A phát hiện xung đột, huỷ bỏ bức điện
3.1Phần cứng giao diện mạng
Mục này giới thiệu cỏc khả năng thực hiện cỏc thành phần phần cứng giao diện mạng cho cỏc thiết bị điều khiển (PLC, PC), cỏc module vào/ra phõn tỏn, cỏc thiết bị quan sỏt (OP) và cỏc thiết bị trường (cảm biến, cơ cấu chấp hành, điều khiển số).
3.1.1 Cấu trỳc chung cỏc phần cứng giao diện mạng
Thực chất, một giao diện mạng bao gồm cỏc thành phần xử lý giao thức truyền thụng (phần cứng và phần mềm) và cỏc thành phần thớch ứng cho thiết bị được nối mạng. Hỡnh 3.2 mụ tả một cấu trỳc tiờu biểu phần cứng ghộp nối bus trương cho cỏc thiết bị,
Chức năng xử lý giao thức truyền thụng cú thể được thực hiện bằng một bộ vi xử lý thụng dụng kết hợp với vi mạch thu phỏt khụng đồng bộ đa năng UART (Universal Asynchronous Receivier/Transmitter).
Thụng thường cỏc mạch điện tử khụng đảm nhiệm toàn bộ chức năng xử lý giao thức truyền thụng, mà chỉ thực hiện dịch vụ thuộc cỏc lớp dưới trong mụ hỡnh OSI, chức năng giao tiếp cũn lại được thực hiện bằng phần mềm.
Hầu hết cỏc mạch giao diện bus đều thực hiện cỏch ly với đường truyền để trỏnh gõy ảnh hưởng lẫn nhau. Ngoài ra, cần một bộ cung cấp nguồn nuụi trong trường hợp đường truyền tớn hiệu khụng đồng tải nguồn.
3.1.2 Ghộp nối PLC
Để ghộp nối PLC trong một hệ thống mạng, vớ dụ bus trường hoặc bus hệ thống, cú thể sử dụng cỏc module truyền thụng riờng biệt hoặc trực tiếp cỏc CPU cú tớch hợp giao diện mạng.
Module giao diện mạng
Đối với cỏc PLC cú cấu trỳc kiểu linh hoạt, mỗi thành phần hệ thống như bộ cung cấp nguồn (PS), bộ xử lý trung tõm (CPU) và cỏc vào/ra (I/O) đều được thực hiện bởi một module riờng biệt, mỗi module chiếm một khe cắm (slot) trờn giỏ đỡ. VIệc giao tiếp giữa CPU và cỏc module khỏc được thực hiện thụng qua một bus nội bộ đặt trờn giỏ đơn (backplane bus), theo chế độ truyền dữ liệu song song. Khi đú, phương phỏp được dựng rộng rói nhất để nối mạng là bổ sung thờm một module giao diện (Interface
Giắc cắm Bus Bụ thu phỏt (Vớ dụ RS-485) Cỏch ly UART Vi xử lý (Xử lý giao thức) Giao diện với vi mạch thiết bị hoặc IO-Driver Giao diện sử dụng (Cụng tắc, jumper, LED) Timer, Watchdog Nguồn EPROM/ EEPROM/ Flash RAM Vi mạch chuyờn dựng (ASIC) Vớ dụ +24VDC Đất Vi mạch thiết bị
80 Module, IM) riờng biết, tương tự như việc ghộp nối cỏc module vào/ra. Cỏc module giao diện mạng nhiều khi cũng được gọi là bộ xử lý truyền thụng (Communication Processor, CP), module giao diện truyền thụng (Communication Interface Module, CIM) hoặc là module truyền thụng (Communication Module, CM). Trong hầu hết cỏc trường hợp, cỏc module giao diện này cũng phải do chớnh nhà sản xuất PLC cung cấp.
PS CPU IM IM DI DO A1 A0
Hỡnh 3.3 mụ tả phương phỏp sử dụng hai module giao diện riờng biệt để ghộp nối một PLC với hai cấp mạng khỏc nhau. Bus trường (vớ dụ PROFIBUS-DP) ghộp nối PLC với cỏc thiết bị vào/ra phõn tỏn và cỏc thiết bị trường khỏc. Bus hệ thống (vớ dụ Ethernet) ghộp nối cỏc PLC với nhau và với cỏc mỏy tớnh điều khiển giỏm sỏt và vận hành
Tuỳ theo thiết kế của cỏc sản phẩm khỏc nhau cũng như tuỳ theo loại mạng cụ thể mà trờn cỏc module giao diện cú cỏc đốn hiển thị trạng thỏi, cỏc cụng tắc đặt địa chỉ, đặt chế độ, cỏc cổng nối cỏp truyền v.v… Trờn hỡnh 3.4 là một vài vớ dụ sơ đồ mặt cỏc module giao diện mạng TOSLINE cho ghộp nối cỏc PLC họ PROSEC T3 của Toshiba.
Bus hệ thống
(Vớ dụ: Ethernet)
PLC
Bus trường (Vớ dụ: Profibus-DP)
CPU tớch hợp giao diện mạng
Bờn cạnh phương phỏp thực hiện thành phần giao diện mạng của một thiết bị dưới dạng một module tỏch rời, cú một bộ vi xử lý riờng như giới thiệu trờn đõy thỡ một giải phỏp kinh tế cho cỏc thiết bị điều khiển khả trỡnh là lợi dụng chớnh CPU cho việc xử lý truyền thụng. Cỏc vi mạch giao diện mạng cũng như phần mềm xử lý giao thức được tớch hợp sẵn trong CPU. Phương phỏp này tớch hợp cho cả cỏc PLC cú cấu trỳc module và cấu trỳc gọn nhẹ. Hỡnh 3.5 minh hoạ việc ghộp nối bus trường cho PLC bằng giải phỏp sử dụng một loại CPU thớch hợp, vớ dụ cú sẵn một cổng Profibus-DP.
PS CPU DI DO A1 A0
Đương nhiờn, ta cú thể kết hợp với giải phỏp sử dụng một module giao diện riờng biệt để xõy dựng một hệ thống mạng phõn cấp, như vớ dụ trờn hỡnh 3.6 minh hoạ với cỏc sản phẩm của Allen-Bradley.
Profibus-DP
Hỡnh 3.5. Sử dụng CPU tớch hợp giao diện PROFIBUS -DP
PLC
Cổng DP
Hỡnh 3.6. Vớ dụ cấu hỡnh mạng PLC phối hợp cỏc module giao diện mạng với cỏc CPU tớch hợp truyền thụng (Allen-Bradley)
Cần núi thờm rằng, cỏc CPU cú khả năng xử lý truyền thụng thường khụng cung cấp toàn bộ cỏc dịch vụ của mạng, mà chỉ thực hiện một số chức năng cơ bản như đặt chế độ làm việc, trao đổi dữ liệu thuần tuý và chuẩn đoỏn lỗi. Tuy nhiờn, cỏc họat động giao tiếp trực tiếp giữa CPU và cỏc trạm khỏc trong mạng đũi hỏi cỏc nhà thiết kế PLC phải tổ chứ cỏch thực hiện vũng quột như thế nào cho thớch hợp với phương thức giao tiếp, nếu khụng hiệu suất trao đổi dữ liệu sẽ rất thấp. Đõy cũng là một khớa cạnh đỏng chỳ ý cho cỏc nhà tớch hợp hệ thống khi thiết kế và lựa chọn mạng truyền thụng
3.1.3 Ghộp nối PC
Cỏc mạch giao diện mạng cho mỏy tớnh cỏ nhõn cũng cú cấu trỳc tương tự như cho PLC. Tuy nhiờn, vỡ tớnh chất đa năng của bộ xử lý trung tõm cũng như của bảng mạch chớnh (main-board), phương ỏn thứ hai cho PLC (CPU tớch hợp khả năng truyền thụng) khụng thể thực hiện được ở đõy. Cỏc module giao diện mạng cho PC thường được thực hiện dưới một trong cỏc dạng sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Card giao diện mạng cho cỏc khe cắp ISA, PCI, Compact – PCI, …
Bộ thớch ứng mạng qua cổng nối tiếp hoặc cổng song song.
Card PCMCIA.
Ngoài ra, sử dụng Modem (trong hoặc ngoài) cũng là một phương phỏp thụng dụng để cú thể truy nhập mạng qua PC và một đường điện thoại sẵn cú.
Card giao diện mạng
Tương tự như cỏc PLC, CPU của một mỏy tớnh cỏ nhõn sử dụng hệ thống bus nội bộ (bus song song) để giao tiếp với cỏc module vào/ra cho cỏc thiết bị ngoại vi như mỏy in, bàn phớm, màn hỡnh v.v… Bờn cạnh một số module được tớch hợp sẵn trờn bảng mạch chớnh, cỏc mỏy tớnh cỏ nhõn cũn cú một số khe cắm cho cỏc module vào/ra khỏc và hỗ trợ việc mở rộng hệ thống. Một card giao diện mạng cho PC được lắp vào một khe cắm, thụng thường theo chuẩn ISA, PCI hoặc Compact-PCI. Trờn hỡnh 4.7 là vớ dụ một sản phẩm của Siemens cho ghộp nối mỏy tớnh cỏ nhõn PC với PROFIBUS-FMS hoặc PROFIBUS-DP.
Trờn một card giao diện mạng cho PC thường cú một bộ vi xử lý đảm nhiệm chức năng xử lý giao thức. Tuy nhiờn, tuỳ theo từng trường hợp cụ thể mà toàn bộ hay chỉ một phần chức năng thuộc lớp 7 (lớp ứng dụng) được vi xử lý của card thực hiện, phần cũn lại sẽ thuộc trỏch nhiệm của chương trỡnh ứng dụng, thụng qua CPU của mỏy tớnh.
Sử dụng card giao diện, một mỏy tớnh cỏ nhõn (cụng nghiệp) đặt tại trung tõm cú thể đồng thời thực hiện nhiệm vụ điều khiển cơ sở thay cho một PLC và đảm nhiệm chức năng hiển thị quỏ trỡnh, điều khiển
Hỡnh 3.7. Card giao diện profibus CP5412 (Siemens)
giỏm sỏt từ xa qua hệ thống bus trường. Thế mạnh của giải phỏp “PC-based control” này chớnh là giỏ thành thấp và tớnh năng mở của hệ thống. Một vấn đề cố hữu của mỏy tớnh cỏ nhõn là độ tin cậy thấp trong mụi trường cụng nghiệp một phần được khắc phục bởi vị trớ xa quỏ trỡnh kỹ thuật. Hơn thế nữa, cú thể thiết kế một cấu hỡnh dự phũng núng nõng cao độ tin cậy của giải phỏp.
Bộ thớch ứng mạng qua cổng nối tiếp/song song
Trong cỏc cấu hỡnh ứng dụng đơn giản, cú thể dựng cỏc bộ thớch ứng mạng (adapter) nối qua cỏc cổng của mỏy tớnh như:
Cỏc cổng nối tiếp theo chuẩn RS-232 (COM1, COM2).
Cổng nối tiếp theo chuẩn USB (Universal Serial Bus).
Cỏc cổng song song (LPT1, LPT2).
Như được minh hoạ trờn hỡnh 3.8, một bộ thớch ứng mạng cú vai trũ như một trạm trong mỏy, thực hiện chuyển đổi tớn hiệu từ một cổng nối tiếp hoặc song song của mỏy tớnh sang tớn hiệu theo chuẩn của mạng, đồng thời đảm nhiệm việc xử lý giao thức truyền thụng.
Giải phỏp sử dụng bộ thớch ứng mạng cú ưu điểm là đơn giản và linh hoạt. Tuy nhiờn, tốc độ truyền bị hạn chế bởi khả năng cố hữu của cỏc cổng mỏy tớnh.
Card PCMCIA
Đối với cỏc loại mỏy tớnh xỏch tay khụng cú khả năng mở rộng qua cỏc khe cắm, bờn cạnh phương phỏp sử dụng bộ thớch ứng mạng, ta cú thể ghộp nối qua khe PCMCIA với kớch cỡ của card bằng thẻ điện thoại.
3.1.4 Ghộp nối vào/ra phõn tỏn
Thực ra, một thiết bị vào/ra phõn tỏn chỉ khỏc với một PLC ở chỗ nú khụng cú bộ xử lý trung tõm (CPU). Thay vào đú, nú được tớch hợp cỏc vi mạch giao diện mạng cũng như phần mềm xử lý giao thức. Tuỳ theo cấu trỳc của thiết bị vào/ra phõn tỏn là dạng module hay dạng gọn nhẹ mà phần giao diện mạng được thực hiện bằng một module riờng biệt hay khụng. Hỡnh 4.9 minh hoạ cỏch nối mạng PROFIBUS-DP cho một thiết bị vào/ra phõn tỏn cú cấu trỳc module. Về nguyờn tắc, phương phỏp này khụng khỏc so với cỏch ghộp nối cỏc bộ PLC như đó trỡnh bỏy trờn đõy.
PS Interface Module DI DO A1 A0 Profibus-DP Distributed IO Cổng DP
3.1.5 Ghộp nối cỏc thiết bị trường
Cỏc thiết bị trường được núi ở đõy cú thể là cỏc bộ điều khiển số chuyờn dụng, cỏc thiết bị quan sỏt, cỏc đầu đo, van, biến tần, v.v… Về cấu trỳc, người ta cũng chia ra làm hai loại cấu trỳc module và cấu trỳc liền. Tương tự như đối với PLC hoặc vào/ra phõn tỏn, việc nối mạng cú thể thực hiện theo hai cỏch tương ứng là sử dụng một module truyền thụng riờng biệt và sử dụng cỏc thiết bị được tớch hợp giao diện mạng. Trờn hỡnh 3.10 và hỡnh 3.11 là cỏc cấu hỡnh minh hoạ cho cỏc phương phỏp ghộp nối trờn với vớ dụ mạng DeviceNet.