Mạng truyền thông công nghiệp

H o n g M i n h Sơn MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP NHÀ X U Ấ T BẢN KH O A HỌC VÀ K Ỹ T H U Ậ T -2 001 - ii M ã số: - , 6T6 - - / / 0 K H K T - 2001 I II Lời nói đầu Tóc độ p h ú t triển nh a n h chóng còng nghệ vi điện tử, k ỹ thuật truyền thòng cơng nghệ p h ấ n mém nhữ ng nám gấn đày tạo s ự chuyển biến hàn hư ờng đ i cho g iá i p h p tư đỏng hóa còng nghiệp Xu h ớng phản tán, mém hóa chuẩn hóa ba nhiều điểm đ ặc trứng cho s ự thay đổi N h n g xu hướng khàng nằm ngồi m ục đích g iám #10 g iá i p h p nàng cao chăt lượng hệ thong S ự ứng dụng rộng rả i hệ thòng m ạng truyền thòng cơng nghiệp, đặc biệt hệ thòng bus trường, v i d ụ tiêu biếu "M n g tr u y ề n th ô n g c ô n g n g h iệ p " c ũ n g n h "Còng nghệ bus trư n g " không phai lĩn h vự c k ỹ thuật hoàn toan mời, ma thực chất cát còng nghê k ể thừ a, chất lọc ua p h a t triển từ kỹ thu ật truyền thòng noi chung cho phù kưp với yêu cấu còng nghiệp Diều thẻ'hiên chồ, mồi người hoạt động lĩn h vự c điếu khiến • tự đơng hóa đểu đả biết nhiều nó, có th ể nói nó, k h i chưa đọc sách cụ thê m ạng truyền thông cồng nghiệp , công nghệ bus trường T thập k ỳ nay, công nghệ bus trường đả trò nên khơng thể thiếu hệ thông điều khiến vả giá m sá t đ ại Son g, thực t ế người s dụng còng nghiệp thường g ặ p p h i hảng loạt vàn đ ề khác rát ban - • m ặc dù ng khơng đè cập tài liệu thuộc lĩn h vực m ạng tru y én thông p h ổ thơng (m n g m áy tín h , m ạng viền thống) Ván đ ề đặt trước tiên k h i xày dựng g iả i p h p tự động hóa khơng nên hay không nên, mà lự a chọn hệ thống m ạng truyền thông cho phù hợp với yêu cẩu nhiệm vụ ứng d ung thực tế V i d ụ , g iá i pháp bu8 írương có th ế thỏa mãn u cấu càu trú c hè thống vờ tinh thơi gian th ự c cùa ứng d ụ n g ? Hơn nửa, đ ế so sánh hai hệ thong phái dựa sờ kỹ thuật nào? T iế p theo bàỉ tốn đ ặ t cẩu hình, tham sô đưa thống đ i vao vận hành Chàm nhàt k h i đèn bao lồi module đỏ hàng loạt , người làm cơng việc tích hợp hệ thống sè thấy rằ n g không thè tim thấy cách n h a n h chóng lờ i g iả i thích thỏa đ án g tà i liệu hưởng (lẩn củng n h qua đ ờn g d y hồ trợ nông nhà cung cấp thiết b ị m ạng Cuỏh sá ch x y d ự n g sở nội d u n g giang cho sin h viên nhữ ng nám CỴ cùa ngành Đ iếu khiên T ự động (Đ H B K Hà N ộ i), mặt nhầm đáp ứng yêu cẩu cấp thiết uể g iá o trin h nhờ trương, m ặt khác iV nhấm m ục đ ích cung cáp thòng tin cập nhật cho dơng đ áo g iớ i bạn đọc quan tâm tới lĩn h vực Cuốn sách tài liệu tự học tham kháo cho sinh viên trường đ i học kỹ thuật, học viên cao học kỵ SƯ làm việc tron g lỉn h vực tích hợp hệ thông T ro n g khuôn k h ố có hạn cuổn sách, việc chọn lọc va trìn h bẩy nội d u n g đè p h u hựp với nhiều nhỏm ban đọc khac q u thật khà ng dè dàng Th eo quan điểm CÙCI tác g ià thi phán kỹ thu ật ban đỏng vai trò quan trọ n g cá, bới vi nến táng cho còng nghệ khác Phấn trìn h bày v ề hệ thông bus trường tiêu biếu biên soạn dự a theo xu hưởng ứng d ụng nước , g iú p bạn đọc hiếu sáu p h n kỹ th u ậ t bán n h a n h chóng nắm thòng tin cô đọng uể hệ thông ch i qua it tra n g sách m kh ô n g p h i m ất cơng tìm tòi tài liệu ch u ổn v é m ặt thuật ngữ, n h iều k h i niệm chưa thông tiếng V iệt, VI tác g iả s d ụ n g nguyên bán tiếng A n h kèm theo lời g iả i thích T c g iả chán thành cám ơn ch ị Phan X u â n M in h anh Nguyễn Doãn Phước - nh ữ n g người đả ”g áy sức é p " với tác g iá đẻ hoàn thành sách T ro n g k h i hoàn thảnh ấn bán lán đàu tiên cua sách, tác g iá cỏ g ăn g rấ t n h iều việc biên soạn nội dung va cách trin h bày, không trá n h khỏi nhữ ng thiếu sót, bất cập Với m ong m uốn sách ngày hoàn thiện lấn tái bán sau đê p h ụ c vụ tốt yêu cấu bạn đọc, tác g iả mong nhận gop ý sứ a đôi hay bỏ sung Các ý k iế n p h ả n h ổi xin g i về: Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Khoa Điện, Bộ môn Điều khiến Tự động Sỏ Đại Cổ Việt C9/318-319 e-m ail: hoang-m-son@mail.hut.edu.va Nhà Xuất Khoa học Kỹ thuật 70 Trần Hưng Hạo - Hà Nội H N ộ i, th n g T nám 2001 T c g iá Mục lục ■ • Danh mục hình vẽ ix Chương Mỏ đáu 11 Mang truyèn thòng còng nghiệp la gi7 1.2 Phàn loai va dâc trưng cac hệ Ihcong MCN 3 Vè nội dung cuỏn sach 14 Ghi chủ tài liệu tham khảo Chương Cơ sỏ kỹ thuật 10 21 Cảc khải niộm bàn .* 10 2.1.1 Thòng (in, dử liệu vả tinhiệu 10 2.1.2 Truyén thõng, truyén dửliẻu truyền tín hiệu 14 213 Tinh nàng thời gian thưc 18 2.2 Chẻ đỏ truyén tài 19 2.1 Truyẻn bít song song truy/én bit nối tiẻp .20 2.2.2 Trun dóng khơng đõỉ>g 21 223 Truyén chiẻu hai chiéu toàn phán giản đoạn 22 2 4Truyẻn tài dải sở truyèn ùả' dải mang truyéntải dải rộng 23 2.3 Cấu trúc mạng - Topology 25 3.1 Cấu trúc bus 26 2.3.2 Cấu trúc mạch vỏng (tích cựt) 28 2.3.3 Cấu trúc hinh .31 Cấu true 32 Kién trúc giao thức 33 Dịch vụ truyẻn thông 33 Giao thức 34 24 Mộhinhỉớp 37 2.4.4 Kiến trúc giao thức OSI 39 2.4.5 Kién trúc giao thức TCP/IP 48 Truy nhập bus 51 2.5.1 Đặt ván đé 51 2.5.2 Master/Slave 54 2.5.3 TDMA 56 2.5.4 Token Passing 57 2.5.5 CSMA/CD .59 5.6 CSMA/CA 62 2.6 Bào toàn dử liệu 64 2.6.1 Đạt ván đé .64 6.2 Parity bit 68 6.3 Parity bit chiếu 68 2.6.4 C R C 71 2.6.5 Bit Stuffing 73 Mã hóa bit 74 2.7 Các tiêu chuẩn mà hóa b»it 75 2.7.2 NRZ R Z 76 73 Mả Manchester 77 2.7.4 AFP 78 2.7.5 F S K 78 2.8 Chuẩn truyén dẵn 79 2.8.1 Phương thức truyén dãn tin hiệu 80 2.8.2 RS-232 84 2.8.3 RS-422 86 2.8.4 RS-485 * 87 8.5 IEC 1158-2 95 2.9 Mỏi truởng truyén dẳn 97 2.9.1 Đỏỉ dày xoắn .98 2.9.2 Cáp đong trục 100 2.9.3 Cảp quang 102 2.9.4 Vô tuyến 104 2.10 Thiết bị liên két mạng 106 2.10 Bộ lập 106 2.10.2 Cáu nỗi 107 10.3 Router 108 2.10.4 Gateway 110 2.11 Ghi tài liệu tham khảo 111 Chương Các hệ thống bus tiéu biểu 113 3.1 P R O FIB U S 113 3.1.1 Kién trúc giao thức 114 3.1.2 Cáu trúc mạng kỹ thuật truyén dãn 115 3.1.3 Truy nhập b us 117 3.1.4 Dịch vụ truyền dử liệu 117 3.1.5 Cấu trúc bứt điện 120 3.1.6 PRO FIBUS-FM S 122 3.1.7 PROFIBUS-DP 128 3.1.8 PROFIBUS-PA 133 3.1.9 Ghi chủ tài liệu tham k h ả o 135 3.2 C A N 137 3.2.1 Kiến trúc giao thức 137 3.2.2 Cấu trúc mạng kỹ thuật truyén dán 138 3.2.3 Cơ chế giao tiếp .139 3.2.4 Cấu trúc bửc điện 140 3.2.5 Truy nhập bus 144 3.2.6 Bảo toàn dử liệu .145 3.2.7 Mả hỏa bit 146 3.2 Cảc hệ thóng tiêu biểu ơựa trén CAN 146 3.2.9 Ghi chủ tài liệu tham khào .149 3 DeviceNet 150 3.3.1 Cơ chế giao tiếp 150 3.3.2 Mô hinh đổi tượng 151 3.3.3 Mỏ hinh địa ch ỉ 152 3.3.4 Cáu trúc đỉện 153 3.3.5 Dịch vụ thông bao 154 3.3.6 Ghi tài liệu tham khảo 157 3.4 Modbus 158 3.4 Cơ ché giao tiếp 158 3.4.2 Chế độ truyổn 160 3.4.3 Cấu trúc điện 162 3.4.4 Bảo toàn liệu 165 Modbus Plus 167 Ghi chu vá tài liệu tham khảo 168 3.5 Interbus-S 170 3.5.1 Kiên trúc giao thửc .170 Cáu trúc mạng kỹ thuật truyén dản 171 3.5.3 Cơ chê giao tiép 174 3.5.4 Cáu trúc điện 176 3.5.5 Dịch vụ giao tiểp 177 3.5 Ghi tài liệu tham khảo 179 3.6 A S -L 180 3.6.1 Kiến trúc giao thức .181 3.6.2 Cáu trúc mạng cảp truyén 182 3.6.3 Cơ chế giao tiếp 184 3.6.4 Cảu trúc điện 184 3.6.5 Mảhỏabit 186 3.6.6 Bảo toàn liệu 187 3.6.7 Ghi tải liệu tham khảo 188 Chương Các thầnh phấn hệ thống mạng ; 190 4.1 Phán cứng giao diện mạng 191 1 Cáu trúc chung cảc phán cửng giao diên mang 191 12 Ghep nói P LC 193 1.3 Ghép nói P C 196 4.1.4 Ghép nồi vào/ra phản tản 198 4.1.5 Ghép nối thiết bị trường 199 4.2 Phán mém giao diện mạng 200 Chuẩn giao tiếp công nghiệp 202 3.1 Chuẩn M M S 202 4.3.2 Chuẩn IEC 61131-5 206 4.3.3 OPC (OLE for Process Control) 209 4.4 Ghi chủ tài liệu tham khảo 215 Danh mục thuật ngữ 217 IX D a n h m ụ c h ìn h v ẻ Hình 1.1 Hình 1.2 Nối dày truyén thống (a) nối mạng cõng nghiệp (b) Mô hinh phàn cấp chức nâng cùa nhà mảy cơngnghiệp Hinh Vai trò cùa thơng tin hệ thống kỹ thuật 10 Hinh 2.2 Một sơ dạng tín hiệu thông dụng 13 Hinh 2.3 Nguyèn tảc truyền thỏng 15 Hình 2,4 Ví dụ mả hóa bít 16 Hình 2.5 Truyẻn bit song song truyẻn bit tiếp 20 Hình 2.6 Nguyên tắc truyền bit nối tiếp 21 Hình 2.7 Truyền simplex, half-duplex duplex 22 Hình Cẩu trúc bus .27 Hình 2.9 Cấu trúc mach vòng 29 Hình 2.10 Xử lỷ cố mạch vòng đúp .30 Hình 2.11 Sừ dụng chuyển mạch by-pass Irong mạch vòng .31 Hình 2,12 Cấu trúc hình 32 Hình 2.13 Cấu trúc cày .32 Hình 2.14 Dịch vụ có xảc nhận dịch vụ khơng xác nhận 34 Hinh 2.15 Xử lý giao thức theo mơ hình lớp 38 Hình 16 Mỏ hinh qui chiếu ISO /O SI 41 Hình 2.17 Ví dụ giao mỏ hinh O S I .47 Hình 18 So sảnh TCP/IP với OSI 49 Hinh 19 Phân loại phương pháp truy nhập bus 53 Hinh 2.20 Phương pháp chủ/tớ .54 Hình 2.21 Cải Ihiện trao đổi liệu hai trạm tớ 56 Hình 2.22 Hình 23 Hình 24 Hình 25 Hmh 2.26 Phương pháp TDMA 57 Hai dạng phương pháp Token Passing 58 Truy nhập bus kết hợp nhiéu chủ (Multi-Master) 59 Phương phảp CSMA/CD 60 Phương phảp CSMA/CA 62 Hinh 27 NRZ R Z 77 Hinh 2.28 Manchester-ll A F P 78 Hình 29 Frequency Shift Keying 79 Hinh 2.30 Truyén dẫn không đối xứng (3 kênh, dây dản) 81 Hình 2.31 Trun dẳn chènh lệch đói xứng (3 kênh, dày dãn) 82 Hình 2.32 Điện ảp chênh lệch đáu Vqo điện áp lệch Vos 83 Hinh 2.33 Điện áp chế đố chung VCMvà chênh lệch điện áp đất VGP0 84 .r Hình 34 Hinh 2.35 Hình 36 Hình 2.37 Qui định trang thải logic tin hiệu RS-232 MỘI sỏ ví dụ ghép nỗi với RS-232 Sơ kích thích (driver) thu (receiver) RS-485 Qui định trạng thải logic tin hièu RS-485 84 85 89 89 Hình 38 Định nghĩa tải đơn vị 90 Hinh 2.39 Quan hệ tóc độ truyẻn vả chiẻu dái day dán tối da RS-422/RS-485 sử dung đỏi dảy xoàn AWG 24 91 Hinh 40 Cấu hinh mạng RS-485 dây 92 Hinh 2.41 cáu hinh mạng RS-485 sử dụng dây 92 Hinh 2.42 Cảc phương pháp chận đáu cuỏi RS-485/RS-422 94 Hinh 2.43 Đơi dáy xốn lác dụng trung hòa trường điên từ 98 Hinh 2.44 Hai kiểu cáp đỏi dày xoắn - Shielded Twisted Pair (STP) Unshielded Twisted Pair (U TP) 99 Hinh 2.45 Cap đỏi dảy xoắn STP (Siemens) 100 Hinh 2.46 cáu tạo cáp đóng trục 100 Hình 47 Suy giảm đường truyén đỏi dây xốn cáp đóng trục 101 Hình 2.48 Nguyèn tắc phản xạ loàn phán (n, > n2) Hình 2.49 Nguyên tắc làm việc cáp quang 102 103 Hình 2.50 Vi dụ sản phầm cáp sợi thủy tinh 103 Hình 2.51 Repeater mỏ hinh O S I .107 Hình 2.52 Bridge mò hinh O S I 108 Hinh 2.53 Router mô hinh OSI 109 Hình 2.54 Gateway mơ hinh OSI 110 Hinh 3.1 Kiến trúc giao thửc PROFIBUS Hinh 3.2 Cáu hinh Multi-Master Irong Profibus 115 117 Hình 3.3 Các dịch vụ truyén liệu P R O FIB U S 118 Hình 3.4 Ký tự khung UART sử dụng PROFIBUS 121 Hinh 3.5 Kién trúc FMS mỏ hinh O S I 122 Hình 3.6 Các kiểu quan hệ giao tiếp PROFIBUS Hình 3.7 Nguyên tác trao đổi liệu tuấn hoàn Master/Slave 126 131 Hinh 3.6 cáu hinh ghép nối PR O FIBUS-DP/PA Hinh 3.9 Phạm vi định nghĩa CAN mỏ hinh OSI 134 138 Hình 3.10 Cấu trúc khung dử liệu ỏ CAN 141 Hình 3.11 Cáu trúc khung lỗi C A N 143 Hinh 3.12 cáu trúc khung tài CAN 144 Hinh 13 Mô hinh đối tượng tram thiết bi DeviceNet 152 Hình 14 Nguyên tắc định địa thuộc tinh dịch vụ DeviceNel 153 Hình 15 Chu trinh yêu cấu-đáp ứng giứa master vá slave Modbus Hinh 3.16 Khung thông bảo Modbus chẻ đô ASCII 160 162 Hinh 3.17 Khung thòng bảo Modbus chẻ độ RTU 163 Mang trun thơng rang ng/nèp 206 4.3.2 Chuân IEC 61131-5 M ô h in h g ia o tiộp mang Dụi tirỗnig cua chuân IE C 13 1-5 cac dich vu cỵỵc P C thirc hiên, ho;U câc dich vu câc PC co thé yéu câu tir cac thiét hi khõc, the hiỗn qua cõc hm/khụi hm sir dung lâp trinh voi IE C 13I-5 Pham vi cua chuân vi vûy bo hep câp diéu khiên cÂp triràng M a y tin h OKGS C lient H è th ô n g m a n g tru y é n th ô n g C lie n t C c th ië t b| k h â c cô g ia o tié p v ô i P L C C lie n t PLC1 S e rv e r PLC2 M y m ô c h o â c q u trin h k ÿ th u â t H inh 13 M ô h in h g ia o tiê p m a n g th e o IE C 61131 D ic h vu giao tiép Thông tin trang thai va chi thj sir cô cua cac thành phân: • Bơ diéu khién (tơng thé) • Vào/ra • Bo xu lÿ trung tàiu • Cung cA'p ngn • Bơ nhc • Hé thơng trun thơng Liru y râng, status cung câp thông tin vé trang thai cùa bô diéu khién va câc thành phân phân cimg, phân ràn cua nư, khơng quan tâm toi thơng tin câu h inh ( 'huấn g ia o tiếp cơn# n^hiòp ()7 % D ữ liệu trạng thai không cung cáp thông tin VC ljua trinh dược dicu khiến c ủ n g nlurchương trình ứng dụng trcn PC C c hàm ứng dụng liệt kê bàng dãy T u y nliicn mổl điéu kh ién không bát buộc phái cung cấp tíìl dịch vu Bảtng A STT C c h m g ia o tiế p c h o PLC C ả c h m g ia o t iế p c h o PLC PLC PLC K h ó i hàm yéu cáu đ ã p ứng có sẳn K iể m tra th iế t bi X X X T h u th ậ p d liệu X X X Đ iế u k h iể n X X X Đ ỏ n g b ỏ h o a g iữ a c c c h ng tin h ứng dung X X X B ảo động X X T h ự c h iệ n chư n g trin h vả đ iẻ u k h iể n vả o /ra X T ru y é n n p ch ng trin h ứng d ụ n g X Q u ả n lỷ nối X X X Bảm g C c k h ố i h m g ia o tiế p (C F B ) STT C hức Tên k h ỏ i hàm hàm Đ ịn h đ ịa c h i c ả c b iế n từ xa R E M O T E ,V A R K iể m tra th iế t bi STATUS USTATUS T h u th ậ p d liệ u k iể u h ỏ i tu n tự READ T h u th p d liè u k iể u p trin h USEND URCV Đ ié u k h iể n th a m s ỏ W R IT E Đ iẻ u k h iể n liẻ n đ ộ n g SEND RCV 10) 111 B ả o đ ò n g đư c lả p trin h N O T IF Y ALARM 12 Q u ả n lý nói CONNECT LƯU ý : C ả c k h ỏ i h m se rv ice s) uxxx th ể h iệ n c c h m d ịc h v u k h ô n g c n y ê u c u (u n so licite d 208 M ang truyền thòng cõng nghiệp Kiếm tra thiẽt bị C ác khối hàm S T A T U S U S T A T U S hồ trợ việc Bô đ\éu khiên kiếm tra trang thái cùa thiết bị tự dộng hóa khác T h u tltdỊì d ữ liẹu Dừ liệu thiét bị khác biếu dién qua bien C ó lai phương pháp dỏ Bộ diẻu khiên truy nhập dừ liệu sử dọng C F B • Hỏi tuán lự (p o lled): Bộ điẻu khiển sử dựng khỏi hàm R B A D dê dọc giá trị nhiéu biến thời điểm dược chương trình ứng d u ig ỉrong Bộ dieu khiến xác định V iệc truy nhập bien cỏ thể Ihiẻt bị kiếm sối • Lập trình: Thời điểm liệu cung cấp cho Bộ điéu kJiiên định thiét bị khác Các khôi U R C V /U S E N D dược sử dung Irong chương trình ứng dụng Bộ điéu khicn để nhận liệu từ gưi liệu đến thiết bị khác tìiéu khiến Hai phương pháp điéu khiên cán Bộ điéu khiển hổ trự: dieu khiến Iham sỏ (param etric) điều khiển khóa liên động (interlocked) • Điéu khién tham số: Hoạt động cùa thiêi bị dược cliổu khiến bíing cách thay dổi tham số chúng Bộ điéu khiển sir dụng khôi W R IT E đỏ ihực họat động từ mội chương trình ứng dụng • Điẻu khiển khóa liên động: Một clien l yêu cáu server thực phép toán ứng dung ihông báo kết cho client Bộ diêu khiển sư dung khối S E N D R C V để thực vai trò client and server B o dộng Bộ diéu khiển gửi báo động tới client kiện xáy C lient có ihỏ thơng báo lại đà xác nhộn tới điêu khiến Bó điéu khiển khối hàm A L A R M N O T IF Y chương trình ứng dung dé phát thòng báo cán xác nhận không cần xác nhân C h u ỏ n g ia o tiẻp côn tỉ ng hiệp 209 Q hidn lý cá c m ỏi ỉién két C c chương trình ứng dụng điểu khicn sử dung khôi C O N N E C T dẻ qiuán lý mối lién kêi 3 O PC (O LE for Pro cess Control) G iớ i th iệu ch u n g T iế n bỏ (hống bus trường với su phỏ biến thiết bi cffin trường thòng minh híii yểu tơ đinh lới Mf chuyển hướng sang câu PÚC phân tán giãi pháp lự dộng hổii Sư phân tán hóa mội mẠt miang lai nhiéu ưu so với cấu Irúc xử lý (hổng tin lẠp Irung cổ điển, độ tim cậ y tính linh hoa! hệ thơng, mặt khác lạo hàng loạt thỉách thức cho giới sản xuất cho người sứ dụng Một vảín đc thường gảp phải việc tích hợp hệ thống Tích hợp theo chiéu ngang đòi h ò i khà tương tác thiết bi tự dộng hóa nhiéu nhà sản xuất khiác Bén cạnh đó, tích hợp ihco chiéu dọc đòi hỏi khả kẻ! nối cáic ứng dụng sờ đo lường, diẻu khiển với ứng dung cao cáp ditểu klìiển giám sál thu thập liệu (supervisory co n tro l am ! data lií (/m silion, S C A D A ), giao diện người-máy (liỉtnìiiỉi-imn hinc in terface H M I) hệ thòng điẻu hànlì sản xu At (ntanufai torl/itf execution system , M E S ) V iệ c sir tilling mộ! chuán giao dién trở thành mội điẻu kiện tiên T iê u biêu ch«o hướng chuẩn O P C được- chấp nhặn rộng rãi ứng dung tư dộmg hóa q trinh cổng lìghiệp Dtra irẻn mổ hình đói tượng thành phán (D )C O M cúa hàng M icrosoft, O P C clịmh nghĩa thêm số giao diện cho khai thác liệu từ trình kỹ thuật, tao c sờ cho việc xây dưng ứng dim s diéu khiến phân tán mà không b| phu thiuốc vào mạng công nghiệp cụ Trong Ihời dicm hiộn nay, O P C C O M luy thực nén W indows, song có nhiểu cố gắng đê phíố biến sang hệ điéu hành thơng dung khác Chính v ì O P C xây dựng Irẽn sờ mổ hình thành phẩn C O M nên có thê' sử dung qua nhiểu phương pháp khác nhau, bảng nhiéu ngơn ngữ lập trình khiác Đê khai thác cách ihật hiệu dịch vu O P C người lập 10 M a n # tru yền thơng cơng ĩìỊihiệp trinh phái hiểu kh;í rỏ vé cơng nghé hướng đối iươnt! VÌI phán 1 1 1 ih.mil phán nói chung C O M nói riéng Tổng quan vẻ kiến trúc OPC O PC xây dựng dựa ý tưởng ứng dung công nghệ C O M nhảm đơn gián hóa, chuẩn hóa việc khai ihác liệu từ thié! bị cẠn trường ihiết bi điểu khiến, tương tự việc khai thác mội hệ thòng sở dử liệu chổng thường G iông C O M O PC khổng qui định việc thực khai thác cụ mà chi định nghĩa mộ! sổ giao diện chuẩn Thay cho việc dùng C/C++ dùng đè định lìghĩa giao diện lập trình thơng thường, ngơn ngữ dùng điìy (gọi interỷưce lưngitaỊỊe hay 1DL) không phu thuộc vào nẻn cài đật hay ngôn ngữ lập trình Hình 14 Kiến trúc sơ lược O PC Như dược m inh họa trén H ình 14, hai kiéu dối tượng thành phán quan trọng kiến trúc O P C OPC-Server OPC-Group Trong O P C Server có nhiệm vụ quản lí tồn hộ việc sử dung khiii thác c t dử liệu ilìì đổi tượng O PC-Group có chức nàng tổ chức phàn từ liêu iitents) thành lừng nhóm dơ tiện cho việc truy nhập Thơng thường, mỏi ilcm ứng với mót hiên mội trình kỹ thuật hay mội thiêt bị diéu khicn ChuỎII O P C íị định hai kiếu giao diện Custom lỉiterfiH \\ (OPC Taskfo rce, 1998b) Automation Interface (O P C Taskforce, Ỉ9 c ),n Kiêu nhủi bao gổm mội sổ giao diện theo mỏ hình CO M thuán túy kicu ihứ hai 10 Lưu ý kh n iệ m "A u to m a tio n *' dươc dùng dây hoàn loàn khỏng c ó liô n quan lới kỷ Ihuậl IƯ đ ỏ n g hóa 211 4.3 C h u ẩ n g ia o tiếp còng ng hiệp dựa trcn cơng nghệ mở rộng OLE-Autom ation Sư khác giừii hai kiểu giao diện khơng năm mơ hình dối tượng, ngôn ngữ lạp trinh hổ trợ m tính năng, hiệu suất SƯ dụng V ỉ du m inh hoa: P C -based C o n tro l Đe minh họa cho việc phán lích ta lấy v í du hệ thống diêu khiển giám sát phàn tán SƯ dung máy tính cá nhân PC (H ình ) Tram quail sát thao tác (giao diện người-máy HM D máy tính dicu khiên dược cài đặt W indow s N T kết nối với qua mạng Ethernet Chương trình điều khiển thực thuật tốn P ID sir dung OPC-Server kèm với mạch két nói Profibus-DP (với module truyén ihổng C P I) dô cruy nhập dừ liẹu từ bỏ vào/ra phân tán ET 0 M cùa hãng Siemens Đối tưựng điéu khiến dây có thiết bị thí nghiệm điểu khién mức lim lượng E th e rn e t T C P /IP M y tin h PC M â y tỉn h q u a n s t vặn h n h Chương trin h điẻ u kh iể n « ? O P C -S erver C P5611 Tin h iè u đo Tín hiẻu điẻ u chỉnh Đ ò i tư ợ n g ĐK Hình 15 V i d ụ m ộ t càu h m h h è th ó n g điéu k h iể n p h ả n tả n s d u n g P C v OPC 212 M ang truyên thon# cfing nghiêp O P C Custom In te rfa ce s Giô'ng nhir cõc dụi tirỗmg C O M khac, liai loai dụi lirỗmg ihnh phõn q ian nhõ't cựa O P C OPC-Server va OPC-Group cung câ'p câc dich vu qua câc giao dién cùa chüng diroc goi O P C Custom Interfaces nhir diroc minh lo i Irên Hïnh Tham khâo (O P C Taskforce, l l)XXb) dé tim hiéu y nghia eu the iu j tirng giao dién C hinh vi nhfrng giao dién chi câc giao dién ihco mô h nli C O M thủn lü y, viéc lûp trinh vơi chüng dơi hôi môl ngôn ngü bien dicli Trong thirc tê', C++ ngôn ngû chicm iru thé tuyét dôi phuc vu mue dich Bén canh dô cac công eu khac cüng cung cap môt so phdn mêm khung (fra m e w o rk s) thich hop dé hô trỗr ngiri lp trinh IUnknown IU n k n o w n OPC Server O PC Group lOPCItemMgt lOPCGroupStateMgt [KDPCPuWicGroopStatoMgt! OPCSynclO } > ) l0PCA*yncl02 IConnectionPotntContainef ) j Hinh 4.16 OPC Custom Interfaces Dé truy nhâp dû liéu dung O P C Custom Interfaces, ta cn thirc hiỗn hang loat cac be sau: • Tao mot (ban sao) dơi tirong OPC-Server • T im liru trü trơ (dia c h i) cùa câc giao dién cÀn diing dơ lO P C Servcr • Dùng cac phirong phâp thich hop cùa giao didn lO PCSeï vei de tao mot sô dôi t irong OPC-Group nhir cdn thiét • T im liru trür trô (dia ch i) cùa câc giao dién cûn dùng cùa câc dôi tirong OPC-Group Sir dung cc giao diộn thich hỗrp cùa OPC-Group de tô ehtfc câ'u hinh cho câc dụi tirỗmg ny, kộ c vice xAy dimg mụi lien voi câc phûn tir dfr lieu thirc •/ C h u ỏ n Ê/ô tip cừng ỡilỡip 213 Sư dung lO P C S yn cIO vii l0 P C A s y n c l0 cua đỏi tượng OPC-Group dc dọc hoat vièt liệu theo chê đỏni! bò khơng (lũ y ý hốc dinh kỳ) • G iã i phóng giiio diện khỏng sử dung nửii • X lý lỏi lừng bước nẻu trẽn Quan sát doạn mã chưưiìg trình C++ dé viét dừ liệu đáu đ Ja y sau bo qua ràt nhiêu Ihu tục phu HRESULT hr*CLSIDFroraProgID((L"OPC.SimaticNet") , &clsidOpcServer) ; hr - pServer CoCreatelns tanceEx (clsidOpcServer,_T ("IPC90") ) ; x£ (SUCCEEDED(hr)) i hr*pServer->AddGroup AddItems(1.&1temDef,4pItemResuits , ¿phrErrors) if (SUCCEEDED(hr)) ( CCoraVariant var (newVal) hr « m _ s p S y n c I O - > W n t e (1, fihltem 4var &phrErrors) ; CoTaskMemFree(phrErrors) » ) ) // Release interface pointers hero Không cán sâu vào chi tiét mã chương (rình, ta nhận tháy độ phức tạp đđến khó hiếu nò Đièu đáng nói dày , sư phức lạp licn quan lới cơng ngghè tự động hóa cồng nghé phán mém sử dụng (O P C /C O M ) Vấn đéé trở ngại thứ hai cứng nhác cùa mã chương trình, la dùng trực liếp trcong ứng dụng điểu khiên Thay đổi mộ! chi tiết nhỏ (lén máy lín h điểu khiển, sỏò lượng biến vào/ra, ) đòi hỏi phải biên dịch lại tồn chương trình ứng duụng Rõ ràng, đế khắc phuc hai ván đé néu trẻn lức giâm nhe dộ phức cạp chho người lập trình nàng cao lính Iiủng SỪ dung lại cẩn phái tao mỏí lớp phhAn iném dang mội thư viện đối tượng nám trén O PC O P C Aiiỉtm iutitỉii Imiterftu c thư viện đói tượng 214 M riff tru yền thỏỉìịỉ cồn g nghiệp O P C A u tom a tion In terfa ce G ióng dơi với đoi tượng O LE-Autom ation khác, việc sir dụng cãc dồi tượng OIX? Automation Interface dơn gián hóa nhiêu Cụ the nhiéu thù tục phức lạp trọng lộp trình với COM loai ho Người láp trinh khỏng cán hiếu biết sâu sắc vẻ C O M củng c++, mà chi cần sử dụng thạo cóng cụ tạo dưng ứng dung R A D (ra p id ítppỉii liỉìo/i developm ent) V isu al Basic Màt trái cùa vấn dé lại , dơn giản hóa phương pháp pluri lu i gia bàng hạn ch é phạm VI chức nang, hiẹu suai sư dụng va loc dọ irao đoi dừ liệu Nhát giải pháp tư dộng hóa phân tán có tham gia cua mạng truyển thơng cỏng nghiệp, ihì hai diêm u nói sau trở nén đáng quan tâm L ý nẳm mỏ hình giao tiếp cùa O L E - Automation VÌI cống cụ hỏ trợ, là: • Dùng kiéu dừ liệu đa (V A R IA N T ) mặt SC lăng phí irao đối liệu Iìhò mặt hạn chế kiểu liệu sử dung • C ché tặp trung hóa việc đón nhận chuyển giao thõng (in dùng giao diện IDispatch làm giảm thời gian phản ứng ứng dung dối với kiện cách dáng ké Tố c độ trao đối liệu giảm tới 3-4 lán so với dùng Custom Interfaces Đ ó i với ứng dung có yêu cẩu cao vé thời gian, phương pháp sử dụng O P C Autom ation Interface rõ ràng khơng thích hợp Một giai pháp đế khắc phục nhược điếm CIUI hai phương pháp (rên lạo mội lớp phẩn mém trừu tượng phía O P C Lớp phán mém lập trình sử dụng OPC-Custom Interfaces cung cáp cho chương trình ứng dung đổi tượng thành phẩn có giao diện đơn giản Iihiẻu so với dôi tượng O P C C c dối tượng có the đại diện trực tiếp cho thiết bị ghcp nối mạng, theo mơ hình thiết bị áo M M S H ình minh họa giải pháp sử dụng mỏ hình dối tượng thành phán có ten D IO tác già phát triển (xem 17 Ị |8 |) đày việc tạo dựng chương trình điẻu khiên sờ điéu khiển giám sát hoàn tồn dựa vào việc ghép nỏi đổi tượng có sẩn mà khơng cần phái viết dòng lệnh, tương tự phương pháp lẠp trình với sơ đổ khổi F B D nhién mộ! mức cao lìhiểu 215 •/ C h u n g ia o tiếp cõng Hfihwp Ethernet TC P 'lP Slider (Se! point) M áy tin h d ié u k h iè n May tin h g iá m sat p ID Controller Button (Man I Auto Actuator Proxy Sensor Proxy Trend OPC-Sefver CP5611 Profibus-DP Hinh 17 L p trin h VỚI đ ó i tư ợng th n h p h â n O P C 4.4 Ghi tài liêu tham khảo Nguồn tài liệu phong phú nhất, khống di sâu vé sở vế thành phần hệ thống mạng tìm thấy tài liệu giới thiệu sản phâm irang Web nhà san xuất, v é chuẩn giao liếp cổng nghiệp liên quan tới vấn đé tích hợp hẽ thõng sứ dụng mạng truyẻn thơng còng nghiệp củng có rát nhiều tài liệu khác nhau, dạng sách hoậc thõng tin trẽn Internet, tài liệu hướng dản sử dụng phán mểm T i liệ u tham kháo 111 Siem ens: S IM A T IC N F T Industrial Communication N etw orks Siemens A G 1998 |2 | SIS C O : Overview and Introduction to the Mufittfiii tw iiix M essage Specification (M M S Ị Revision 2, SISCO In c., 1995 13 Object Management Group, The Common O bject Request B ro k e r: A rchifet'fare and Specification Rev 2.0 Ju ly I W Upd Ju ly I W , OM G-Document 97-08-04, Framingham, M A 1997 |4 | Microsoft Corporation, D C O M Technical O verview , M icrosoft Corporation, 1997 216 15 Mang truyền thông công nghiệp O P C Taskforce, O L E fo t P ro ce ss C ontrol D ata At cess Specifit l i t ton Version 0A, 1998, http://www.o|xTound;ition.oi'ịỉ |6 | Hoàng M Sưii: “ Đicu khiến phân n ", T (tơnự hóa n\>ày /IU\ sỏ [7 Hoàng M Sem Peter R icg cr: Komponentenbasĩevie A u tom atisierun gsoftw are N X B Hanser-V erlag 1W9 |X | Hoàng M Sơn: “ Nghiên cứu phương pháp lập trình với O P C chơ cat ứng dụng điéu khiển phản tán” Tuyến lập báo cáo khoa học V I C A Hà nội 4/2000 C c trang Web vé bus trường Ị9 ị A S “Inlerface: http://www.as-interface.com 110] Bitbus: http://www.bitbus.org 11 11 C A N : http://www.can-cia.de Ị 12] ConỉrolN ct: http://www.controlnet.org 113Ị DeviceNet; http://www.odvu.org 1141 E IB : http://www.eiba.org Ị 15 Foundation Fieldbus: http://www fieldbus.org 116| Interbus: hitp://www.interbusclub.com 117| L O N : hltp://www.echeion.com 118| M ixJbus: http://www.modicon.com 119| P -N E T : http://www.p-ncl.dk |2 l)| P R O F IB U S : http://www.profibus.com 12 1 S E R C O S : http://www.sercos.org 12 Seriplex: hnp://w w w scriplcx.org 12 SwiftN et: http://www.shipslar.com 12 W o rld FlP : hup://uWtt v\oiIdlip.oiu 217 Danh muc thuqt ngu A A F P I Alternate F la n k s Pulse) A W C j «Am erican W ire Gauge) 7X 1X7 99 D o ilg i i i n g u o n 7(> F B 1-1)1 )|