C phát hiện xung đột, hủy bỏ bức đIện hờ một thời gian ngẫu nhiên và lặp lạ
Chương 4: Cỏc hệ thống bus tiờu biểu
4.1.2 Cấu trỳc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
Truyền dẫn với RS-485
Chuẩn PROFIBUS theo IEC 61158 qui định cỏc đặc tớnh điện học và cơ học của giao diện RS-485 cũng như mụi trường truyền thụng, trờn cơ sở đú cỏc ứng dụng cú thể lựa chọn cỏc thụng số thớch hợp. Cỏc đặc tớnh điện học bao gồm:
• Tốc độ truyền thụng từ 9,6 kbit/s đến 12 MBit/s
• Cấu trỳc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhỏnh (trunk-line/drop-line) hoặc
daisy-chain, trong đú cỏc tốc độ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lờn yờu cầu cấu trỳc
daisy-chain.
• Cỏp truyền được sử dụng là đụi dõy xoắn cú bảo vệ (STP). Hiệp hội PI khuyến cỏo dựng cỏp loại A.
• Trở kết thỳc cú dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với cỏc điện trở lần lượt là 390Ω- 220Ω-390Ω.
• 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 túm tắt trong bảng 4.1.
• Số lượng tối đa cỏc trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. Cú thể dựng tối đa 9 bộ lặp tức 10 đoạn mạng. Tổng số trạm tối đa trong một mạng là 126.
• Chế độ truyền tải khụng đồng bộ và hai chiều khụng đồng thời.
• Phương phỏp mó húa bit NRZ.
Bảng 4.1: Chiều dài tối đa của một đoạn mạng PROFIBUS (cỏp STP loại A)
Tốc độ (kbit/s) 9,6/19,2/ 45,45/93,75 187.5 500 1500 3000/6000/ 12000 Chiều dài (một) 1200 1000 400 200 100
Về giao diện cơ học cho cỏc bộ nối, loại D-Sub 9 chõn được sử dụng phổ biến nhất với cấp bảo vệ IP20. Trong trường hợp yờu cầu cấp bảo vệ IP65/67, cú thể sử dụng một trong cỏc loại sau đõy:
• Bộ nối trũn M12 theo chuẩn IEC 947-5-2
• Bộ nối Han-Brid theo khuyến cỏo của DESINA
Truyền dẫn với RS-485IS
Một trong những ưu điểm của RS-485 là cho phộp truyền tốc độ cao, vỡ thế nú được phỏt triển để cú thể phự hợp với mụi trường đũi hỏi an toàn chỏy nổ. Với RS-485IS (IS :
Intrinsically Safe), tổ chức PNO đó đưa ra cỏc chỉ dẫn và cỏc qui định ngặt nghốo về
mức điện ỏp và mức dũng tiờu thụ của cỏc thiết bị làm cơ sở cho cỏc nhà cung cấp.
Khỏc với mụ hỡnh FISCO chỉ cho phộp một nguồn tớch cực an toàn riờng, ở đõy mỗi trạm đều là một nguồn tớch cực. Khi ghộp nối tất cả cỏc nguồn tớch cực, dũng tổng cộng của tất cả cỏc trạm khụng được phộp vượt quỏ một giỏ trị tối đa cho phộp. Cỏc thử
nghiệm cho thấy cũng cú thể ghộp nối tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS.
Truyền dẫn với cỏp quang
Cỏp quang thớch hợp đặc biệt trong cỏc lĩnh vực ứng dụng cú mụi trường làm việc
nhiễu mạnh hoặc đũi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. Cỏc loại cỏp quang cú thể sử dụng ở
đõy là:
• Sợi thủy tinh đa chế độ với khoảng cỏch truyền tối đa 2-3km và sợi thủy tinh đơn chế độ với khoảng cỏch truyền cú thể trờn 15km.
• Sợi chất dẻo với chiều dài tối đa 80m và sợi HCS với chiều dài tối đa 500m. Do đặc điểm liờn kết điểm-điểm ở cỏp quang, cấu trỳc mạng chỉ cú thể là hỡnh sao
hoặc mạch vũng. Trong thực tế, cỏp quang thường được sử dụng hỗn hợp với RS-485 nờn cấu trỳc mạng phức tạp hơn.
Truyền dẫn với MBP
Trong một số ngành cụng nghiệp chế biến, đặc biệt là ngành xăng dầu, húa chất, mụi trường làm việc rất nhạy cảm với xung điện nờn mức điện ỏp cao trong chuẩn truyền dẫn RS-485 khụng thớch hợp. PROFIBUS-PA sử dụng lớp vật lý theo phương phỏp MBP (chuẩn IEC 1158-2 cũ). Phương phỏp mó húa bit Manchester rất bền vững với nhiễu nờn cho phộp sử dụng mức tớn hiệu thấp hơn nhiều so với RS-485, đồng thời cho phộp cỏc thiết bị tham gia bus được cung cấp nguồn với cựng đường dẫn tớn hiệu.
Kỹ thuật truyền dẫn MBP thụng thường được sử dụng cho một đoạn mạng an toàn
riờng (thiết bị trường trong khu vực dễ chỏy nổ), được ghộp nối với đoạn RS-485 qua
cỏc bộ nối đoạn (segment coupler) hoặc cỏc liờn kết (link). Một segment coupler hoạt
động theo nguyờn tắc chuyển đổi tớn hiệu ở lớp vật lý, vỡ vậy cú sự hạn chế về tốc độ
truyền bờn đoạn RS-485. Trong khi đú, một link ỏnh xạ toàn bộ cỏc thiết bị trường trong một đoạn MBP thành một trạm tớ duy nhất trong đoạn RS-485, khụng hạn chế tốc độ truyền bờn đoạn RS-485.
Với MBP, cỏc cấu trỳc mạng cú thể sử dụng là đường thẳng (đường trục/đường nhỏnh), hỡnh sao hoặc cõy. Cỏp truyền thụng dụng là đụi dõy xoắn STP với trở đầu cuối dạng RC (100Ω và 2μF). Số lượng trạm tối đa trong một đoạn là 32, tuy nhiờn số lượng thực tế phụ thuộc vào cụng suất bộ nạp nguồn bus. Trong khu vực nguy hiểm, cụng suất bộ nạp nguồn bị hạn chế, vỡ thế số lượng thiết bị trường cú thể ghộp nối tối đa thụng thường là 8-10. Số lượng bộ lặp tối đa là 4, tức 5 đoạn mạng. Với chiều dài tối đa một
đoạn mạng là 1900m, tổng chiều dài của mạng sử dụng kỹ thuật MBP cú thể lờn tới
4.1.3 Truy nhập bus
PROFIBUS phõn biệt hai loại thiết bị chớnh là trạm chủ (master) và trạm tớ (slave). Cỏc trạm chủ cú khả năng kiểm soỏt truyền thụng trờn bus. Một trạm chủ cú thể gửi thụng tin khi nú giữ quyền truy nhập bus. Một trạm chủ cũn được gọi là trạm tớch cực. Cỏc trạm tớ chỉ được truy nhập bus khi cú yờu cầu của trạm chủ. Một trạm tớ phải thực hiện ớt dịch vụ hơn, tức xử lý giao thức đơn giản hơn so với cỏc trạm chủ, vỡ vậy giỏ thành thường thấp hơn nhiều. Một trạm tớ cũn được gọi là trạm thụ động.
Hai phương phỏp truy nhập bus cú thể được ỏp dụng độc lập hoặc kết hợp là Token- Passing và Master/Slave. Nếu ỏp dụng độc lập, Token-Passing thớch hợp với cỏc mạng FMS dựng ghộp nối cỏc thiết bị điều khiển và mỏy tớnh giỏm sỏt đẳng quyền, trong khi Master/Slave thớch hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với cỏc thiết bị trường cấp dưới sử dụng mạng DP hoặc PA. Khi sử dụng kết hợp (Hỡnh 4.2), nhiều trạm tớch cực cú thể tham gia giữ Token. Một trạm tớch cực nhận được Token sẽ
đúng vai trũ là chủ để kiểm soỏt việc giao tiếp với cỏc trạm tớ nú quản lý, hoặc cú thể tự
do giao tiếp với cỏc trạm tớch cực khỏc trong mạng.
PLC
PROFIBUS
Các trạm tích cực, Master
Các trạm thụ động, Slave Vòng token logic giữa các thiết bị Master
PC
M T
PLC
M
Hỡnh 4.2: Cấu hỡnh Multi-Master trong PROFIBUS
Chớnh vỡ nhiều trạm tớch cực cú thể đúng vai trũ là chủ, cấu hỡnh truy nhập bus kết hợp giữa Token-Passing và Master/Slave cũn được gọi là nhiều chủ (Multi-Master). Thời gian vũng lặp tối đa để một trạm tớch cực lại nhận được Token cú thể chỉnh được bằng tham số. Khoảng thời gian này chớnh là cơ sở cho việc tớnh toỏn chu kỳ thời gian của cả hệ thống.