n thông thông Modbus Modbus RTU RTU
2.1 Truyềền thông Modbus RTUn thông Modbus RTU
Modbus là mộột giao tht giao thứức do hãng Modicon (sau này thuc do hãng Modicon (sau này thuộộc AEG và Schneiderc AEG và Schneider Automation) phát tri
Automation) phát triểển Theo mô hình ISO/OSI thì Modbus thn Theo mô hình ISO/OSI thì Modbus thựực c chchấất là mt là mộột chut chuẩẩnn giao th giao thứức và dc và dịịch ch vvụụ thuthuộộc c llớ ớ p p ứứng ng ddụụng, vì vng, vì vậậy có thy có thểể đượ đượ c c ththựực c hihiệện trên các cn trên các cơ ơ ch chếế vvậận chuyn chuyểển n ccấấ p p ththấấ p p nhnhưư TCP/IP, MAP (Manufacturing Message Protocol), TCP/IP, MAP (Manufacturing Message Protocol), Modbus Plus và ngay c
Modbus Plus và ngay cảả qua qua đườ đườ ng truyng truyềền nn nốối tii tiếế p RS-232, RS-485 p RS-232, RS-485.
Giao thứức Modbus RTU là mc Modbus RTU là mộột giao tht giao thứức c mmở ở , , ssửử ddụng đườ ụng đườ ng truyng truyềền n vvậật lýt lý RS-232 ho
RS-232 hoặặc RS485 và mô hình dc RS485 và mô hình dạạng Master-ng Master-Slave Đây là mộSlave Đây là một giao tht giao thức đượ ức đượ c c ssửử ddụụng ng r r ộộng rãi trong nhing rãi trong nhiềều u ll ĩ ĩ nh nh vvực như BMS (Building Management Systems), tựực như BMS (Building Management Systems), tự độ động hóa, công nghing hóa, công nghiệp, điệệp, điện ln lựực c
2.1.1 Chuẩẩn vn vậật lýt lý Giao th
Giao thứức Modbus RTU là mc Modbus RTU là mộột giao tht giao thứức truyc truyềền thông nn thông nốối i titiếế p p Trong Trong mô hìnhmô hình OSI, Modbus RTU là m
OSI, Modbus RTU là mộột giao tht giao thứứcc ở ở l lớ ớ p p ứứng dng dụụng (Application Layer) nên nó cng (Application Layer) nên nó cầầnn llớ ớ p v p vật lý (Physical Layer) phía dưới đềật lý (Physical Layer) phía dưới đề k k ếết nt nốối vi vớ ớ i các thii các thiếết bt bịị khác Đườ khác Đườ ng truyng truyềềnn vvậật lý chut lý chuẩẩn RS-232 và RS-n RS-232 và RS-485 đượ 485 đượ c sc sửử d dụụngng ở ở cho giao th cho giao thứức này.c này. a) a) TruyTruyề ề n d n d ẫ ẫ n vn vớ ớ i RS-232i RS-232 RS-232 là m
RS-232 là mộột hình tht hình thứức truyc truyềền n ddữữ liliệệu u nnốối i titiếế p, p, hay hay nói nói mmột cách đơn giảột cách đơn giảnn đó là mộ đó là một hình tht hình thứức giao tic giao tiếế p p.
❖ Đặc tính điệĐặc tính điện hn họọcc RS-232 s
RS-232 sửử d dụụng phng phươ ươ ng thng thứức truyc truyềền khôngn không đốđối xi xứứng, tng, tứức là sc là sửử d dụụng tín hing tín hiệệuu đđiiệện áp chênh ln áp chênh lệệch gich giữữa a mmộột dây dt dây dẫẫn vàn và đấđất t MMứứcc đđiiệện ápn áp đượ đượ c c ssửử ddụụng daong dao độđộngng trong kho trong khoảảng ng ttừừ -15V t -15V tớ ớ i 15V Khoi 15V Khoảảng ng ttừừ 3V3V đếđến 15Vn 15V ứứng ng vvớ ớ i giá tr i giá tr ịị logic 0, logic 0, kho khoảảng tng từừ -15V -15V đếđến - 3Vn - 3V ứứng vng vớ ớ i giá tr i giá tr ịị logic 1, nh logic 1, nhưư bi biểểu diu diễễn trên Hình 2.1.n trên Hình 2.1.
Hình 2.1 Qui đị Hình 2.1 Qui đị nh tr nh tr ạạ ng thái logic c ng thái logic c ủủ a tín hi a tín hi ệệ u RS-232 u RS-232
Chính vì từừ -3V t -3V tớ ớ i 3V là phi 3V là phạạm vi khôngm vi không đượ đượ cc địđịnh nghnh ngh ĩ ĩ a, trong tr a, trong tr ườ ườ ng hng hợ ợ p p thay thay đổđổi giá tr i giá tr ịị logic t logic từừ 0 lên 1 ho 0 lên 1 hoặặc tc từừ 1 xu 1 xuốống 0 mng 0 mộột tín hit tín hiệệu phu phảải vi vượ ượ t qua khot qua khoảảngng quá quá độđộ đđó trong mó trong mộột tht thờ ờ i gian ngi gian ngắắn hn hợ ợ p lý Ví p lý Ví ddụụ, tiêu chu, tiêu chuẩẩn DIN 66259 phn DIN 66259 phầần 2 quin 2 qui đị địnhnh độđộ ddốốc c ttốối thii thiểểu u ccủủa a mmộột tín hit tín hiệệu u phphảải là 6V/ms hoi là 6V/ms hoặặc 3% nhc 3% nhịị p p xung, xung, tùy tùy theotheo giá tr giá tr ịị nào nh nào nhỏỏ h hơ ơ n.n ĐĐiiềều này du này dẫẫnn đếđến vin việệc c phphảải hi hạạn chn chếế vvềề đđiiệện dung cn dung củủa các thia các thiếếtt b bịị tham gia và c tham gia và củủa ca cảả đườ đườ ng truyng truyềền.n.
Tốốcc độđộ truy truyềền dn dẫẫn tn tốốii đđa pha phụụ thu thuộộc vào chic vào chiềều dài dây du dài dây dẫẫn.n ĐĐa sa sốố các h các hệệ th thốốngng hi hiệện nay chn nay chỉỉ hhỗỗ tr tr ợ ợ ttớ ớ i i ttốốcc độđộ 19.2kBd (chi 19.2kBd (chiềều dài cho phép 30-50m) Gu dài cho phép 30-50m) Gầầnn đđây, sây, sựự ti tiếến bn bộộ trong vi m trong vi mạạchch đđã góp phã góp phầần nâng cao tn nâng cao tốốcc độđộ c củủa các modem lên nhia các modem lên nhiềều lu lầần son so vvớ ớ i ngi ngưỡ ưỡ ng 19.2kBd.ng 19.2kBd.
B ảả ng 2.1 Tóm t ng 2.1 Tóm t ắ ắ t các thông s t các thông s ố ố quan tr quan tr ọọ ng c ng c ủủ a RS-232 a RS-232
Thông s Thông sốố ĐiềĐiều kiu kiệện n TTốối thii thiểểu u TTối đaối đa Điện áp đầ Điện áp đầu ra hu ra hở ở m mạạch ch 25V25V Điện áp đầ Điện áp đầu ra khi có tu ra khi có tảảii 3k 3k ΩΩ ≤ ≤ R R L L ≤ ≤ 7k 7k ΩΩ 5V 5V 15V15V
Tr ở ở kháng đầkháng đầu ra khi cu ra khi cắắt ngut nguồồnn -2V-2V ≤ ≤ VOVO ≤ ≤ 2V2V 300300ΩΩ
Dòng ra ngắắn mn mạạch ch 500mA500mA Điệ Điện dung tn dung tảải i 2500pF2500pF
Tr ở ở kháng đầkháng đầu vàou vào 3V3V ≤ ≤ VIVI ≤ ≤ 25V25V 3k 3k ΩΩ 7k 7k ΩΩ Ngưỡ
Ngưỡ ng cho giá tr ng cho giá tr ịị logic logic 0 0 3V3V Ngưỡ
Ngưỡ ng cho giá tr ng cho giá tr ịị logic logic 1 1 -3V-3V
❖ Giao diGiao diện cơ họện cơ họcc
Hình 2.2 Đầ Hình 2.2 Đầ u n u n ố ố i DB-9 i DB-9
Hình 2.3 Hình 2.3 Đầ Đầ u n u n ố ố i DB-25 i DB-25
Chuẩẩn EIA/TIA-232F quin EIA/TIA-232F qui địđịnh ba lonh ba loạại gii giắắc cc cắắm RS-232 là DB-9 (chín chân),m RS-232 là DB-9 (chín chân), DB-25 (25 chân) và ALT-A (26 chân), trong
DB-25 (25 chân) và ALT-A (26 chân), trong đđó hai loó hai loạạii đầđầuu đượ đượ c sc sửử ddụụng r ng r ộộng rãing rãi hhơ ơ n Lon Loạại DB-9 ci DB-9 cũũngng đđãã đượ đượ c chuc chuẩẩn hóa riêng trong EIA/TIA-574.n hóa riêng trong EIA/TIA-574. Ý ngh Ý ngh ĩ ĩ a ca củủa các chân quan tr a các chân quan tr ọọngngđượ đượ c mô tc mô tảả d dướ ướ ii đđây:ây:
− RxD (RxD ( Receive Data) Receive Data)::Đườ Đườ ng nhng nhậận dn dữữ li liệệu.u.
− TxD (TxD (Transmit Data)Transmit Data):: Đườ Đườ ng gng gửửi di dữữ li liệệu.u.
− DTR (DTR ( Data Terminal Data Terminal ReadyReady): Chân DTR th): Chân DTR thườ ườ ngng ở ở tr tr ạạng thái ON khi thing thái ON khi thiếết bt bịị đầ đầu u cucuốối i ssẵẵn sàng thin sàng thiếết t llậậ p p kênh kênh truytruyềền thông Qua vin thông Qua việệc c gigiữữ mmạạch DTRch DTR ở ở tr tr ạạng thái ON, thing thái ON, thiếết t bbịị đầđầu u cucuốối cho phép DCE ci cho phép DCE củủa nóa nó ở ở chchếế độđộ “tự“tự tr tr ảả llời”ời” chchấấ p nh p nhậận ln lờ ờ i gi gọọi không yêu ci không yêu cầầu Mu Mạạch DTRch DTR ở ở tr tr ạạng thái OFF chng thái OFF chỉỉ khi thi khi thiếết bt bịị đầ đầu cuu cuốối không mui không muốốn DCE cn DCE củủa nó cha nó chấấ p nh p nhậận ln lờ ờ i gi gọọi ti từừ xa (ch xa (chếế độđộ c cụục bc bộộ).).
− DSR (DSR ( Data S Data Set Ready, et Ready, DCE ReadyDCE Ready): C): Cảả hai modem chuy hai modem chuyểển n mmạạch DSR sangch DSR sang
ON khi mộộtt đườ đườ ng truyng truyềền thôngn thông đđãã đượ đượ c thic thiếết lt lậậ p gi p giữữa hai bên.a hai bên.
− DCD (DCD ( Data Data Carrier Carrier Detect Detect ): Chân DCD): Chân DCD đượ đượ c c ssửử ddụụngng đểđể kikiểểm soát truym soát truy nhnhậậ p p đườ đườ ng truyng truyềền Mn Mộột tr t tr ạạm nhm nhậận tín hin tín hiệệu DCD là OFF su DCD là OFF sẽẽ hi hiểểu là tr u là tr ạạmm đốđốii tác ch tác chưưaa đđóng móng mạạch yêu cch yêu cầầu u ggửửi i ddữữ liliệệu (chân RTS) và vì thu (chân RTS) và vì thếế có th có thểể đđooạạtt quyquyềền kin kiểểm soátm soát đườ đườ ng truyng truyềền nn nếếu cu cầần thin thiếết Ngt Ngượ ượ c lc lạại, tín hii, tín hiệệu DCD là ONu DCD là ON ch chỉỉ ththịị bên bên đốđối táci tác đđã ã ggửửi tín hii tín hiệệu RTS và giành quyu RTS và giành quyềền n kikiểểm soátm soát đườ đườ ngng truy truyềền.n.
− RTS (RTS ( Request To Send Request To Send ):): Đườ Đườ ng RTS king RTS kiểểm soát chim soát chiềều truyu truyềền dn dữữ li liệệu Khi mu Khi mộộtt tr tr ạạm m ccầần n ggửửi i ddữữ liliệệu, nóu, nó đđóng móng mạạch RTS sang ONch RTS sang ON đểđể báo hi báo hiệệu u vvớ ớ i modemi modem ccủủa nó Thông tin này ca nó Thông tin này cũũngng đượ đượ c chuyc chuyểển tin tiếế p t p tớ ớ i modem xa.i modem xa.
− CTS (CTS (Clear To Send Clear To Send ): Khi CTS chuy): Khi CTS chuyểển sang ON, mn sang ON, mộột t tr tr ạạmm đượ đượ c thông báoc thông báo r r ằằng modem cng modem củủa nóa nó đđã ã ssẵẵn sàng nhn sàng nhậận n ddữữ liliệệu u ttừừ tr tr ạạm và kim và kiểểm soátm soát đườ đườ ngng đđiiệện thon thoạại cho vii cho việệc truyc truyềền dn dữữ li liệệuuđđi xa.i xa.
− RI RI (( Ring Ring Indicator Indicator ): Khi modem nh): Khi modem nhậậnn đượ đượ c c mmộột t llờ ờ i i ggọọi, i, mmạạch RI chuych RI chuyểểnn ON/OFF m
Truyềền n thông thông Profibus Profibus 18 18
Phầần gin giắắc cc cắm DB9 đã đượ ắm DB9 đã đượ c trình bày chi tic trình bày chi tiếếtt ở ở ph phầần Giao din Giao diện cơ họện cơ học cc củủaa RS232.
2.2 Truyềền thông Profibusn thông Profibus
PROFIBUS (Process Field Bus) là m
PROFIBUS (Process Field Bus) là mộột t hhệệ ththống bus trường đượ ống bus trường đượ c phát tric phát triểểnn ttại Đứại Đức c ttừừ năm 1987, do 21 công ty và cơ quan nghiên cứnăm 1987, do 21 công ty và cơ quan nghiên cứu u hhợp tác Sau khi đượ ợp tác Sau khi đượ cc chuchuẩẩn hóa qun hóa quốốc gia vc gia với DIN 19245, PROFIBUS đã trở ới DIN 19245, PROFIBUS đã trở thành chu thành chuẩẩn châu Âu EN 50n châu Âu EN 50
170 trong năm 1996 và chuẩn qun quốốc tc tếế IEC 61158 vào cu IEC 61158 vào cuốốii năm 1999 Bên cạnh đó,năm 1999 Bên cạnh đó, PROFIBUS còn được đưa ra vào trong chuẩ
PROFIBUS còn được đưa ra vào trong chuẩn IEC 61784 cn IEC 61784 cũng như vớ ũng như vớ i các phát trii các phát triểểnn mmớ ớ i gi gần đây, PROFIBUS không chỉần đây, PROFIBUS không chỉ d dừừng lng lạại là mi là mộột ht hệệ th thốống truyng truyềền thông, mà cònn thông, mà còn đượ đượ c coi là mc coi là mộột công nght công nghệệ t tựự độđộng hóa.ng hóa.
PROFIBUS k ếết nt nốối các bi các bộộ điềđiều khiu khiểển hon hoặặc hc hệệ th thống điềống điều khiu khiểển vn vớ ớ i các thii các thiếếtt b bịị phân tán ( c phân tán ( cảảm m bibiếến và các thin và các thiếết t bbịị ththựực thi , bc thi , bộộ truy truyền độền độngng …) …) ở ở ccấấ p p fieldbus,fieldbus, đồ đồng thng thờ ờ i i ccũng cho phép trao đổũng cho phép trao đổi i ddữữ liliệệu u nhnhấất quán ( consistent data ) vt quán ( consistent data ) vớ ớ i các hi các hệệ ththốống truyng truyền thông cao hơn.ền thông cao hơn
2.2.1 Chuẩẩn vn vậật lýt lý a) a) TruyTruyề ề n d n d ẫ ẫ n vn vớ ớ i RS-485:i RS-485:
ChuChuẩn PROFIBUS theo IEC 61158 quy định các đặc tính điệẩn PROFIBUS theo IEC 61158 quy định các đặc tính điện hn học và cơ họọc và cơ họcc ccủủa giao dia giao diệện RS-485 cn RS-485 cũng như môi trườ ũng như môi trườ ng truyng truyền thông, trên cơ sở ền thông, trên cơ sở đó các ứđó các ứngng ddụụng có thng có thểể l lựựa cha chọọn các thông sn các thông sốố thích h thích hợp Các đặc tính điệợp Các đặc tính điện hn họọc bao gc bao gồồm:m:
− TTốc độốc độ truy truyềền thông tn thông từừ 9,6 kbit/s đế9,6 kbit/s đến 12 Mbit/s.n 12 Mbit/s.
− CCấu trúc đườ ấu trúc đườ ng thng thẳẳng king kiểu đườ ểu đườ ng tr ng tr ục / đườ ục / đườ ng nhánh (trunk-line/drop- line)ng nhánh (trunk-line/drop- line) ho hoặặc daisy-c daisy-chain, trong đó có tốc độchain, trong đó có tốc độ truy truyềền tn từừ 1,5 Mbit/s tr 1,5 Mbit/s tr ở ở lên theo yêu c lên theo yêu cầầuu ccấấu trúc daisy-chain.u trúc daisy-chain.
− Cáp truyCáp truyền đượ ền đượ c c ssửử ddụng là đôi dây xoắụng là đôi dây xoắn có bn có bảảo o vvệệ (STP) Hi (STP) Hiệệ p p hhộội PIi PI khuy khuyếến cáo dùng cáp lon cáo dùng cáp loạại A.i A.
− Tr Tr ở ở k k ếết thúc có dt thúc có dạạng tin cng tin cậậy (fail-safe biasing) vy (fail-safe biasing) với các điệới các điện n tr tr ở ở llần lượ ần lượ t làt là
− ChiChiềều dài tu dài tối đa củối đa của a mmột đoạột đoạn mn mạạng tng từừ 100m đế100m đến 1200m, phn 1200m, phụụ thuthuộộc vào tc vào tốốcc độ độ truy truyền đượ ền đượ c lc lựựa cha chọọn Quan hn Quan hệệ gi giữữa ta tốc độốc độ truy truyềền và chin và chiềều dài tu dài tối đa củối đa củaa m một đoạột đoạn mn mạng đượ ạng đượ c tóm tc tóm tắắt trong bt trong bảảng 2.4.ng 2.4.
− SSốố lượ lượ ng ng ttối đa các trạối đa các trạm trong mm trong mỗỗi i mmạạng là 32 Có thng là 32 Có thểể dùng t dùng tối đa 9 bộối đa 9 bộ llặặ p p ttức 10 đoạức 10 đoạn mn mạạng Tng Tổổng sng sốố tr tr ạạm tm tối đa trong mộối đa trong một mt mạạng là 126.ng là 126.
− ChChếế độđộ truy truyềền tn tải không đồải không đồng bng bộộ và hai chi và hai chiều không đồều không đồng thng thờ ờ i.i.
− Phương pháp mã hóa bit NRZ.Phương pháp mã hóa bit NRZ
B ảả ng 2.4 Chi ng 2.4 Chi ề ề u dài t u dài t ối đa củ ối đa củ a m a m ột đoạ ột đoạ n m n m ạạ ng PROFIBUS (cáp STP lo ng PROFIBUS (cáp STP lo ạạ i A) i A)
Tốc độốc độ (kbit/s) (kbit/s)
Vềề giao di giao diện cơ họện cơ học cho các bc cho các bộộ n nốối, loi, loạại D-i D-sub 9 chân đượ sub 9 chân đượ c sc sửử d dụụng phng phổổ bi biếếnn nhnhấất t vvớ ớ i i ccấấ p p bbảảo o vvệệ IP20 Trong trườ IP20 Trong trườ ng ng hhợ ợ p p yêu yêu ccầầu u ccấấ p p bbảảo o vvệệ IP65/67 có th IP65/67 có thểể ssửử ddụụng mng mộột trong các lot trong các loại sau đây:ại sau đây:
− BBộộ n nốối tròn M12 theo chui tròn M12 theo chuẩẩn IEC 947-5-2.n IEC 947-5-2.
− BBộộ n nốối Han-Brid theo khuyi Han-Brid theo khuyếến cáo cn cáo củủa DENISA.a DENISA.
− BBộộ n nốối Hibrid ci Hibrid củủa Siemens.a Siemens. Đầ Đầu u nnốối HAN-BRID có thi HAN-BRID có thểể dùng cho truy dùng cho truyềền n ddữữ liliệệu qua cáp quang vàu qua cáp quang và đđiiệện ápn áp ngunguồồn 24V cho các ngon 24V cho các ngoạại vi qua cápi vi qua cáp đồđồng.ng.
− ĐầĐầu nu nốối M12 cho RS 485 -ci M12 cho RS 485 -cấấ p b p bảảo vo vệệ IP 65/67 s IP 65/67 sơ ơ đồđồ chân: 1: VP, 2: chân: 1: VP, 2:
RxD/TxD-N, 3: DGND, 4: RxD/TxD, 5: vRxD/TxD-N, 3: DGND, 4: RxD/TxD, 5: vỏỏ b bọọc.c.
− ĐầĐầu nu nốối Han-Brid kii Han-Brid kiểểu Cu-Fo Dùngu Cu-Fo Dùng đểđể truy truyềền dn dữữ li liệệu qua cáp quang vàu qua cáp quang và đđiiệệnn áp 24V cung c áp 24V cung cấấ p cho các ngo p cho các ngoạại vi.i vi ĐầĐầu nu nốối này ci này cũũng có king có kiểểu Cu-Cu.u Cu-Cu.
− ĐầĐầu nu nốối Siemens-Hybrid, truyi Siemens-Hybrid, truyềềnnđđiiệện áp cung cn áp cung cấấ p 24 V d p 24 V dữữ li liệệu PROFIBUSu PROFIBUS qua cáp qua cáp đồđồng cho các thing cho các thiếết bt bịị v vớ ớ i ci cấấ p b p bảảo vo vệệ IP 65 IP 65.
Hình 2.12 Đầ Đầ u n u n ố ố i ki i ki ể ể u Siemens-Hibrid u Siemens-Hibrid
Truyềền n thông thông Profinet Profinet 30 30
quang còn có chứức c nnăăng cách ly và by-passng cách ly và by-pass đểđể có th có thểể tách m tách mộột t tr tr ạạm ra khm ra khỏỏi i mmạạngng trong tr trong tr ườ ườ ng hng hợ ợ p có s p có sựự c cốố trên tr trên tr ạạm.m.
Cáp truy Cáp truyềền thông Profibusn thông Profibus
Hình 2.17 Cáp truy ề ề n thông Profibus n thông Profibus
Cáp Profibus thiếết t k k ếế ggồm 2 lõi cáp đồồm 2 lõi cáp đồng tr ng tr ụục c ggồồm m 3 3 llớ ớ p p bbảảo o vvệệ: : llớp lướ ớp lướ ii nhôm ch nhôm chốống nhing nhiễễu, lu, lớ ớ p lá nhôm giúp b p lá nhôm giúp bảảo vo vệệ và l và lớ ớ p PE ch p PE chống nướ ống nướ c.c.
2.3 Truyềền thông Profinetn thông Profinet
Profinet( đượ ( đượ c vic viếết tt tắắt ct củủa Process Field Net) là ma Process Field Net) là mộộtt tiêu chu tiêu chuẩẩn k n k ỹỹ thu thuậậtt côngcông nghi nghiệp đểệp để truy truyềền n ddữữ liliệệu quau qua Ethernet công nghi Ethernet công nghiệệ p p Profinet d Profinet dựựa trên na trên nềền Ethernetn Ethernet và dùng chu và dùng chuẩn TCP/IP và IT đồẩn TCP/IP và IT đồng thng thờ ờ i i bbổổ sung thêm giao th sung thêm giao thức đặức đặc c bibiệt và cơ khíệt và cơ khí hóa để hóa để đạt đượ đạt đượ c hic hiệệu suu suấất tht thờ ờ i gian thi gian thựực tc tốốt nht nhấất PROFINET cho phép tích ht PROFINET cho phép tích hợ ợ p h p hệệ ththống Fieldbus nhưống Fieldbus như ProfibusProfibus, DeviceNet, và Interbus, mà không làm thay đổ, DeviceNet, và Interbus, mà không làm thay đổi thii thiếết bt bịị hihiệện có.n có.
2.3.1 Chuẩẩn vn vậật lýt lý a) a) C C ấ ấ u trúc mu trúc mạạng và k ng và k ỹ ỹ thu thuậật truyt truyề ề n d n d ẫ ẫ nn Profinet r
Profinet r ấất linh hot linh hoạạt khi thit khi thiếết t llậậ p p ccấấu trúc hu trúc hệệ ththốống ng mmạạng Tuy nhiên, cng Tuy nhiên, cấấuu trúc m trúc mạng thườ ạng thườ ng thing thiếết t llậậ p p vvớ ớ i 4 kii 4 kiểểu thông du thông dụng như: Line, Star, Ringụng như: Line, Star, Ring, Tree,, Tree, Wireless.
Profinet sửử ddụụng 2 long 2 loạại cáp thông di cáp thông dụụng nhng nhất cùng các đặc tính đượ ất cùng các đặc tính đượ c c liliệệt kêt kê trong b trong bảảng 2.9.ng 2.9.
B ảả ng 2.9 M ng 2.9 M ộộ t s t s ố ố lo lo ạạ i cáp truy i cáp truy ề ề n Profinet thông d n Profinet thông d ụụ ng ng
Tên hi Tên hiệệu u LoLoạại i cáp cáp ChiChiều dài đoạều dài đoạn tn tối đaối đa 100BASE-TX
100BASE-TX Đôi dây xoắĐôi dây xoắn hn hạạng ng 5 5 100 100 mm
100BASE-FX 100BASE-FX Cáp Cáp quang quang 2000 2000 mm
Vớ ớ i 100BASE-TX,i 100BASE-TX, đđôi dây xoôi dây xoắắn hn hạạng 5ng 5 đượ đượ c sc sửử d dụụng có khng có khảả n năăng làm ving làm việệcc ở ở t tầần sn sốố nh nhịị p 125MHz p 125MHz và cao hvà cao hơ ơ n nn nữữa Via Việệc sc sửử d dụụng haing hai đđôi dây xoôi dây xoắắn tn tạạo kho khảả n năăngng truy truyềền hain hai chichiềềuu đồđồng thng thờ ờ i Khác vi Khác vớ ớ i 100BASE-T4, mi 100BASE-T4, mộột pht phươ ươ ng pháp mã hóa bit cóng pháp mã hóa bit có tên là tên là 4B5B4B5B đượ đượ c sc sửử d dụụngng ở ở đđây Dãy bit tây Dãy bit từừ khung MAC khung MAC đượ đượ c mã hóa lc mã hóa lạại thành cáci thành các ttổổ hhợ ợ p p 5bit 5bit trêntrên đườ đườ ng truyng truyềền Chn Chỉỉ có 16 trong 32 t có 16 trong 32 tổổ hhợ ợ p p bibiểểu u didiễễn n ddữữ liliệệu, các tu, các tổổ hhợ ợ p còn l p còn lạạii đượ đượ c sc sửử ddụụng chong cho đđánh dánh dấấu,u, đđiiềều khiu khiểển và tín hin và tín hiệệu phu phầần cn cứứng.ng. Đố Đối vi vớ ớ i mi mỗỗi loi loạại mi mạạng trên, ving trên, việệc nc nốối dây có thi dây có thểể thông qua m thông qua mộột bt bộộ chia ho chia hoặặcc mmộột bt bộộ chuy chuyểển mn mạạch Mch Mộột bt bộộ chuy chuyểển mn mạạch có chi phí cao hch có chi phí cao hơ ơ n nhin nhiềều so vu so vớ ớ i mi mộột bt bộộ chia, nh chia, nhưưngng nângnâng cao hicao hiệệu suu suấất ct củủa ha hệệ th thốống mng mộột cácht cách đđáng k áng k ểể nh nhờ ờ chchứức nc năăng phânng phân vùng xung vùng xung độđột.t LoLoạại 100BASE-FX ci 100BASE-FX cũũng cho phép truyng cho phép truyềền hai chin hai chiềều toàn phu toàn phầần, n, ssửử ddụụng hai sng hai sợ ợ i quangi quang đđa a chchếế độđộ cho hai chi cho hai chiềều.u ĐốĐối i vvớ ớ i cáci các ứứng ng ddụụngng đđòi òi hhỏỏi khoi khoảảngng cách truy cách truyềền ln lớ ớ n hon hoặặc khc khảả nnăăng kháng nhing kháng nhiễễu cao thìu cao thì đđây là giây là giảải pháp thích hi pháp thích hợ ợ p p. b) b) Giao diGiao diệện cn cơ ơ h họọcc
Truy Truyềền thông Profinet sn thông Profinet sửử d dụụng cng cổổng RJ45 làm giao ding RJ45 làm giao diện cơ họện cơ học.c.
Hình 2.18 C Hình 2.18 C ổ ổ ng RJ45 ng RJ45
Dây m Dây mạạng RJ45ng RJ45 có ccó cấấu tu tạạo chung là 8 dây nho chung là 8 dây nhỏỏ v vớ ớ i 4 ci 4 cặp màu như sau:ặp màu như sau:
− Cam / Cam tr Cam / Cam tr ắắngng
− Xanh lá / Xanh lá tr Xanh lá / Xanh lá tr ắắngng
− Xanh dương / Xanh dương trắXanh dương / Xanh dương trắngng
− Nâu/ Nâu tr Nâu/ Nâu tr ắắngng
2.3.2 Giao Giao ththứ ứ cc a) a) C C ấ ấ u trúc bu trúc bứ ứ ccđ đ iiệệnn
IEEE 802.3/Ethernet chỉỉ qui qui địđịnh lnh lớ ớ p MAC và l p MAC và lớ ớ p v p vậật lý, vì vt lý, vì vậậy my mộột bt bứứcc đđiiệệnn còn còn đượ đượ c gc gọọi là khung MAC Ci là khung MAC Cấấu trúc mu trúc mộột khung MACt khung MAC đượ đượ c minh hc minh họọaa ở ở hình 2.19 hình 2.19.
Hình 2.19 C Hình 2.19 C ấ ấ u trúc khung MAC theo IEEE 802.3 u trúc khung MAC theo IEEE 802.3
Mở ở đầđầu mu mộột khung MAC là 56 bit 0 và 1 luân phiên, tt khung MAC là 56 bit 0 và 1 luân phiên, tứức 7byte gic 7byte giốống nhau cóng nhau có giá tr giá tr ịị 55H V 55H Vớ ớ i mã Manchester, tín hii mã Manchester, tín hiệệu tu tươ ươ ngng ứứng sng sẽẽ có d có dạạng tung tuầần hoàn,n hoàn, đượ đượ c bênc bên nh nhậận sn sửử d dụụngng đểđể đồđồng bng bộộ nh nhịị p v p vớ ớ i bên gi bên gửửi Nhi Nhưư v vậậy, viy, việệcc đồđồng bng bộộ hóa ch hóa chỉỉ đượ đượ c thc thựựcc hi hiệện mn mộột lt lầần cho cn cho cảả b bứứcc đđiiệện.n ỞỞ t tốốcc độđộ truy truyềền 10 Mbit/s, khon 10 Mbit/s, khoảảng thng thờ ờ i giani gian đồđồng bng bộộ hóa là 5,6 hóa là 5,6μμs Tis Tiếế p p sau sau là là mmộột byte SFD (Start of Frame Delimiter) cht byte SFD (Start of Frame Delimiter) chứứa dãy bita dãy bit 10101011,
10101011, đđánh dánh dấấu u khkhở ở ii đầđầu khung MAC.u khung MAC ĐĐúng ra, dãy bít múng ra, dãy bít mở ở đầđầu và byte SFDu và byte SFD không th không thựực sc sựự thu thuộộc vào khung MAC.c vào khung MAC
Theo 802.3, địđịa a chchỉỉ đđích vàích và địđịa a chchỉỉ ngunguồồn có thn có thểể là 2 ho là 2 hoặặc 6 byte, nhc 6 byte, nhưưngng chuchuẩẩn quin qui địđịnh cho truynh cho truyềền dn dảải ci cơ ơ s sở ở 10 Mbit/s (t 10 Mbit/s (tứức 10BASEx) chc 10BASEx) chỉỉ s sửử d dụụngng địđịa cha chỉỉ 6 6 byte Bit cao nh byte Bit cao nhấất trongt trong địđịa cha chỉỉ đđích có giá tr ích có giá tr ịị 0 cho các 0 cho các địđịa cha chỉỉ thông th thông thườ ườ ng và giáng và giá tr tr ịị 1 cho các 1 cho các địđịa a chchỉỉ nhóm nhóm ĐốĐối i vvớ ớ i các thông báo gi các thông báo gửửi cho ti cho tấất t ccảả các tr các tr ạạmm (broadcast), t
(broadcast), tấất ct cảả các bit trong các bit trong địđịa cha chỉỉ đđích sích sẽẽ là 1 là 1. b) b) Truy nhTruy nhậậ p bus p bus M
Mộột vt vấấnn đềđề l lớ ớ n thn thườ ườ ng gây lo ngng gây lo ngạại trong vii trong việệc sc sửử d dụụng Ethernetng Ethernet ở ở c cấấ p tr p tr ườ ườ ngng là ph là phươ ươ ng pháp truy nhng pháp truy nhậậ p bus p bus ngngẫẫu nhiên CSMA/CD và su nhiên CSMA/CD và sựự ảảnh hnh hưở ưở ng tng tớ ớ i hii hiệệu suu suấấtt ccũũng nhng nhưư tính n tính năăng thng thờ ờ i gian thi gian thựực c ccủủa a hhệệ ththốống.ng ỞỞ đđây, mây, mộột trong nht trong nhữững ng yyếếu u ttốố quy quyếếtt địđịnh nh ttớ ớ i i hihiệệu u susuấất t ccủủa a hhệệ ththốống là thung là thuậật toán tính tht toán tính thờ ờ i gian chi gian chờ ờ truy nh truy nhậậ p p llạạii cho các tr cho các tr ạạm trong tr m trong tr ườ ườ ng hng hợ ợ p x p xảảy ra xungy ra xung độđột.t.
Thờ ờ i gian lan truyi gian lan truyềền tín hin tín hiệệu u mmộột t llầần qua ln qua lạạii đườ đườ ng truyng truyềềnn đượ đượ c c ggọọi là khei là khe th thờ ờ i gian Giá tr i gian Giá tr ịị này này đượ đượ c tính cho tc tính cho tốốii đđa 2,5kma 2,5km đườ đườ ng truyng truyềền và bn và bốốn bn bộộ l lặặ p là 512 p là 512 ththờ ờ i gian bit hay 51,2i gian bit hay 51,2 μ μs Sau ls Sau lầần xn xảảy ra xungy ra xung độđộtt đầđầu tiên , mu tiên , mỗỗi tr i tr ạạm sm sẽẽ ch chọọn ngn ngẫẫuu nhiên 0 ho nhiên 0 hoặặc 1 c 1 llầần khe thn khe thờ ờ i gian chi gian chờ ờ tr tr ướ ướ c khi thc khi thửử g gửửi li lạại Ni Nếếu hai tr u hai tr ạạm ngm ngẫẫu nhiênu nhiên cùng ch cùng chọọn mn mộột khot khoảảng thng thờ ờ i gian, hoi gian, hoặặc có sc có sựự xung xung độđột mt mớ ớ i vi vớ ớ i mi mộột t tr tr ạạm thm thứứ ba, thì ba, thì ssốố khe th khe thờ ờ i gian li gian lựựa cha chọọn chn chờ ờ s sẽẽ là 0, 1, 2 ho là 0, 1, 2 hoặặc 3 Sau lc 3 Sau lầần xungn xung độđột tht thứứ ii, s, sốố khe th khe thờ ờ ii gian ch gian chọọn n ngngẫẫu nhiên nu nhiên nằằm trong khom trong khoảảng ng ttừừ 0 0 ttớ ớ ii 2 2 ii - - 1 1 Tuy nhiên, sau m Tuy nhiên, sau mườ ườ i i llầầnn xung xung độđột, st, sốố khe th khe thờ ờ i gian chi gian chờ ờ t tốốii đđa sa sẽẽ đượ đượ c gic giữữ l lạạii ở ở con s con sốố 1023 Sau 16 l 1023 Sau 16 lầần xungn xung độ đột liên tit liên tiếế p, p, các các tr tr ạạm m ssẽẽ coi là l coi là lỗỗi i hhệệ ththốống và báo tr ng và báo tr ở ở llạại i llớ ớ p p giao giao ththứức phía trên.c phía trên. Thu
Thuậật toán nt toán nổổi tii tiếếng nàyng này đượ đượ c gc gọọi là Binary Exponential Backoff i là Binary Exponential Backoff ( ( BEB).BEB). c) c) KiKiế ế n trúc giao thn trúc giao thứ ứ c TCP/IPc TCP/IP TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là k
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là k ếết t ququảả nghiên nghiên ccứứu và phát triu và phát triểển giao thn giao thứức trong mc trong mạạng chuyng chuyểển n mmạạch gói thch gói thửử nghi nghiệệm mang tênm mang tên Arpanet do ARPA (Advanced Research Projects Agency) thu
Arpanet do ARPA (Advanced Research Projects Agency) thuộộc Bc Bộộ qu quốốc phòng Hoac phòng Hoa k k ỳỳ tài tr tài tr ợ ợ Khái ni Khái niệệm TCP/IP dùngm TCP/IP dùng đểđể chchỉỉ ccảả mmộột t ttậậ p p giao giao ththứức và dc và dịịch ch vvụụ truy truyềềnn thông thông đượ đượ c công nhc công nhậận thành chun thành chuẩẩn cho Internet Chon cho Internet Cho đếđến nay, TCP/IPn nay, TCP/IP đđã xâm nhã xâm nhậậ p p ttớ ớ i r i r ấất nhit nhiềều phu phạạm vim vi ứứng dng dụụng khác nhau, trongng khác nhau, trong đđó có các mó có các mạạng máy tính cng máy tính cụục bc bộộ và và mmạạng truyng truyềền thông công nghin thông công nghiệệ p p.
PLC PLC S7-1200 S7-1200 và và các các giao giao th thứức truy c truyềền n thông thông 35 35
3.1 PLC S7-1200 và các giao thứ ứ c truyc truyềền thôngn thông
3.1.1 Giớ ớ i thii thiệệu PLC S7-1214Cu PLC S7-1214C PLC S7-1200 là b
PLC S7-1200 là bộộ đđiiềều khiu khiểển có sn có sựự linh ho linh hoạạt và st và sứức c mmạạnhnh đểđể kikiểểm soátm soát nhi nhiềều lou loạại thii thiếết bt bịị h hỗỗ tr tr ợ ợ cho nhu c cho nhu cầầu tu tựự độđộng hóa cng hóa củủa ba bạạn Vn Vớ ớ i thii thiếết k t k ếế nh nhỏỏ g gọọn, cn, cấấuu hình linh ho hình linh hoạạt và bt và bộộ hhướ ướ ng ng ddẫẫn n mmạạnh nh mmẽẽ k k ếết t hhợ ợ p p đểđể bibiếến S7-1200 thành mn S7-1200 thành mộột t gigiảảii pháp hoàn h pháp hoàn hảảoo đểđể ki kiểểm soát nhim soát nhiềềuuứứng dng dụụng.ng.
CPU là sựự k k ếết ht hợ ợ p c p củủa ma mộột bt bộộ vi x vi xửử lí, b lí, bộộ ngu nguồn đượ ồn đượ c tích hc tích hợ ợ p s p sẵẵn, cácn, các ccổổngng input và output, tích h input và output, tích hợ ợ p c p cổổng k ng k ếết nt nốối PROFINET, bi PROFINET, bộộ đếđếm tm tốc độốc độ cao, và cao, và các ccác cổổngng vào analog input đượ vào analog input đượ c tích hc tích hợ ợ p trong m p trong mộột kht khốối nhi nhỏỏ g gọn đểọn để t tạạo nên mo nên mộộtt b bộộ điềđiều khiu khiểểnn m mạạnh nh mmẽẽ Sau khi t Sau khi tảải i xuxuống chương trình, CPU chứống chương trình, CPU chứa a nhnhữững logicng logic đểđể kikiểểm soát vàm soát và giám sát nh giám sát nhữững thing thiếết bt bịị trong yêu c trong yêu cầầu cu của người điềủa người điều khiu khiểển CPUn CPU đọđọc giá tr c giá tr ịị đầđầu vàou vào và thay đổ và thay đổi i nhnhữững giá tr ng giá tr ịị đầu ra theo logic trong chương trình,đầu ra theo logic trong chương trình, có thcó thểể bao g bao gồồm cácm các phép phép toán toán cơ cơ bảbản, PID, bn, PID, bộộ đếđếm, thm, thờ ờ i gian, hay là giao tii gian, hay là giao tiếế p p vvớ ớ ii các thicác thiếết t bbịị thông thông minh khác. minh khác.
S7-1214 có mộột st sốố tính năng bảtính năng bảo mo mậật giúp bt giúp bảảo vo vệệ quy quyềền truy cn truy cậậ p vào c p vào cảả CPUCPU và chương trình điề và chương trình điều khiu khiểển n (T(Tấất t ccảả các CPU đềcác CPU đều cung cu cung cấấ p p bbảảo o vvệệ bbằằngng PasswordPassword ch chốống truy cng truy cập vào PLC: Tính năng “knowập vào PLC: Tính năng “know how protection” đểhow protection” để b bảảo vo vệệ các block đặcác block đặcc bi biệệt t ccủủa mình) S7-1214 cung ca mình) S7-1214 cung cấấ p p mmộột t ccổổng PROFINET, hng PROFINET, hỗỗ tr tr ợ ợ chuchuẩẩn Ethernet vàn Ethernet và TCP/IP Ngoài ra còn có th
TCP/IP Ngoài ra còn có thểể dùng các module truy dùng các module truyềền thôngn thông mmở ở r r ộộng ng k k ếết t nnốối i bbằằngng RS485 ho
PhPhầần mn mềềm dùm dùng đểng để l lậậ p trình p trình cho S7-1214 cho S7-1214 là Step7 là Step7 Basic hBasic hỗỗ tr tr ợ ợ ba ngôn ng ba ngôn ngữữ llậậ p p trình trình FBD, FBD, LAD LAD và và SCL SCL PhPhầần n mmềm này đượ ềm này đượ c tích hc tích hợ ợ p p trong trong TIA TIA Portal Portal ccủủaa Siemens.
Hình 3.1 Hình dáng bên ngoài S7-1214 và các mo Hình 3.1 Hình dáng bên ngoài S7-1214 và các module m dule m ở ở r r ộộ ng ng
Thông s Thông sốố k k ỹỹ thu thuậật:t:
B ảả ng 3.1 Thông s ng 3.1 Thông s ố ố k k ỹ ỹ thu thu ậậ t CPU S7-1200 1214C t CPU S7-1200 1214C
Kích thướ c vc vậật lýt lý
B Bộộ nh nhớ ớ ngườ ngườ ii dùng dùng
Bộộ nh nhớ ớ làm vi làm việệcc
Bộộ nh nhớ ớ gigiữữ l lạạii
Vào ra tích tích hhợ ợ p p trên trên CPU CPU
S Sốố 14 đầ14 đầu vàou vào
Tương tự 2 đầ2 đầu vàou vào Vùng
Vùng nh nhớ ớ ảảnhnh vào ra vào ra Đầ Đầu u vào vào 1024 1024 bytesbytes Đầ Đầu rau ra 1024 bytes1024 bytes
Vùng nhớ ớ bit bit M M 8192 8192 bytesbytes M
Mở ở r r ộộng moduleng module vào ra vào ra 88
M Mạạch tín hich tín hiệệu,u, mmạạch pin, mch pin, mạạchch truy truyềền thôngn thông
Th Thẻẻ nh nhớ ớ ThThẻẻ nh nhớ ớ SIMATIC SIMATIC
Module truyềền thông RS485/422n thông RS485/422
Theo thTheo thựực tc tếế thi thiếết bt bịị có trong h có trong hệ, đểệ, để điềđiều khiu khiểển tn tốc độốc độ khu khuấy ta điềấy ta điều khiu khiểểnn ttầầnn ssốố bi biếến tn tần V20 Siemens Có hai cách đểần V20 Siemens Có hai cách để điềđiều khiu khiểển tn tầần sn sốố cho bi cho biếến tn tầần:n:
− Dùng tín hiDùng tín hiệu analog khi đó sẽệu analog khi đó sẽ c cầần thêm module analog cn thêm module analog củủa PLC.a PLC.
− Dùng module truyDùng module truyền thông điềền thông điều khiu khiểển bin biếến tn tầần qua Modbus.n qua Modbus.
Do giá thành module analog cao hơn module truyề
Do giá thành module analog cao hơn module truyền thông RS485 Ngoài ra,n thông RS485 Ngoài ra, khi s khi sửử d dụụng module truyng module truyềền thông RS485 r n thông RS485 r ấất thut thuậận tin tiệện khi mn khi mở ở r r ộộng thêm nhing thêm nhiều hơnều hơn so v so vớ ớ i module analog.i module analog.
Hình 3.2 Module CM 1241 (RS422/485) Hình 3.2 Module CM 1241 (RS422/485)
Thông s Thông sốố k k ỹỹ thu thuậật module CM 1241 (RS422/485):t module CM 1241 (RS422/485):
− ĐiệĐiện áp ngun áp nguồồn cn cấấ p: 24 V DC p: 24 V DC
− Nhi Nhiệt độệt độ ho hoạt độạt động tng tối đa: 60°Cối đa: 60°C
− Nhi Nhiệt độệt độ ho hoạt độạt động tng tốối thii thiểểu: -20°Cu: -20°C
− Công suCông suấất tiêu tht tiêu thụụ: 1,1W: 1,1W
Giao thứức truyc truyềền thông: Modbus, 3964 (R), Freeportn thông: Modbus, 3964 (R), Freeport 3.1.2 Truy
3.1.2 Truyềền thông Modbus S7-1200 vn thông Modbus S7-1200 vớ ớ i mi mộột st sốố thi thiếết bt bịị trườ trườ ngng a) a) Bi Biế ế n t n t ầần V20n V20 – – Siemens Siemens Ngày
Ngày nay, nay, các các máy máy công công ccụ ụ ngày càng phngày càng phổ ổ bi biếến trong hon trong hoạạtt độ động ng ssảản n xuxuấấtt trong nhà máy Ph trong nhà máy Phầần n llớ ớn các máy công cn các máy công cụ ụ nàynày đ đòi òi hhỏ ỏi i mmộ ột t gigiảải pháp truyi pháp truyềềnn độ độngng đơ đơn n gigiảản, tin, tiếết t kikiệệm m nnăăng ng llượ ượng và giá thành r ng và giá thành r ẻẻ Siemens Siemens đư đưa ra dòng sa ra dòng sảản n phphầầmm SINAMICS V20, dòng bi
SINAMICS V20, dòng biếến tn tầần cn căăn bn bảản nhn nhằằmm đ đápáp ứ ứng yêu cng yêu cầầu trên.u trên.
Biếến n ttầần SINAMICS V20 có kích thn SINAMICS V20 có kích thướ ước c nhnhỏ ỏ ggọ ọn n vvớ ới i ttầầm công sum công suấất t ttừ ừ 0.12kW
0.12kW đế đến 15kW hn 15kW hỗ ỗ tr tr ợ ợ đ điiệện n llướ ưới 1 pha 220V và 3 pha 380V Giao tii 1 pha 220V và 3 pha 380V Giao tiếế p p vvớ ớii ng ng ườ ườ i i ss ử ử dd ụ ụ ng ng mm ộ ộ t cách thân thit cách thân thi ệệ n, n, dd ễễ dàng vdàng v ớ ớ i màn hình tích hi màn hình tích h ợ ợ p p trên trên bibi ếế n n tt ầầ n.n. Đ Điiềều khiu khiểểnn độ động cng cơ ơ theo dtheo dạạng V/f tuyng V/f tuyếến tính và V/f bình phn tính và V/f bình phươ ương Ngoài ra bing Ngoài ra biếến tn tầầnn này còn tích h này còn tích hợ ợ p p module module truytruyềền thông theo chun thông theo chuầần USS và Modbus RTU nên dn USS và Modbus RTU nên dễễ dàng tích h dàng tích hợ ợ p vào h p vào hệệ ththố ốngng đ điiềều khiu khiểển mn mộ ột cách linh hot cách linh hoạạt.t.
Hình 3.3 H Hình 3.3 H ệệ th th ống điề ống điề u khi u khi ể ể n bi n bi ế ế n t n t ầầ n SINAMICS V20 n SINAMICS V20
T Tổng quát sơ đồổng quát sơ đồ k kếết nt nốối hi hệệ th thốống bing biếến tn tầần SINAMICS V20:n SINAMICS V20:
Hình 3.4 Hình 3.4 Sơ đồ Sơ đồ k k ế ế t n t n ố ố i h i h ệệ th th ố ố ng bi ng bi ế ế n t n t ầầ n SINAMICS V20 n SINAMICS V20
Thông sThông sốố k kỹỹ thu thuậật:t:
B ảả ng 3.2 Thông s ng 3.2 Thông s ố ố k k ỹ ỹ thu thu ậậ t bi t bi ế ế n t n t ầầ n SINAMICS V20 n SINAMICS V20
D Dải điệải điện ápn áp 1AC 230V: 1AC 200V…240V (1AC 230V: 1AC 200V…240V (-10% +10%)-10% +10%) Điện áp đầ Điện áp đầu ra lu ra lớ ớ n nhn nhấấtt 100% điện áp đầ100% điện áp đầu vàou vào D
Dảải công sui công suấấtt 1AC 230 V 0.12 … 3.0 kW (1/6 … 1AC 230 V 0.12 … 3.0 kW (1/6 … 4 hp)4 hp)
Hệệ s sốố công su công suấấtt ≥≥ 0.95 / 0.72 0.95 / 0.72 Kh
Khảả năng quá tảnăng quá tảii 150% dòng điện ra đị150% dòng điện ra định mnh mứức trong 60s, chu k c trong 60s, chu k ỳỳ 600s 600s T
Tầần sn sốố ra ra 0….500Hz độ0….500Hz độ phân gi phân giảải 0.01 Hzi 0.01 Hz
ChChếế độđộ điềđiều khiu khiểển n V/f: V/f: tuytuyến tính, bình phương, đa điểến tính, bình phương, đa điểmm
ChChếế độđộ điềđiều khiu khiểển dòng tn dòng từừ thông FCC thông FCC
Sơ đồ đấđấu dây chi tiu dây chi tiếết:t:
Hình 3.5 Hình 3.5 Sơ đồ Sơ đồ đấ đấ u dây c u dây c ủủ a SINAMICS V20 a SINAMICS V20
B ảả ng 3.3 Tên và ch ng 3.3 Tên và ch ứ ứ cc các chân điề các chân điề u khi u khi ể ể n c n c ủủ a bi a bi ế ế n t n t ầầ n SINAMICS V20 n SINAMICS V20
Ch Chức năngức năng Chân điềChân điều khiu khiểển n Mô Mô ttảả Ngu
Nguồồn n 10V 10V 10V10V Cung cCung cấấ p p đđiiệện áp ra 10V (± 5%) 11mAn áp ra 10V (± 5%) 11mA Chân Analog
Chân Analog ngõ vào ngõ vào
AI1 Kênh analog ngõ vào 1, hKênh analog ngõ vào 1, hỗỗ tr tr ợ ợ analog analog giá tr giá tr ịị -10V -10Vđếđến +10V, 0mAn +10V, 0mAđếđến 20mAn 20mA AI2
AI2 Kênh Kênh analog analog ngõ ngõ vào vào 2, 2, hhỗỗ tr tr ợ ợ analog analog giá tr giá tr ịị 0V 0Vđếđến +10V, 0mAn +10V, 0mA đếđến 20mAn 20mA Chân Analog
Chân Analog ngõ ra ngõ ra
AO1 Kênh Kênh Analog Analog ngõ ngõ ra, ra, hhỗỗ tr tr ợ ợ analog giá analog giá tr tr ịị 0mA 0mA đếđến 20mAn 20mA Chân 0V
Chân 0V 0V0V Chân 0V dùng cho kênh analog vàChân 0V dùng cho kênh analog và truytruyềền thông RS485n thông RS485
TruyTruyềền thôngn thông RS485 RS485
N- N- Chân RS485-Chân RS485- Ngõ vào s
Ngõ vào sốố DI1DI1 3 Chân Digital ngõ vào, h3 Chân Digital ngõ vào, hỗỗ tr tr ợ ợ k k ếết t nnốốii ddạạng Source và Sinkng Source và Sink
4 Hoạạtt độđộngng ở ở đđiiệện trong dãin trong dãi đđiiệện ápn áp 0V-30V
5.ĐĐiiệện áp >11V là mn áp >11V là mứức 1,c 1, đđiiệện áp
