Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HART PROTOCOL
Tốc độ truyền thông
Cách thức truy cập
HART là giao thức truyền thống dạng chủ/tớ (Master/Slave) nên được truy cập theo phương thức tiền định, nghĩa là thiết bị tại hiện trường (slaver) chỉ có thể giao tiếp với Master. HART có thể được sử dụng trong các chế độ truyền thông khác nhau để truyền tải thông tin từ các cảm biến thông minh tới hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm. HART cung cấp tới hai Master (sơ cấp và thứ cấp). Điều này cho phép Master thứ cấp như thiết bị cầm tay được sử dụng mà không can thiệp tới thông tin liên lạc đến / đi của Master sơ cấp (hệ thống điều khiển / giám sát). Ứng dụng thường gặp nhất của HART là chế độ giao tiếp Master/slaver đồng thời với việc truyền tải tín hiệu 4-20 mA.
Hình 1.3 Khung truyền của Hart
Preamble : bao gồm 5 đến 20 byte với giá trị hex, “FF”, được truyền từ hệ thống chủ đến (các) thiết bị hiện trường. Hầu hết các hệ thống máy chủ chỉ truyền năm byte mở đầu. Các byte này được truyền đi để giúp thiết bị hiện trường đồng bộ với luồng dữ liệu.
Start character: sau các byte mở đầu, một byte bắt đầu được truyền từ thiết bị chính (máy chủ) đến thiết bị trường. Byte này có thể chỉ ra một trong một số giá trị và thường chứa số chính. Ký tự bắt đầu là chỉ báo về sự bắt đầu của gói HART.
Command: có một byte duy nhất chứa lệnh HART.
Khoảng cách truyền tối đa và thiết bị hỗ trợ đường truyền
1.4.1 Khoảng cách truyền tối đa
Giới hạn lý thuyết cho truyền thông HART là 10.000 ft (3.000 m). Tuy nhiên, điện dung của cáp sẽ ảnh hưởng đến khoảng cách tối đa cho giao tiếp HART.
Bảng dưới đây cho thấy khoảng cách tối đa đối với các điện dung cáp khác nhau. Thông tin trong bảng dựa trên các cài đặt không an toàn về bản chất và chỉ xem xét ảnh hưởng điện dung của cáp lên tín hiệu HART.
Bảng 1.4 Chiều dài tối đa của cáp dựa vào diện dung
1.4.2 Thiết bị hỗ trợ đường truyền
Reapeater: là một thiết bị ở lớp 1(Physical Layer) trong mô hình OSI. Repeater có vai trò khuếch đại tín hiệu vật lý ở đầu vào và cung cấp năng lượng cho tín hiệu ở đầu ra để đến những chặng đường tiếp theo trong mạng.
Hình 1.4 Hart transparent repeater
Thiết bị tối đa trong giao thức
Môi trường truyền dẫn và chuẩn truyền dẫn
1.6.1 Môi trường truyền dẫn
Topology của giao thức
Point to point topology
Hình 1.6 Point to Point topology
Liên kết đa điểm (Multi-drop)
Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ETHERNET/IP
Dây chuyền vận chuyển tự động, cửa hàng sơn và dây chuyền lắp ráp
Chế biến / đóng gói thực phẩm
Băng tải phân đoạn
Máy bộ phận rời
Các ứng dụng yêu cầu thời gian phản hồi nhanh
Hầu hết các ứng dụng tốc độ cao yêu cầu thông lượng và tốc độ cao, số lượng I/O cao, phân phối trên các khoảng cách địa lý lớn và hiệu suất thời gian thực.
2.1.2 Đối sánh với mô hình tham chiếu OSI
Theo mô hình tham chiếu OSI, Ethernet/IP chuẩn hóa lớp 1,2,3,4 và 7.
Thiết bị tối đa trong giao thức
16 thiết bị
RJ-45 có cấu tạo gồm dây mạng và hạt mạng:
Dây mạng: Là loại dây có 8 sợi lõi cáp và chúng được xoắn với nhau tạo thành 4 cặp màu sắc khác nhau, lần lượt là Cam/Trắng cam, Xanh lá/Trắng xanh lá, Xanh dương/Trắng xanh dương, Nâu/Trắng nâu.
Hình 2.5 Cáp 8 sợi lõi RJ45
Hạt mạng: Là thiết bị nằm ở hai đầu của dây cáp RJ45, có khe hình chữ nhật với các khe cắm làm từ đồng với nhiệm vụ kết nối một đầu dây cáp với máy tính, laptop,... đầu còn lại kết nối với modem mạng.
Hình 2.6 Hạt RJ45
Ngoài ra ở giao thức Ethernet/IP còn có các chuẩn như:
Chương 3: TỔNG QUAN VỀ FOUNDATION FIELDBUS
Là một cơ chế để truyền và nhận tín hiệu điện hoặc tín hiệu quang, dữ liệu bao gồm các số 0 và 1 được truyền từ node này đến các node khác. Nó quan tâm đến dây dẩn, các tín hiệu, sóng, điện áp và tất cả những thứ khác liên quan điện tử và quang học.
Physical layer có tốc độ 31.25kbps là phổ biến nhất kể từ khi IEC và ISA phê duyệt vào năm 1992.
Mặc dù tốc độ 31.25kbps âm thanh chậm so với công nghệ viễn thông mới nhất, nó thì cần thiết để thay thế truyền thống 4-20mA được truyền đi. Nó được thiết kế để áp dụng cho lĩnh vực thiết bị cho các môi trường khác nhau của ngành công nghiệp. Nhiều người dùng muốn sử dụng cài đặt truyền dẩn hai dây dơn giản. Nó ngăn chặn cháy nổ điện tử đạt hiệu suất cao trong khu nguy hiểm của nhà máy. Truyền 31.25 kbps được lựa chọn cho những ứng dụng, mà có nhu cầu các thiết bị tiêu thụ điện năng rất thấp.
Giao tiếp Fieldbus giúp cải tiến độ chính xác truyền dẩn, loại bỏ các yếu tố lổi trong hệ thống truyền dẩn tương tự như bộ biến đổi D/A trong thiết bị, nhiểu của tín hiệu analog, bộ biến đổi A/D trong hệ thống.
Tăng độ chính xác cho thiết bị hiện trường, thiết bị lĩnh vực kỹ thuật số làm giảm các lỗi truyền tải và lỗi chuyển đổi xảy ra trong hệ thống truyền dẫn tương tự. Điều này tạo nên tính chính xác của dữ liệu được truyền bởi các thiết bị lĩnh vực kỹ thuật số. Do đó hiệu chỉnh ít hoặc không có.
Cải tiến về truyền dẩn dữ liệu:
Về tốc độ truyền dữ liệu: Fieldbus có thể truyền nhiều loại dữ liệu khác nhau còn truyền tương tự thì không ( chỉ truyền PV và MV).
Giao tiếp Hybrid cũng có thể truyền nhiều loại dữ liệu khác nhau bằng giao tiếp kỹ thuật số nhưng tốc độ truyền nhận thấp hơn Fieldbus ( 1.2kbps so với 31.25kbps ).
Giao tiếp hai chiều: Fieldbus truyền ghép thông tin kỹ thuật số. Điều này Cho phép hệ thống thực hiện truyền thông tin liên lạc hai chiều, không thể truyền dẫn trong hệ thống tương tự thông thường.
Khả năng tương thích: tiêu chuẩn hóa quốc tế của giao thức đảm bảo khả năng tương tác giữa các thiết bị FF bao gồm cả card FF giao diện với hệ thống máy chủ. Thiết bị FF cho phép các dữ liệu kỹ thuật số được trao đổi giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Do đó, tự do để cấu hình các hệ thống điều khiển quá trình gia tăng mà không cần lựa chọn một trong những nhà sản xuất thiết bị.
Foundation Fieldbus quy định về thủ tục kiểm tra khả năng tương thích được gọi là Interoperability Test (IT) để đảm bảo khả năng cộng tác cho các thiết bị FF. Nó cũng đửa ra chuẩn để kiểm tra khả năng tương thích giữa máy chủ và thiết bị gọi là Host Interoperability Support Test( HIST).
Application Layer: Định nghĩa như thế nào là ứng dụng tương tác với nhau.
Presentation Layer: Thêm các định dạng phổ biến cho các dữ liệu đại diện.
Sesion Layer: Thiết lập và duy trì kênh truyền thông.
Network Layer: Thông tin địa chỉ trong và giữa các mạng.
Data Link Layer: Xác định phương pháp truy cập cho các phương tiện vật lý như cáp mạng.
Physical Layer: Đặt các dữ liệu trên các phương tiện vật lý.
Chương 4: TỔNG QUAN VỀ DEVICE NET
- Về kĩ thuật truyền dẫn: DeviceNet không quy định cụ thể về chuẩn truyền cũng như môi trường truyền thông. Thực tế, cáp dây xoắn kết hợp với chuẩn RS – 485 cũng như cáp quang được sử dụng rộng rãi.
- Phương pháp mã hóa bit: phương pháp Non – Return – to - Zero (NRZ), có nghĩa là trong suốt một chu kỳ bit, mức tín hiệu hoặc là trội hoặc là lặn.
- Hệ thống cáp trong DeviceNet: DeviceNet chỉ sử dụng một sợi dây cáp. Dây này vừa là dây nguồn vừa là dây truyền dữ liệu.
Hình 4.4 Mô hình kết nối thiết bị qua mạng DeviceNet
Mỗi thành viên trong một mạng DeviceNet được đặt một địa chỉ trong khoảng từ 0- 63, được gọi là MAC-ID (Medium Access Control Identifier). Việc bổ sung hay bỏ đi một trạm có thể thực hiện ngay khi mạng còn đóng nguồn.
Explicit Message: kiểu truyền thông mang một thông điệp rõ ràng mà không yêu cầu cập nhật liên tục. Với kiểu truyền này một thông báo mang địa chỉ đầy đủ thuộc tính của dịch vụ cần truy cập.
Hình 4.7 Định dạng tin nhắn Explicit Message
1. Loại tin nhắn
2. Loại dịch vụ/mã dịch vụ
3. Lớp
4. Cá thể/đối tượng
5. Thuộc tính
6. Nơi đến
7. Nguyên tố nguồn
8. Độ dài nguồn
9. Sự vận hành
Cấu trúc câu lệnh của Explicit Message :
Destination node address
Service code
Class ID
Instance ID
Attribute ID
Data
Destination node Address: Địa chỉ của thiết bị thực hiện lệnh Explicit Message. Địa chỉ được xác định trong tầm 1 byte hexadecimal.
Service code, Class ID, Instance ID, Attribute ID: Được sử dụng để xác định câu lệnh, đối tượng xử lý và nội dung xử lý. Số byte được chỉ định cho Class ID, ID thể hiện và ID thuộc tính phụ thuộc vào Đơn vị chủ. Khi được gửi từ một Master DeviceNet của OMRON, ID Lớp và ID thể hiện là 2 byte (4 chữ số) và ID thuộc tính là 1 byte (2 chữ số).
Data: Dữ liệu được ghi đến thiết bị
4.3.2.2. I/O message
Polled I/O Message: Hỏi tuần tự
Strobe Message: Quét đồng loạt
Cyclicye Message: Tuần hoàn
Chage Of State Message: Thay đổi trạng thái.
Khởi đầu khung (Start of Frame) là một bit trội và đánh dấu khởi đầu của một khung dữ liệu hoặc khung yêu cầu dữ liệu. Tất cả các trạm sẽ phải đồng bộ hóa dựa vào bit khởi đầu này.
Mã căn cước (Indentifier) dài 11 bit, nó không nói lên địa chỉ đích của thông báo, mà chỉ biểu diễn ý nghĩa của dữ liệu trong thông báo. Do đó mỗi trạm trên mạng có thể tự quyết định tiếp nhận và xử lý thông báo hay không tiếp nhận thông báo. Mã căn cước được chia thành bốn lớp có cấu trúc khác nhau để phân biệt bốn nhóm thông báo, như minh họa.
Bit RTR (Remote Transmission Request) dùng để phân biệt giữa khung dữ liệu (bit trội) và khung yêu cầu dữ liệu (bit lặn).
Ô điều khiển (Control Field) dài 6 bit, trong đó có 4 bit cuối mã hóa chiều dài dữ liệu (bit trội = 0, bit lặn = 1). Tùy theo dạng khung là chuẩn hay mở rộng mà ý nghĩa của hai bit còn lại khác nhau một chút.
Ô dữ liệu (Data Field) có chiều dài từ 0-8 byte, trong đó mỗi byte được truyền đi theo thứ tự từ bit có giá trị cao nhất (MSB) đến bit có giá trị thấp nhất (LSB).
Ô kiểm soát lỗi CRC (CRC Sequence) bao gồm 15 bit được tính theo phương pháp CRC và 1 bit lặn phân cách (CRC Delimiter). Dãy bit đầu vào để tính bao gồm bit khởi đầu khung, mã căn cước, ô điều khiển và ô dữ liệu.
Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) gồm 2 bit, được phát đi là các bit lặn. Mỗi trạm nhận được bức điện phải kiểm tra mã CRC, nếu đúng sẽ phát chồng một bit trội trong thời gian nhận được bit ARC đầu tiên (ARC slot).
Khung kết thúc (End of Frame) được đánh dấu bằng 7 bit lặn. Để phân biệt các khung bức điện với nhau thì ta dùng một khoảng cách ít nhất là 3 bit lặn, được gọi là Interframe Space
Chương 5: TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS
Giải pháp Profibus của hãng ABB
5.2 Khả năng ứng dụng của PROFIBUS
Phương thức truyền thông và truy nhập bus
5.3.2 Truy nhập bus
PROFIBUS phân biệt hai loại thiết bị chính là trạm chủ (master) và trạm tớ (slave). Các trạm chủ có khả năng kiểm soát truyền thông trên bus. Một trạm chủ có thể gửi thông tin khi nó giữ quyền truy nhập bus. Một trạm chủ còn được gọi là trạm tích cực. Các trạm tớ chỉ được truy nhập bus khi có yêu cầu của trạm chủ. Một trạm tớ phải thực hiện ít dịch vụ hơn, tức xử lý giao thức đơn giản hơn so với các trạm chủ, vì vậy giá thành thường thấp hơn nhiều. Một trạm tớ còn được gọi là trạm thụ động. Hai phương pháp truy nhập bus có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp là Token – Passing và Master/Slave.
Nếu áp dụng độc lập, Token - Passing thích hợp với các mạng FMS dùng ghép nối các thiết bị điều khiển và máy tính giám sát đẳng quyền, trong khi Master/Slave thích hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với các thiết bị trường cấp dưới sử dụng mạng DP hoặc PA. Khi sử dụng kết hợp, nhiều trạm tích cực có thể tham gia giữ Token. Một trạm tích cực nhận được Token sẽ đóng vai trò là chủ để kiểm soát việc giao tiếp với các trạm tớ nó quản lý, hoặc có thể tự giao tiếp với các trạm tích cực khác trong mạng
Hình 5.2 Cấu hình Multi-Master trong Profibus
Môi trường truyền dẫn và tốc độ truyền thông
Tốc độ truyền trong khoảng 9,6 kbit/s - 12 Mbit/s
PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 truyền nối tiếp hai chiều toàn phần/gián đoạn chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình.
Hình 5.3 Cáp RS485
Ngoài ra còn có truyền dẫn với RS-485IS Một trong những ưu điểm của RS-485 là cho phép truyền tốc độ cao, vì thế nó được phát triển để có thể phù hợp với môi trường đòi hỏi an toàn cháy nổ. Với RS-485IS (IS : Intrinsically Safe), tổ chức PNO đã đưa ra các chỉ dẫn và các qui định ngặt nghèo về mức điện áp và mức dòng tiêu thụ của các thiết bị làm cơ sở cho các nhà cung cấp. Khác với mô hình FISCO chỉ cho phép một nguồn tích cực an toàn riêng, ở đây mỗi trạm đều là một nguồn tích cực. Khi ghép nối tất cả các nguồn tích cực, dòng tổng cộng của tất cả các trạm không được phép vượt quá một giá trị tối đa cho phép. Các thử nghiệm cho thấy cũng có thể ghép nối tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS.
Truyền dẫn với cáp quang Cáp quang thích hợp đặc biệt trong các lĩnh vực ứng dụng có môi trường làm việc nhiễu mạnh hoặc đòi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. Các loại cáp quang có thể sử dụng ở đây là:
• Sợi thủy tinh đa chế độ với khoảng cách truyền tối đa 2-3km và sợi thủy tinh đơn chế độ với khoảng cách truyền có thể trên 15km.
• Sợi chất dẻo với chiều dài tối đa 80m và sợi HCS với chiều dài tối đa 500m.
Do đặc điểm liên kết điểm-điểm ở cáp quang, cấu trúc mạng chỉ có thể là hình sao hoặc mạch vòng. Trong thực tế, cáp quang thường được sử dụng hỗn hợp với RS-485 nên cấu trúc mạng phức tạp hơn.
Kiến trúc giao thức
PROFIBUS chỉ thực hiện các lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mô hình qui chiếu OSI, như minh họa trên Hình 4.1. Tuy nhiên, PROFIBUS-DP và -PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu quá trình giữa cấp điều khiển với cấp chấp hành. Một số chức năng còn thiếu được bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm trên lớp 7. Bên cạnh các hàm dịch vụ DP cơ sở và mở rộng được qui định tại lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI còn đưa ra một số qui định chuyên biệt (profiles) về đặc tính và chức năng đặc thù của thiết bị cho một số lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu. Các đặc tả này nhằm mục đích tạo khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau của thiết bị từ nhiều nhà sản xuất.
Lớp vật lý của PROFIBUS qui định về kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, môi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học. Các kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng ở đây là RS-485, RS-485-IS và cáp quang (đối với DP và FMS) cũng như MBP (đối với PA). RS-485-IS (IS: Intrinsically Safe) được phát triển trên cơ sở RS-485 để có thể sử dụng trong môi trường đòi hỏi an toàn cháy nổ.
Lớp liên kết dữ liệu ở PROFIBUS được gọi là FDL (Fieldbus Data Link), có chức năng kiểm soát truy nhập bus, cung cấp các dịch vụ cơ bản (cấp thấp) cho việc trao đổi dữ liệu một cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn ở lớp vật lý.
Hình 5.4 Kiến trúc giao thức PROFIBUS
Dữ liệu giải pháp Profibus hãng ABB
Giao diện bộ điều khiển CI854 dưới dạng PROFIBUS Master
Hỗ trợ chức năng PROFIBUS DP-V1 Master Class 2
Hỗ trợ dự phòng dòng PROFIBUS DP và dự phòng chính
Có thể đặt tới 12 CI854 ở một AC 800M
Có thể kết nối tối đa 124 tớ với CI854
Hỗ trợ tùy chọn cho dự phòng đường truyền cùng với dự phòng phụ với S800 I/O và S900 I/O
Thêm và xóa thiết bị PROFIBUS mà không cần đặt lại bộ điều khiển
Cho phép 12 Mbit/s trong tổng số 4000 byte dữ liệu đầu vào và đầu ra cho giao tiếp tuần hoàn. Không giới hạn đối với Baudrate thấp hơn 12 Mbit/s
Thời gian chu kỳ nhanh nhất là khoảng 1 ms với tốc độ truyền 12 Mbit / s và chỉ có một thiết bị phụ. Thời gian chu kỳ điển hình là khoảng 10-20 ms với 1,5 Mbit / s và một số thiết bị phụ
Khoảng cách truyền tối đa, các thiết bị hỗ trợ
Đặc tính mối quan hệ của chiều dài và tốc độ truyền thông
Chiều dài tối đa của một đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ thuộc vào tốc độ truyền được lựa chọn. Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài tối đa của một đoạn mạng được tóm tắt trong bảng sau:
Topology của mạng và phương thức trao đổi dữ liệu
Profibus là giao thức truyền thống dạng chủ/tớ (Master/Slave) nên được truy cập theo phương thức tiền định với số lượng trạm liên kết tối đa 126 stations với tối đa 32 trạm cho mỗi phân đoạn
Topology gồm có:
Chương 6: TỔNG QUAN VỀ IEC 61850
Khả năng ứng dụng
IEC 61850 là tiêu chuẩn quốc tế mới dựa trên Ethernet và đã trở thành tiêu chuẩn truyền thông trong các cơ sở phát điện và trạm biến áp. Mục đích chính của tiêu chuẩn này là kết hợp tất cả các chức năng như bảo vệ, điều khiển, đo đạc và kiểm tra các thiết bị ngoại vi, nhằm cung cấp đầy đủ phương tiện cho các ứng dụng bảo vệ của thiết bị ngoại vi với tốc độ cao, giúp cho các thiết bị này hoạt động ăn khớp với nhau hay tự ngắt kết nối.. Những thiết bị này thường được gọi là thiết bị điện tử thông minh (IED).
IEC 61850 đảm bảo khả năng tương tác giữa các thiết bị điện từ các nhà cung cấp khác nhau và có thể thay thế tất cả các giao thức điển hình được tìm thấy trong lĩnh vực tự động hóa trạm biến áp. Dựa trên công nghệ Ethernet và cung cấp một kiến trúc hệ thống mở và linh hoạt, IEC 61850 làm cho ứng dụng trở nên bền vững trong tương lai trên toàn bộ vòng đời của hệ thống.
IEC 61850 bổ sung khả năng của Hệ thống 800xA trong việc sử dụng các tiêu chuẩn mở để tích hợp các thiết bị bus trường trong quá trình tự động hóa. Đối với các thiết bị điện khí hóa quá trình như thiết bị đóng cắt điện áp thấp, bộ truyền động tốc độ thay đổi và bộ điều khiển động cơ.
Tốc độ truyền thông
Với ưu điểm của chuẩn truyền thông TC/IP Enternet, giao thức IEC 61850 có hiệu năng làm việc cao, xử lý thông tin đạt tốc độ 100Mbps và đơn giản trong việc thực hiện kết nối trên mạng LAN.
IEC 61850 trong trạm biến áp
Tiêu chuẩn xác định 3 cấp độ
Process Level: nơi có thiết bị đóng cắt như bộ ngắt mạch và công tắc, thiết bị dụng cụ như máy biến dòng và máy biến áp
Bay Level: nơi có các thiết bị điện tử thông minh được gọi là IED, cụ thể ở đây là rơ-le để phản ánh khả năng đưa ra quyết định của chúng dựa trên logic và thông tin thu thập được từ các thiết bị ở Process Level. IEC 61850 xác định bus quy trình để cho phép giao tiếp giữa IED với thiết bị đóng cắt, thiết bị dụng cụ.
Station Level: gồm SCADA và HMI dùng để điều khiển và giám sát hoạt động. Thông tin giữa Bay Level và Station Level được thực hiện thông qua bus Station.
Các bus đều là bus cáp quang
Hình 6.1 Trạm biến áp IEC 61850
Truyền thông IEC 61850
Hình 6.2 Truyền thông IEC 61850
MMS (Manufacturing Message Specification) là ứng dụng Internet tiêu chuẩn quốc tế (ISO 9506), nó là một giao thức giao tiếp giữa máy khách và máy chủ, được sử dụng giữa các thiết bị nối mạng và / hoặc các ứng dụng máy tính để truyền dữ liệu, thông tin điều khiển giám sát theo quy trình với thời gian thực. Các thiết bị cung cấp báo cáo cho các hệ thống cấp cao hơn như HMI và Gateway.
GOOSE là các tập dữ liệu được nhóm lại và được truyền trong khoảng thời gian bốn mili giây. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng cơ chế của mô hình kiểm soát các rơle bảo vệ dựa trên kết nối Ethernet qua Mạng cục bộ (LAN). Để đảm bảo tốc độ truyền chính xác và các cơ chế đáng tin cậy; GOOSE được nhúng trực tiếp vào gói dữ liệu Ethernet và hoạt động trên nhà xuất bản-thuê bao, mạng LAN ảo với gắn thẻ ưu tiên và cơ chế truyền lại nâng cao. Thông điệp GOOSE được thiết kế độc lập với nhà cung cấp.
SCL là ngôn ngữ cấu hình cho giao tiếp trong trạm điện liên quan đến IED, cho phép mô tả chính thức phương ngữ giữa hệ thống tự động hóa hệ thống và trạm chuyển mạch. Tệp SCL dựa trên một tập hợp các tệp lược đồ xác định các thẻ và dựa trên XML xác định mô hình đối tượng mô tả cấu trúc trạm biến áp, IED, mạng và các đối tượng kiểu dữ liệu được sử dụng để định cấu hình hệ thống IEC 61850. Có thể bao gồm biểu diễn dữ liệu cho các thực thể thiết bị trạm biến áp, các chức năng liên quan được biểu diễn dưới dạng các nút logic, hệ thống truyền thông và các tính năng. Thể hiện dữ liệu đầy đủ dưới dạng SCL là có khả năng tương tác toàn diện giữa các thiết bị khác nhau của trạm biến áp.
Mô hình thông tin chuẩn hóa IEC 61850
IEC 61850 xác định mô hình thông tin phân cấp với các mức sau:
Môi trường truyền dẫn
GOOSE Protocol
Sử dụng để gửi tín hiệu từ CI868 IEDs đến IEDs khác, và cũng nhận trạng thái từ IEDs khác.
MMS Client protocol
CI868 module hỗ trợ cho chức năng MMS Client trên mạng lưới IEC 61850. Logical Nodes CSWI và XCBR được sử dụng để gửi yêu cầu MMS control từ CI868 IEDs đến IEDs khác. Và cũng nhận tín hiệu MMS từ tất cả Logical Nodes thông qua dữ liệu đặt RCB từ IEDs khác.
Thường dùng ở cấp trường và cấp giám sát
IEC 61850 sử dụng loại cáp RJ45, cáp đôi dây vặn xoắn với kiểu truyền Internet
Hình 6.2 Cáp RJ45
Topology và phương thức trao đổi dữ liệu
6.7.1 Topology IEC 61850
Gồm cấu trúc mạch vòng và cấu trúc Bus
Phương thức trao đổi dữ liệu
Giao tiếp Client/Server (C/S) là thuật ngữ chung cho những phần thuộc các dịch vụ giao tiếp , được định nghĩa trong IEC 61850-7-2. Trong trạm Client thường là máy tính điều khiển trạm và Server là các IED như là rơle bảo vệ. Thuật ngữ MMS (Manufacturing Massage Specification) thường được sử dụng khi muốn nói đến C/S. Nhưng trong thực tế MMS chỉ là giao thức phương tiện đặc thù được mô tả trong IEC 61850-8-1. Trong tương lai IEC 61850-8-2 sẽ cung cấp một bảng ánh xạ (mapping) khác sử dụng bởi các dịch vụ WEB.
Chương 7: TỔNG QUAN VỀ PROFINET
Khả năng ứng dụng
Mong muốn có một tiêu chuẩn truyền thông trên một mạng cho các ngành công nghiệp, có khả năng chuẩn đoán rộng và các chức năng dịch vụ rộng khắp mạng lưới đã dẫn tới sự gia tăng của việc sử dụng Ethernet công nghiệp. Tổ chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế (PI) cung cấp một chuẩn truyền thông toàn diện thông qua Ethernet công nghiệp để đáp ứng mọi yêu cầu: câu trả lời là PROFINET.
Tổ chức PROFIBUS/PROFINET quốc tế đã phát triển 1 chuẩn qua các kinh nghiệm thu được từ nhiều năm phát triển của Profibus để thích hợp với Ethernet công nghiệp cho các yêu cầu chuyên biệt trong công nghiệp. Kết quả chính là Profinet, một chuẩn công nghiệp toàn diện dựa trên chuẩn Ethernet công nghiệp cho truyền thông mở, độc lập với các nhà cung cấp. PROFINET đáp ứng tất cả các yêu cầu sử dụng Ethernet ở tất cả các cấp độ và trong mọi ứng dụng tự động hóa. Điều này làm cho PROFINET trở nên rất linh hoạt, đáng tin cậy và thiết thực trong môi trường công nghiệp.
Tốc độ truyền thông
Cấu trúc chung của mạng Profinet
Tiêu chuẩn truyền dẫn
Các loại thiết bị của Profinet IO
IO-Controller
Giám sát IO
IO-Thiết bị
Topology của Profinet
Topology hình sao
Topology Tree
Topology Line
Kiểm tra độ sâu dòng
Chương 8: TỔNG QUAN VỀ MODBUS TCP
Chuẩn truyền thông Modbus
Khái niệm
8.1.2 Nguyên tắc hoạt động
Mobbus TCP
MODBUS TCP là MODBUS qua Ethernet (RJ45). Với MODBUS TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP. Nói một cách đơn giản, đây như là một thông điệp của Modbus RTU được truyền bằng trình bao bọc TCP/IP và được gửi qua mạng thay vì các đường nối tiếp. Máy chủ không có SlaveID vì nó sử dụng địa chỉ IP.
Trong đó:
TCP (Transmission Control Protocol) là giao thức điều khiển đường truyền và IP (Internet Protocol) là giao thức Internet. Các giao thức này được sử dụng cùng nhau và là giao thức truyền tải cho internet. Khi thông tin modbus được gửi bằng các giao thức này, dữ liệu được chuyển tới TCP nơi thông tin bổ sung được đính kèm và cấp cho IP. IP sau đó đặt dữ liệu trong một gói (hoặc gói dữ liệu) và truyền nó.
TCP phải được thiết lập kết nối trước khi truyền dữ liệu, vì nó là giao thức dựa trên kết nối. Master (hoặc Client trong Modbus TCP) thiết lập kết nối với Slave (hoặc Server). Server chờ một kết nối đến từ Client. Sau khi kết nối được thiết lập, Server sẽ phản hồi các truy vấn từ Client cho đến khi Client ngắt kết nối.
8.2.2 Phương thức truyền thông
Hình 8.5 kết hợp modbus TCP/IP với modbus RTU
Modbus RTU sử dụng RS485, RS232. Modbus TCP sử dụng trên nền Ethernet. Nên muốn kết hợp được 2 loại modbus này cần tìm một thiết bị có hỗ trợ 2 cổng kết nối này. Điều này bạn sẽ rất có lợi khi mở rộng quy mô sản xuất, số lượng thiết bị.
8.2.3 Định dạng gói tin của Modbus TCP
Transaction Identifier (2 bytes): được sử dụng để phân biệt các thông điệp khi có nhiều thông điệp khác nhau truyền đi từ một kết nối TCP
Protocol Identifier (2 bytes): trường này luôn đặt bằng 0 với Modbus, các giá trị khác mở rộng cho tương lai
Length (2 bytes): cho biết độ dài của các trường còn lại gồm Unit ID, Function code, Data
Unit ID (1 byte): có giá trị từ 0-255, sử dụng để nhận dạng các thiết bị trong mạng Modbus TCP có ý nghĩa như trường địa chỉ (address) trong Modbus chuẩn. Dữ liệu của Modbus TCP sau khi được tạo ra ở hình 5 được giao thức TCP gửi và nhận qua cổng 502 dành riêng cho Modbus.
Dữ liệu của Modbus TCP sau khi được tạo ra ở hình 5 được giao thức TCP gửi và nhận qua cổng 502 dành riêng cho Modbus.
Hình 8.6 Tạo một thông điệp Modbus TCP
8.2.4 Bảng mã chức năng
Địa chỉ Modbus
8.3 Ứng dụng và khả năng kết nối
Ứng dụng Modbus trong mạng công nghiệp: Modbus thường được triển khai giao tiếp giữa PLC và HMI (Human machine interface), hoặc giữa PLC chủ và các thiết bị tớ như PLCs, HMIs, Drivers, Sensors, I/O devices… hỗ trợ tối đa 247 thiết bị trong một bus (hình 6). Một triển khai phổ biến khác sử dụng Modbus TCP/IP là trong vùng DMZ SCADA (Demilitarized Zone SCADA - vùng cho truy cập từ bên ngoài), hoặc trong mạng LAN (Local area network) giám sát có HMI chủ có khả năng quản lý tập trung một số PLC chủ, mỗi PLC chủ trong số đó có thể kết nối trên bus của nó các thiết bị khác, để thực hiện một vòng quét
Hình 8.7 Modbus sử dụng trong mạng công nghiệp
