mạng truyền thông as i

- Phương pháp truyền phải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền - Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây -

MẠNG TRUYỀN THÔNG

AS – i

NHÓM 6

CAO VĂN QUÝHÀ NGỌC SƠNLÊ ANH QUÂN

LÊ THẾ ANH QUÂN

TRẦN NGUYÊN THUẬNVŨ ĐÌNH THUẬN

TRẦN NGỌC SƠNLÝ LÃO TẢ

TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG TRONG CÔNG NGHIỆP

cảm biến và cơ cấu chấp hành làm việc với các biến logic

đảm bảo về giá thành, vận hành, lắp đặt, bảo dưỡng.

Vì thế, các tính năng kỹ thuật được đặt ra là:

- Khả năng đồng tải nguồn, tức dữ liệu và dòng nuôi cho toàn bộ các cảm biến và một phần lớn các cơ cấu chấp hành phải được truyền tải trên cùng một cáp hai dây

- Phương pháp truyền phải thật bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền

- Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây - Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện với giá cả rất thấp - Các bộ nối phải nhỏ, gọn, đơn giản và giá cả rất hợp lý

Động lực cho việc hợp tác phát triển hệ bus mới AS-i

I AS – i là gì ?

AS-Interface hay AS-I là từ viết tắt của Actuator Sensor Interface - là một giao thức truyền thông công nghiệp dùng để kết nối các thiết bị như cảm biến, bộ truyền động, và các thành phần tự động hóa khác trong một hệ thống điều khiển - AS-i cung cấp một phương pháp đơn giản, hiệu quả và tiết kiệm chi phí để truyền dữ liệu và điện năng giữa các thiết bị trong môi trường công nghiệp

• Hình trên minh họa mạng thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành sử dụng AS – I đối chiếu với các phương pháp khác • Hình bên trái là cách nối dây điểm –

điểm cổ điển, trong đó một bộ điều khiển như plc đóng vai trò là nút trung tâm trong cấu trúc hình sao.

• Việc thay thế cách ghép nối cổ điển này bằng một hệ thống bus để có thể thực hiện theo hai phương pháp sau

• Sử dụng bus trường nối plc với các thiết bị vào/ra phân tán (b)

• Sử dụng hệ thống bus như AS-I nối plc trực tiếp với các cảm biến và cơ cấu chấp hành (a)

Ưu điểm của việc sử dụng mạng AS - i

- AS-Interface thường được sử dụng trong các

ứng dụng tự động hóa như trong ngành công nghiệp chế biến thực phẩm, sản xuất, lắp ráp và đóng gói, v.v.

- Với tính đơn giản, chi phí thấp và khả năng

kết nối nhanh chóng và dễ dàng, Interface là một lựa chọn phổ biến cho các hệ thống tự động hóa.

AS ASAS i Network là một giải pháp hiệu quả cho việc kết nối và quản lý các thiết bị trường trong hệ thống điều khiển công nghiệp, giúp tối ưu hóa hoạt động và giảm chi phí vận hành.

TầngChức năng chủ yếuGiao thức7 – Application Giao tiếp người và môi trường mạng Ứng dụng

6 – Presentation Chuyển đổi cú pháp dữ liệu để đáp ứng yêu cầu truyền thông của các ứng dụng

Giao thứcBiến đổi mã

5 - Session

Quản lý các cuộc liên lạc giữa các thực thể bằng cách

thiết lập, duy trì, đồng bộ hóa và hủy bỏ các phiên truyền thông giữa các ứng

Giao thứcGiao vận

3 – Network

Thực hiện chọn đường và đảm bảo trao đổi thông tin

trong liên mạng với công nghệ chuyển mạch thích

Giao thức mạng

2 – Data Link Tạo/gỡ bỏ khung thông tin (Frames), kiểm soát luồng

và kiểm soát lỗi. Thủ tục kiểm soát

1 - Physical truyền/nhận các chuỗi bit Đảm bảo các yêu cầu

qua các phương tiện vật lý. Giao diện DTE - DCE

• Để nâng cao hiệu suất và đơn giản hóa việc thực hiện các vi mạch, toàn bộ việc xử lý giao thức được gói gọn chỉ trong lớp 1 (lớp vật lý) theo mô hình OSI.

• Trong phạm vi lớp vật lý, AS-1 đưa ra một phương pháp mã hóa bit hoàn toàn mới để thích hợp với đường truyền 2 dây đồng tải nguồn và không dựa vào chuẩn truyền dẫn RS-485 thông dụng ở các hệ thống bus khác Bên cạnh qui định về giao diện vật lý của các thành phần mạng, chức năng điều khiển truy nhập bus và bảo toàn dữ liệu cũng được thực hiện ở lớp 1

• Như một số hệ thống bus cấp thấp khác, AS-1 sử dụng phương pháp chủ/tớ thuẩn túy để điều khiển truy nhập bus Trong khi đó.chức năng bảo toàn dữ liệu lại dựa vào phương pháp bit chẵn lẻ kết hợp với cách mã hóa bit, như sẽ được trình bày trong một mục sau.

• Master: Là thiết bị chủ chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ mạng AS-i Master giao tiếp với các thiết bị slave (cảm biến, actuator) trên mạng và điều khiển chúng.• Slave: Là các thiết bị cảm biến và actuator được kết

nối với mạng AS-i thông qua module slave Các thiết bị slave này gửi thông tin về trạng thái hoặc dữ liệu cảm biến tới master và nhận lệnh điều khiển từ

• Giao thức truyền thông: AS-i sử dụng giao thức

truyền thông đơn giản và hiệu quả để truyền dữ liệu giữa master và các slave Giao thức này cho phép truyền thông nhanh chóng và đáng tin cậy giữa các thiết bị trên mạng.

III CẤU TRÚC MẠNG VÀ CÁP TRUYỀN

• Mỗi module tích cực chứa các vi mạch Slave-ASIC có thể ghép nối 4 cảm biến

• Mỗi mudule thụ động chỉ có vai trò là một bộ chia kênh cho các thiết bị có tích hợp vi mạch giao diện mạng

• Cáp truyền quy định gồm 2 loại

• cáp dẫn điện thông thường ( cáp tròn)

• cáp AS-I đặc biệt ( Cáp dẹt) , có ưu điểm dễ lắp đặt

• Đường kính tối thiểu của lõi dây phải là 1.5mm để đáp ứng yêu cầu cung cấp dòng một chiều tối thiểu 2A( 24V DC)

IV CƠ CHẾ GIAO TIẾP

AS-1 hoạt động theo cơ chế giao tiếp chủ tớ Trong một chu kỳ bus, trạm chủ thực hiện trao đổi với mỗi trạm tớ một lần theo phương pháp hỏi tuần tự (polling) Trạm chủ gửi một bức điện có chiều dài 14 bit, trong đó có chứa 5 bít địa chỉ trạm tớ và 5 bít thông chờ đợi trạm tớ này trả lời nội trong một khoảng thời gian được định nghĩa trước

Bức điện trả lời của các trạm tớ có chiều dài 7 bit, trong đó có 4 bit thông tin Vì khoảng cách truyền dẫn tương đối nhỏ, trong khi tốc độ truyền cố định là 167 kbit/s nên thời gian một chu kỳ bus phụ thuộc vào số lượng trạm tớ ghép nối Thời gian một chu kỳ bus tối đa được đảm bảo không lớn hơn 5 ms (với 31 trạm tớ)

• Cơ chế giao tiếp chủ tớ của AS-1 một mặt cho phép thực hiện vi mạch ghép nối cho các trạm tớ rất đơn giản, dẫn đến giá thành thực hiện thấp, mặt khác tạo ra độ linh hoạt của hệ thống

• Trong trường hợp xảy ra sự cố nhất thời trên bus, trạm chủ có thể gửi lại riêng từng bức điện mà nó không nhận được trả lời, chứ không cần thiết phải chờ lặp lại cả một chu trình.

• Trong tổng cộng 9 loại thông báo có hai loại phục vụ truyền dữ liệu và tham số, hai loại dùng để đặt địa chỉ trạm tớ, năm loại được sử dụng để nhận dạng và xác định trạng thái các trạm tớ.

V CẤU TRÚC BỨC ĐIỆN

Xây dựng dựa trên nguyên tắc đơn giản:

•Giảm thiểu các thông tin bổ trợ để tăng hiệu suất sử dụng đường truyền.

•Chiều dài cố định là 14 bit đối với bức điện của Master và 7 bit đối với Slave

• Cần 1 khoảng nghỉ từ 3 -8bit sau mỗi lệnh gọi từ Master

• Bit điều khiển trong phần đầu lời gọi của Master ký hiệu loại thông báo dữ liệu, tham số, địa chỉ hoặc lệnh gọi.

• 9 loại lệnh gọi như hình bên trái

VI MÃ HÓA BIT

•Dãy bit được biến đổi thành mã Manchester

để tạo đồng bộ nhịp và trung hòa tỷ lệ bit 1 và 0.

•Dòng điện từ bộ phát tạo ra tín hiệu điện áp

mong muốn trên đường truyền.

•Mỗi sườn lên/xuống của dòng điện tạo ra xung điện áp âm/dương tương ứng.

•Bộ thu phát hiện xung âm/dương để phân

biệt bit 1 và 0, tái tạo dãy bit gốc.

• Do cáp hai dây sử dụng cho AS-1 có đặc tính suy giảm mạnh theo tần số tăng, độ bức xạ nhiễu trong môi trường công nghiệp cần phải giảm thiểu thì việc hạn chế dải tần của tín hiệu đóng vai trò đặc biệt quan trọng

• APM có thể xem như sự kết hợp giữa hai phương pháp AFP (Alternate Pulse) và mã Manchester

• Xung áp gần hình sin -> dải tần hẹp tần số tín hiệu tương đương với tần số xung nhịp

• Thay đổi tuần tự xung dương, âm triệt tiêu dòng một chiều

VII BẢO TOÀN DỮ LIỆU

•Chẵn lẻ có HD=2 nhưng tỉ lệ lỗi bit còn lại thấp

• Khi p = 0,0012 ( 200 lần lỗi/giây ) thì Ttmbf

= 10 năm

•Bức điện lỗi sẽ được gửi lại

• Bản tin ngắn, hiệu suất cao

• Kiểm tra chẵn lẻ và mã hoá bit hợp lý

• Trong một chu kỳ bit (6μS) bên thu lấy mẫu tín hiệu 16 lần, mỗi chu kỳ phải có một hay hai xung, các xung kế tiếp phải đảo chiều -> chỉ có tín hiệu dạng này mới được nhận.

• Bức điện có chiều dài cố định , ngăn bởi các t/g nghỉ => sai lệch được phát hiện

• Kiểm tra chẵn lẻ

Ứng dụng

AS-I CONTROLLER AC1337

•  Bộ điều khiển AS-I như AC1337 thường xuất hiện ở các quá trình có nhiều cảm biến và bộ chấp hành có truyền thông As-I như: máy gắp chai bia, nắp chai bia, ; máy dỡ chai bia, unpacker; máy gắp két bia Palletiser, máy dỡ két bia Depalleter, hệ thống CIP hay hệ thống sensor hiện trường, panel tank lên men, panel cấp nước, CIP nhà nấu bia, …

Số lượng chủ AS-i2

Điện áp hoạt động [V]24 DC

Tổng mức tiêu thụ hiện tại từ AS-i [mA]< 10

Mức tiêu thụ hiện tại từ 24 V DC [mA]< 400

Công suất tiêu thụ [VA]< 10

Giao diện lập trìnhRS-232 C; RJ11; 9600 115200 baud, cách ly bằng điện

chức năngMáy chủ Web; FTP; Telnet; Modbus/TCP

Giao diện dữ liệuEtherNet/IP; IP 10/100 MBud *

Nhiệt độ môi trường [°C]0 60Nhiệt độ bảo quản [°C]-20 70Tối đa độ ẩm không khí tương đối [%]< 95Sự bảo vệIP 20phiên bản AS-i2.1 + 3.0

Đèn LED hiển thị chức năng 3 x đỏ; 4 x xanh; 2 x màu vàng

Module CP 242-2

Module CP 242-2 cho phép kết nối hệ thống AS-I vào PLC S7-200 CP 242-2 cung cấp đầy đủ các chức năng xác định của một standard AS-I Master

Các thông số kỹ thuật của CP 242-2 : • Chu kỳ quét: 5 ms cho 31 Slave

• Thứ tự địa chỉ: 8 Module vào số và 8 Module ra số, 8 Module vào và 8 Module ra analog.