NGHIÊN CỨU VỀ BỘ CHUẨN GIAO THỨC được XÂY DỰNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN THÔNG CỦA HÃNG ABB

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA ĐIỆN CHUYÊN ĐỀ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HOÁ CHỦ ĐỀ: NGHIÊN CỨU VỀ BỘ CHUẨN GIAO THỨC ĐƯỢC XÂY DỰNG CHO HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN VÀ TRUYỀN THÔNG CỦA HÃNG ABB LỚP HỌC PHẦN: 18.37 NHÓM: GVGD: TS NGUYỄN KIM ÁNH Sinh viên thực hiện: Đỗ Thành Nguyễn Nguyên Hoàng Hùng Mạnh Trần Đình Phú Nguyễn Hoàng Vũ Đà Nẵng, tháng 11/2021 MỤC LỤC Nhiệm vụ chuyên đề Mục lục i Trang Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HART PROTOCOL 1.1 Khả ứng dụng, đối sánh với mơ hình tham chiếu OSI 1.1.1 Khả ứng dụng 1.1.2 Đối sánh với mơ hình tham chiếu OSI 1.2 Tốc độ truyền thông 1.3 Cách thức truy cập 1.4 Khoảng cách truyền tối đa thiết bị hỗ trợ đường truyền 1.4.1 Khoảng cách truyền tối đa 1.4.2 Thiết bị hỗ trợ đường truyền 1.5 Thiết bị tối đa giao thức 1.6 Môi trường truyền dẫn chuẩn truyền dẫn .5 1.6.1 Môi trường truyền dẫn 1.6.2 Chuẩn truyền dẫn 1.7 Topology giao thức 1.7.1 Point to point topology 1.7.2 Liên kết đa điểm (Multi-drop) Chương 2: TỔNG QUAN VỀ ETHERNET/IP 2.1 Khả ứng dụng,đối sánh với mơ hình tham chiếu OSI 2.1.1 Khả ứng dụng 2.1.2 Đối sánh với mô hình tham chiếu OSI 2.2 Tốc độ truyền thông 2.3 Cách thức truy cập 2.4 Thiết bị hỗ trợ đường truyền 10 2.5 Thiết bị tối đa giao thức 11 2.6 Môi trường truyền dẫn chuẩn truyền dẫn 11 2.6.1 Môi trường truyền dẫn .11 2.6.2 Chuẩn truyền dẫn .11 2.7 Topology giao thức 13 2.7.1 Point to Point Topology .13 2.7.1 Star Topology .13 Chương 3: TỔNG QUAN VỀ FOUNDATION FIELDBUS 14 3.1 Khả ứng dụng tốc độ truyền thông 14 3.2 Cấu trúc mạng môi trường truyền dẫn 15 3.2.1 Topology giao thức 15 3.2.2 Môi trường truyền dẫn .16 3.3 Kiến trúc giao thức truyền thông FF 20 3.3.1 Kiến trúc giao thức OSI 20 3.3.2 Truyền thông mạng Foundation Fieldbus 21 3.4 Phương thức trao đổi liệu cách truy nhập đường truyền 22 3.4.1 Cơ chế giao tiếp truy nhập bus 22 3.4.2 Cấu trúc điện .23 Chương 4: TỔNG QUAN VỀ DEVICE NET 25 4.1 Khả ứng dụng tốc độ truyền thông 25 4.2 Cấu trúc mạng môi trường truyền dẫn 26 4.2.1 Topology giao thức 26 4.2.2 Môi trường truyền dẫn .27 4.3 Kiến trúc giao thức truyền thông .28 4.3.1 Kiến trúc giao thức OSI 28 4.3.2 Truyền thông mạng DeviceNet 29 4.4 Phương thức trao đổi liệu cách truy nhập đường truyền 32 4.4.1 Cơ chế giao tiếp 32 4.4.2 Truy nhập bus .32 4.4.3 Cấu trúc điện .33 Chương 5: TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS .35 5.1 Giải pháp Profibus của hãng ABB .35 5.2 Khả ứng dụng của PROFIBUS 36 5.3 Phương thức truyền thông và truy nhâ ̣p bus .36 5.3.1 Phương thức truyền thông 36 5.3.2 Truy nhâ ̣p bus .36 5.4 Môi trường truyền dẫn và tốc đô ̣ truyền thông 37 5.4.1 Tốc độ truyền thông 37 5.4.2 Môi trường truyền dẫn .37 5.5 Kiến trúc giao thức 38 5.6 Dữ liêụ giải pháp Profibus hãng ABB 39 5.7 Khoảng cách truyền tối đa, thiết bị hỗ trợ .40 5.8 Đă ̣c tính mối quan hệ chiều dài tốc độ truyền thông .40 5.9 Topology của mạng và phương thức trao đổi dữ liêu 40 ̣ Chương 6: TỔNG QUAN VỀ IEC 61850 .42 6.1 Khả ứng dụng .42 6.2 Tốc đô ̣ truyền thông 42 6.3 IEC 61850 trạm biến áp 42 6.4 Truyền thông IEC 61850 43 6.6 Môi trường truyền dẫn .46 6.7 Topology và phương thức trao đổi dữ liêu 46 ̣ 6.7.1 Topology IEC 61850 46 6.7.2 Phương thức trao đổi dữ liê ̣u .46 Chương 7: TỔNG QUAN VỀ PROFINET 48 7.1 Khả ứng dụng .48 7.2 Tốc độ truyền thông 49 7.3 Cấu trúc chung mạng Profinet 50 7.4 Tiêu chuẩn truyền dẫn 51 7.5 Các loại thiết bị Profinet IO 51 7.6 Topology Profinet 52 7.7 Topology hình .52 7.8 Topology Tree .53 7.9 Topology Line 53 7.10 Kiểm tra độ sâu dòng 54 Chương 8: TỔNG QUAN VỀ MODBUS TCP .56 8.1 Chuẩn truyền thông Modbus .56 8.1.1 Khái niệm 56 8.1.2 Nguyên tắc hoạt động 56 8.1.3 Mơ hình OSI 57 8.2 Mobbus TCP .58 8.2.1 Khái niệm 58 8.2.2 Phương thức truyền thông 59 8.2.3 Định dạng gói tin Modbus TCP 60 8.2.4 Bảng mã chức 61 8.2.5 Địa Modbus 62 8.3 Ứng dụng khả kết nối .62 TÀI LIỆU THAM KHẢO 63 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ HART PROTOCOL 1.1 Khả ứng dụng, đối sánh với mơ hình tham chiếu OSI 1.1.1 Khả ứng dụng Hart (Highway Addressable Remote Transducer) giao thức truyền thơng tin tín hiệu Digital đường truyền tín hiệu Analog (4-20 mA) thiết bị đo lường thông minh hệ thống điều khiển hệ thống giám sát Nên thường dùng cấp trường Trong ngành hóa học lọc hóa dầu hay sử dụng giao thức 1.1.2 Đối sánh với mơ hình tham chiếu OSI Theo mơ hình tham chiếu OSI, HART chuẩn hóa lớp 1,2 Hình 1.1: Mơ hình tham chiếu Hart protocol Tốc độ truyền thông Giao thức HART sử dụng phương thức mã hóa bit FSK với tần số 1200 2200 Hz cho logic logic Điều cho phép khả giao tiếp hai chiều để truyền tải/tiếp nhận thêm thông tin đến/từ thiết bị cảm biến thông minh Giá trị trung bình sóng sin (ở tần số 1200 2200 Hz), tín hiệu xếp chồng lên tín hiệu 420mA Vì vậy, thơng tin tương tự 4-20mA khơng bị ảnh hưởng Hình 1.2 Tần số Hart Tốc độ truyền tải liệu 1200 bits/sec (baud) Tốc độ chậm việc kiểm sốt thơng thường hữu ích cho ứng dụng quản lý tài sản thông tin chẩn đoán thiết bị Cách thức truy cập HART giao thức truyền thống dạng chủ/tớ (Master/Slave) nên truy cập theo phương thức tiền định, nghĩa thiết bị trường (slaver) giao tiếp với Master HART sử dụng chế độ truyền thông khác để truyền tải thông tin từ cảm biến thông minh tới hệ thống điều khiển/giám sát trung tâm HART cung cấp tới hai Master (sơ cấp thứ cấp) Điều cho phép Master thứ cấp thiết bị cầm tay sử dụng mà không can thiệp tới thông tin liên lạc đến / Master sơ cấp (hệ thống điều khiển / giám sát) Ứng dụng thường gặp 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 Hart Preamble : bao gồm đến 20 byte với giá trị hex, “FF”, truyền từ hệ thống chủ đến (các) thiết bị trường. Hầu hết hệ thống máy chủ truyền năm byte mở đầu. Các byte truyền để giúp thiết bị trường đồng với luồng liệu.  Start character: sau byte mở đầu, byte bắt đầu truyền từ thiết bị (máy chủ) đến thiết bị trường. Byte số giá trị thường chứa số chính. Ký tự bắt đầu báo bắt đầu gói HART.  Ngồi số chính, chứa báo cho:   Định dạng thông báo - chẳng hạn master-to-slave, slave-to-master thông báo liên tục từ nô lệ   Định dạng địa - khung ngắn dài  Số byte trường mở rộng Address: có từ đến byte. Nó chứa địa địa nơ lệ. Chỉ báo cho địa bit đơn, biểu thị địa biểu thị địa phụ. Dấu hiệu địa phụ địa thăm dò bit khung ngắn số nhận dạng 38 bit khung dài. Một bit sử dụng để chế độ liên tục từ phụ.  Expansion: chứa đến byte. Số byte trường mở rộng bao gồm bit ký tự bắt đầu.  Command: có byte chứa lệnh HART.   Các lệnh HART phổ biến nằm khoảng từ đến 30  Các lệnh thực hành nằm khoảng từ 32 đến 126   Các lệnh dành riêng cho thiết bị nằm khoảng từ 128 đến 253 Từ HART v06 trở đi, lệnh mở rộng 16bit cho họ thiết bị hỗ trợ. Các lệnh bắt đầu 0x1F dạng byte lệnh, sau lệnh byte Byte count: có byte đơn cho biết số byte trường trạng thái liệu. Nó cho thiết bị trường nhận biết gói tin kết thúc Status : diện thông báo truyền từ máy chủ đến máy chủ. Nó chứa hai byte lỗi giao tiếp, trạng thái lệnh nhận trạng thái thiết bị trường nhận.  Data: chứa đến 255 byte. Sự diện trường liệu phụ thuộc vào lệnh cụ thể. Tất lệnh thực hành phổ biến thơng dụng có trường liệu 33 byte.  Checksum: thông báo HART kết thúc byte tổng kiểm tra. Đó XOR tất byte trước đó. Để phát lỗi giao tiếp, bit chẵn lẻ gắn vào byte. Byte tổng kiểm tra giúp trì tính tồn vẹn tổng thể thông điệp HART.  Khoảng cách truyền tối đa thiết bị hỗ trợ đường truyền 1.4.1 Khoảng cách truyền tối đa Giới hạn lý thuyết cho truyền thông HART 10.000 ft (3.000 m) Tuy nhiên, điện dung cáp ảnh hưởng đến khoảng cách tối đa cho giao tiếp HART Bảng cho thấy khoảng cách tối đa điện dung cáp khác Thông tin bảng dựa cài đặt khơng an tồn chất xem xét ảnh hưởng điện dung cáp lên tín hiệu HART Bảng 1.4 Chiều dài tối đa cáp dựa vào diện dung Cable Capacitance – pf/ft (pf/m) 20 (65) 30 (95) 50 (160) Distance 9,000 (2,769) 6,500 ( 2,000) 4,200 (1,292) ft.(m) 70 (225) 3,200 (985) PROFINET NRT (Khơng phải thời gian thực): Nó sử dụng giao thức tiêu chuẩn UDP / IP Với thời gian phản hồi khoảng 100 ms PROFINET NRT cho ứng dụng tự động hóa quy trình PROFINET RT (Thời gian thực): Đối với ứng dụng có yêu cầu cao thời gian chu kỳ tự động hóa nhà máy, trực tiếp sử dụng giao thức Ethernet để trao đổi liệu I / O, chẩn đốn cấu hình sử dụng UDP / IP tiêu chuẩn PROFINET RT cho phép ứng dụng có thời gian phản hồi xấp xỉ 10 mili giây PROFINET IRT (Isochronous Real Time): Các yêu cầu cao đến từ việc kiểm soát hệ thống truyền động cơng nghiệp phức tạp, máy đóng gói robot Với ứng dụng có thời gian chu kỳ