D ch vị ụ truyền thụng
4.3.6 Khối chức năng ứng dụng
Hiệp h i Fieldbus Foundation đó xõy dựng mộộ t mụ hỡnh chương trỡnh ng d ng d a ứ ụ ự trờn cơ sở cỏc kh i (block). M t chương trỡnh ng d ng là mộ ổố ộ ứ ụ t t ch c c a cỏc kh i ứ ủ ố được liờn kế ớt v i nhau, trong ú m i kh i là m t i diện cho một chức năng riờng. Cú đ ỗ ố ộ đạ ba loại khối cơ bản là kh i tài nguyờn (Resource Block), kh i ch c năng (Function ố ố ứ
Block) và khối bi n i (Transducer Block). ế đổ
Khối tài nguyờn
Khối tài nguyờn mụ tả cỏc đặc tớnh của thiết bị bus trường như tờn thiết bị, nhà sản xuất và mó số. Trong mỗi thiết bị chỉ cú một khối tài nguyờn duy nh t. M t kh i tài ấ ộ ố nguyờn chỉ đứ ng m t mỡnh, khụng bao giờ cú liờn kết với cỏc khối khỏc. ộ
Khối chức năng
Cỏc khối chức năng nh nghĩa chứđị c năng và đặc tớnh của mộ ệ ốt h th ng i u khi n. đ ề ể Cỏc tham số đầ u vào và đầu ra của cỏc khối chức năng cú thể được liờn kết với nhau qua bus, tạo ra cấu trỳc của chương trỡnh ứng d ng. Việc thụ ực hiện m i khốỗ i chức năng được lập l ch m t cỏch chớnh xỏc. M t chương trỡnh ng d ng cú th bao g m nhiều ị ộ ộ ứ ụ ể ồ khối chức năng. Hiệp hội FF định nghĩa một tập chuẩn cỏc khối chức năng, trong đú cỏc kh i quan tr ng nhố ọ ất là:
• AI (Analog Input): Đại diện cho m t u vào tương t ộ đầ ự
• AO (Analog Output): Đại diện cho m t u ra tương t ộ đầ ự
Ứng d ng qu n tr m ng ụ ả ị ạ và hệ ố th ng Ứng d ng kh i ch c ụnăng ố ứ VFD quản trị ạ m ng và hệ ố th ng VFD ng dụng ứ Mụ tả đối tượng NMIB Dữ liệu đối tượng NMIB Mụ tả đối tượng SMIB Dữ liệu đối tượng SMIB Mụ tả đối tượng FBAP Dữ liệu đối tượng FBAP FMS FAS DLL PHY
• B (Bias): Bi u di n dể ễ độ ịch
• CS (Control Selector): Khố ựi l a ch n i u khi n ọ đ ề ể
• DI (Digital Input): Đại diện cho m t u vào s ộ đầ ố
• DO (Digital Output: Đại diện cho m t u ra s ộ đầ ố
• ML (Manual Loader): Khối nạp bằng tay
• PD (Proportional/Derivative): Bộ đ ề i u ch nh t l /vi phõn ỉ ỉ ệ
• PID (Proportional/Integral/Derivative): Bộ đ ề i u ch nh PID ỉ
• RA (Ratio): Khố ỉ ệi t l .
Tư tưởng khỏc biệt so với cỏc hệ bus khỏc là ở đ õy cỏc kh i ch c n ng ố ứ ă được tớch h p ợ trong cỏc thiết bị bus trường để cung cấp chức năng cụ thể của thi t b . Vớ d , m t c m ế ị ụ ộ ả biến nhiệt độ cú thể chứa một khối AI, một van đ ều chỉnh cú thể chứa một khối PID và i một khối AO. Nhờ vậy, một vũng i u khi n ch c n s d ng ba kh i ch c n ng trong đ ề ể ỉ ầ ử ụ ố ứ ă ở hai thiết bị này, như Hỡnh 4.18 mụ t . ả
Khối biến đổi
Cỏc khối biế đổn i cú chức năng tỏch bi t cỏc khối chứệ c năng kh i sự phụỏ thuộc vào cơ chế vào/ra vật lý cụ thể. Thụng thường, mỗi khối chức năng vào/ra cú một khối biến đổi tương ng. M t kh i biế đổứ ộ ố n i chứa cỏc thụng tin chi ti t nh ngày thỏng hi u ch nh, ế ư ệ ỉ ki u cể ảm biến hoặc cơ ấu chấp hành. c
Hỡnh 4.18: Vớ dụ cỏc khối chức năng trong một vũng kớn i u khi n đ ề ể
Bờn cạnh ba kiểu kh i cố ơ ả b n, cỏc đố ượng sau đõy cũi t ng được nh nghĩa: đị
• Cỏc khối liờn k t (Link Objects) nh ngh a liờn k t gi a cỏc u vào/ra c a cỏc ế đị ĩ ế ữ đầ ủ khối chức năng, nội bộ trong một thiết bị ũng như xuyờn mạng bus trườ c ng.
PID AO AO AI AI AI AI PID AO
• Cỏc đối tượng ghi đồ thị (Trend Objects) cho phộp ghi lạ ữ ệi d li u th i gian th c ờ ự tại chỗ cỏc tham số khối chức năng để cú thể truy nhập từ mỏy chủ hoặc từ cỏc thiết bị khỏc.
• Cỏc đối tượng c nh bỏo (Alert Objects) cho phộp g i cỏc bỏo ng, s ki n trờn ả ử độ ự ệ bus.
• Cỏc đối tượng hi n th (View Objects) là cỏc nhúm cỏc tậể ị p tham s khối ố được định ngh a trước cú th s d ng trờn cỏc giao di n người-mỏy. ĩ để ể ử ụ ệ
Chức năng c a một thiết bị ủ được xỏc định b i sự sắớ p x p và liờn k t gi a cỏc kh i. ế ế ữ ố Cỏc chức năng này được mụ tả ra bờn ngoài thụng qua thi t bị trường ế ảo VFD, như đó núi trờn đõy.
4.3.7 Tài liệu tham khảo
[1] Fieldbus Foundation: Foundation Fieldbus Specifications, Rev. 1.3, 1998.
[2] Fieldbus Foundation: Foundation Fieldbus Technical Overview. Tài liệu FD-043, Rev. 2.0, 1998.
[3] Fieldbus Foundation: Foundation Fieldbus Application Guide – 31,25 kbit/s Wiring and
Installation. Tài liệu AG-140, Rev. 1.0, 1996.
[4] Jonas Berge: Fieldbuses for Process Control: Engineering, Operation and Maintenance. ISA, 2002.
4.4 Ethernet
Ethernet là kiểu m ng cạ ục bộ (LAN) được sử ụ d ng r ng rói nhất hiện nay. Thựộ c chất, Ethernet chỉ là mạng c p dưới (lớấ p v t lý và một phầ ớậ n l p liờn kết dữ liệu), vỡ vậy cú thể sử dụng cỏc giao th c khỏc nhau phớa trờn, trong ú TCP/IP là t p giao th c được s ứ ở đ ậ ứ ử dụng phổ biến nhất. Tuy vậy, mỗi nhà cung cấp sản phẩm cú thể thực hiện giao thức riờng hoặc theo một chuẩn qu c tếố cho giải phỏp của mỡnh trờn cơ sở Ethernet. High
Speed Ethernet (HSE) của Fieldbus Foundation chớnh là một trong tỏm h bus trường ệ
được chuẩn húa qu c t theo IEC 61158. ố ế
Ethernet cú xuất xứ là tờn gọi một sản ph m của cụng ty Xerox, được sử dụẩ ng u đầ tiờn vào năm 1975 nốđể i m ng 100 tr m mỏy tớnh v i cỏp ạ ạ ớ đồng tr c dài 1km, tố độụ c truyền 2,94 Mbit/s và ỏp dụng phương phỏp truy nh p bus CSMA/CD. Từ sựậ thành cụng của sản ph m này, Xerox ó cựng DEC và Intel ẩ đ đó xõy dựng m t chuẩn 10 Mbit/s-ộ Ethernet. Chuẩn này chớnh là cơ sở cho IEEE 802.3 sau này. Đặc bi t, v i phiờn b n ệ ớ ả 100 Mbit/s (Fast Ethernet, IEEE 802.3u), Ethernet ngày càng đúng một vai trũ quan trọng trong cỏc hệ thống cụng nghiệp. Bờn cạnh việc sử dụng cỏp đồng tr c, ụi dõy ụ đ xoắn và cỏp quang, gần đõy Ethernet khụng dõy (Wireless LAN, IEEE 802.11) cũng đang thu hỳt s quan tõm l n. ự ớ
4.4.1 Kiến trỳc giao thức
Hỡnh 4.19 minh họa kiến trỳc giao thức của Ethernet/IEEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE 802. Lớp liờn kết dữ liệu được chia thành 2 lớp con là l p LLC (ớ Logical Link Control) và MAC (Medium Access Control). Như vậy, ph m vi c a Ethernet/IEEE ạ ủ 802.3 chỉ bao gồm lớp v t lý và lớp MAC. ậ
Hỡnh 4.19: Ethernet/IEEE 802.3 trong tập chuẩn IEEE 802
Đ ểi m khỏc bi t c bảệ ơ n so v i c t Ethernet lỳc u là chu n 802.3 ó ớ đặ ả đầ ẩ đ đưa ra m t ộ họ cỏc hệ thống mạng trờn cơ sở CSMA/CD, với tốc độ truyền từ 1-10 Mbit/s cho nhiều mụi trường truyền d n khỏc nhau. Bờn c nh ú, trong cấu trỳc bứ đ ệẫ ạ đ c i n c ng cú sự khỏc ũ biệt nhỏ: ụ chứa chiều dài bức đ ện theo 802.3 chỉ định kiểu giao thức phớa trờn i ở Ethernet (xem mục Mó húa bit và cấu trỳc b c i n). Tuy nhiờn, ngày nay khi ta núi t i ứ đ ệ ớ Ethernet cũng là chỉ ộ m t lo i sạ ản ph m thực hiện theo chuẩn IEEE 802.3. ẩ
2b LLC 802.2 2a MAC 1 Vật lý • • • CSMA/ CD 802.1 802.3 802.14
4.4.2 Cấu trỳc mạng và kỹ thuật truyền dẫn
Về mặt logic, Ethernet cú c u trỳc bus. C u trỳc m ng v t lý cú th là ấ ấ ạ ậ ể đường th ng ẳ hoặc hỡnh sao tựy theo phương tiện truyền dẫn. Bốn loại cỏp thụng dụng nhất cựng cỏc đặc tớnh được li t kờ trong b ng 4.10. Cỏc tờn hi u 10BASE5, 10BASE2, 10BASE-T và ệ ả ệ 10BASE-F được sử ụ d ng v i ý nghĩa như sau: ớ
Loại 10BASE5 cũn được gọi là cỏp dầy (thick Ethernet), lo i cỏp ạ đồng trục thường cú màu vàng theo đề ngh trong 802.3. Ký kiệị u 10BASE5 cú ngh a là tố độĩ c truyề ốn t i đa 10 Mbit/s, phương phỏp truy n t i d i c sởề ả ả ơ và chi u dài m t o n m ng t i a 500 ề ộ đ ạ ạ ố đ một. Loại cỏp đồng trục thứ hai cú ký hiệu 10BASE2 được gọi là cỏp mỏng (thin
Ethernet), rẻ hơn nh ng h n ch mộ đ ạư ạ ế t o n m ng ph m vi 200 một và s lượng 30 ạ ở ạ ố trạm. Bảng 4.4: Mộ ố ạt s lo i cỏp truy n Ethernet thụng d ng ề ụ Tờn hiệu Tờn hiệu Tờn hiệu
Tờn hiệu Tờn hiệu Loại cỏLoại cỏLoại cỏLoại cỏLoại cỏp p p p p Chiều dài đoạn tối đa Chiều dài Chiều dài Chiều dài Chiều dài đoạn tối đa đoạn tối đa đoạn tối đa đoạn tối đa SSSSSố trạm tối đa/đoạn ố trạm tối đa/đoạn ố trạm tối đa/đoạn ố trạm tối đa/đoạn ố trạm tối đa/đoạn 10BASE5 Cỏp đồng trục dầy 500 m 100 10BASE2 Cỏp đồng trục mỏng 200 m 30 10BASE-T Đụi dõy xoắn 100 m 1024 10BASE-F Cỏp quang 2000 m 1024
Ba kiểu n i dõy với cỏp ố đồng trục và đụi dõy xoắn được minh họa trờn Hỡnh 4.20. Với 10BASE5, bộ nối được g i là vũi hỳt (vampire tap), úng vai trũ m t b thu phỏt ọ đ ộ ộ (transceiver). Bộ thu phỏt chứa vi mạch i n t thực hi n chđ ệ ử ệ ức năng nghe ngúng đường truyền và nhận bi t xung đột. Trong trường hợp xung đột ế được phỏt hiện, b thu phỏt ộ gửi một tớn hiệu khụng hợp lệ để tấ ảt c cỏc b thu phỏt khỏc c ng được bi t r ng xung ộ ũ ế ằ độ đt ó x y ra. Nh vậả ư y, ch c n ng c a module giao di n m ng được gi m nh . Cỏp n i ứ ă ủ ệ ạ ả ẹ ố giữa bộ thu phỏt và card giao diện mạng được gọi là cỏp thu phỏt, cú thể dài tới 50 một và chứa tới nă đm ụi dõy xoắn bọc lút riờng biệt (STP). Hai đụi dõy cần cho trao đổi dữ liệu, hai đụi cho truyền tớn hiệ đ ều i u khi n, cũn đụi dõy thứ ăể n m cú th s d ng cung ể ử ụ để cấp nguồn cho bộ thu phỏt. Một số bộ thu phỏt cho phộp n i t i tỏm tr m qua cỏc c ng ố ớ ạ ổ khỏc nhau, nhờ ậ v y tiết kiệm được số lượng b nộ ối cũng nh cụng lắ đặư p t.
Với 10BASE2, card giao diện mạng được nối với cỏp đồng trục thụng qua bộ nối th ụ động BNC hỡnh ch T. B thu phỏt được tớch h p trong b ng m ch i n t của module ữ ộ ợ ả ạ đ ệ ử giao diện m ng bờn trong mỏy tớnh. Nh v y, m i trạ ư ậ ỗ ạm cú mộ ộ thu phỏt riờng biệt. t b
10BASE5 T c ố độ truyền