3.3. YấU CẦU CHO HỆ THỐNG TRUYỀN DỮ LIỆU QUỸ ĐẠO ĐẾN CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
Sau khi đó nội suy đƣợc quỹ đạo, cụ thể là cỏc toạ độ khớp tại cỏc điểm thời gian rời rạc, ta phải truyền dữ liệu cỏc toạ độ này xuống cỏc bộ điều khiển cho từng khớp. Cú 2 giải phỏp truyền dữ liệu xuống cỏc bộ điều khiển:
Truyền toàn bộ dữ liệu của cả quỹ đạo trƣớc khi cú lệnh chạy thực. Giải phỏp này làm giảm lƣu lƣợng của mạng truyền thụng trong lỳc chạy nờn cú tớnh năng thời gian tốt, nhƣng yờu cầu cỏc bộ điều khiển phải cú bộ nhớ lớn và một cơ chế để đồng bộ chuyển động của cỏc khớp.
Truyền dữ liệu của từng điểm hoặc một phần của quỹ đạo trong khi đang chạy thực. Giải phỏp này yờu cầu lƣu lƣợng lớn của mạng truyền thụng nờn để đạt đƣợc tớnh năng thời gian mong muốn thỡ tốc độ mạng truyền thụng phải khỏ cao. Tuy nhiờn ƣu điểm của giải phỏp này là khụng yờu cầu bộ nhớ lớn tại cỏc bộ điều khiển và việc truyền dữ liệu trong lỳc chạy cú thể sử dụng để đồng bộ chuyển động của cỏc khớp.
Việc xõy dựng một hệ thống mạng truyền thụng cho hệ điều khiển phõn tỏn đƣợc trỡnh bày cụ thể trong chƣơng 4.
CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG CƠ SỞ TRUYỀN THễNG TRONG HỆ ĐIỀU KHIỂN PHÂN TÁN
Một mạng truyền dữ liệu là một trong những nền tảng cơ bản để hỡnh thành một hệ thống điều khiển phõn tỏn. Với hệ phõn tỏn, chức năng điều khiển đƣợc chia nhỏ ra cỏc bộ điều khiển riờng và cỏc bộ điều khiển đƣợc nối với nhau thụng qua mạng truyền dữ liệu. Mạng truyền thụng làm nhiệm vụ kết nối toàn bộ hệ thống với nhau. Trong hệ điều khiển truyền động, yờu cầu cập nhật vị trớ của cỏc khớp (hoặc vị trớ điểm tỏc động cuối trong khụng gian) là một yờu cầu tối quan trọng. Ngoài ra mạng truyền thụng cũn phải bảo đảm truyền chớnh xỏc cỏc vị trớ, tốc độ, gia tốc... và cỏc lệnh chạy/dừng đến từng bộ điều khiển.
Do đú, mạng truyền thụng sử dụng cho hệ thống điều khiển phõn tỏn cỏc hệ truyền động phải bảo đảm tốc độ truyền thụng cao và khả năng chống lỗi (nhiễu) rất cao. Điều này yờu cầu một hệ thống phần cứng, cỏc đặc tả điện ỏp, dũng điện... thoả món một số tiờu chuẩn cụ thể. Bờn cạnh đú, việc tổ chức dữ liệu để truyền qua mạng nhằm tận dụng hiệu suất truyền thụng tối đa của mạng cũng rất quan trọng. Phần mềm (firmware nạp cho cỏc vi xử lý trong cỏc bộ điều khiển) sẽ phải đƣợc tổ chức dựa trờn một hệ thống cỏc cấu trỳc bản tin.
Chuẩn truyền thụng cụng nghiệp CAN là một chuẩn mở, đƣợc quản lý bởi Tổ chức CAN (CAN ORG). CAN là một chuẩn mở, đƣợc rất nhiều nhà sản xuất hỗ trợ nờn đƣợc ứng dụng rất rộng rói trong thực tế. Tỏc giả đó lựa chọn CAN làm nền tảng cho cho phần cứng mạng truyền thụng trong hệ điều khiển phõn tỏn robot SHEPHENT.
CAN chỉ quy định cỏc tiờu chuẩn phần cứng, phỏt hiện lỗi và hỗ trợ đến cỏc khung bản tin đƣợc truyền trờn mạng. Nội dung cỏc bản tin cũng nhƣ một chiến lƣợc truyền thụng đƣợc ngƣời sử dụng quy định. Chi tiết về CAN cũng nhƣ phần cứng cụ thể tỏc giả sử dụng để triển khai CAN đƣợc trỡnh bày cụ thể trong 4.1. Dựa trờn khung bản tin mà CAN hỗ trợ, tỏc giả xõy dựng chuẩn truyền thụng VCCAN với cỏc đặc tả bản tin đƣợc tối ƣu cho hệ thống điều khiển chuyển động phõn tỏn. 4.2 và 4.3 mụ tả một số bộ vi xử lý hỗ trợ CAN với cỏc tớnh năng linh hoạt, sẽ đƣợc sử dụng để xõy dựng cỏc bộ điều khiển trong hệ thống. VCCAN đƣợc trỡnh bày cụ thể trong 4.4.
4.1. MẠNG TRUYỀN THễNG CễNG NGHIỆP CAN
CAN (Controller Area Network) là một chuẩn truyền thụng cụng nghiệp đƣợc sử dụng rất rộng rói. Toàn bộ tài liệu kỹ thuật của CAN cú thể đƣợc tỡm thấy tại địa chỉ website của Tổ chức CAN. Chƣơng này trỡnh bày một số chi tiết quan trọng trong chuẩn CAN, đƣợc trớch dẫn chủ yếu trong [5], [9].
CAN xuất phỏt là một phỏt triển chung của hai hóng Bosch và Intel phục vụ việc nối mạng trong cỏc phƣơng tiện giao thụng cơ giới để thay thế cỏch nối điểm - điểm cổ điển, sau đƣợc chuẩn hoỏ quốc tế trong ISO-11898. Trong một số chủng loại ụtụ cỡ lớn, chiều dài dõy dẫn tổng hợp trong cỏch nối điểm-điểm cú thể lờn tới vài kilụmột, tớnh riờng khối lƣợng dõy dẫn lờn tới hàng trăm kilụgam. Chỉ cần quan tõm đến cỏc yếu tố này cũng cú thể thấy hiệu quả của việc sử dụng một hệ thống bus trƣờng nhƣ CAN. Nhờ tốc độ truyền dẫn tƣơng đối cao ở khoảng cỏch ngắn cũng nhƣ ƣu thế ở một số đặc tớnh khỏc mà cụng nghệ này cũng đó thõm nhập đƣợc vào nhiều lĩnh vực tự động hoỏ quỏ trỡnh cụng nghiệp.
4.1.1. Kiến trỳc giao thức
Đối chiếu với mụ hỡnh ISO/OSI, CAN định nghĩa lớp liờn kết dữ liệu gồm 2 lớp con (LLC và MAC) cũng nhƣ phần chớnh của lớp vật lý (Hỡnh 4.1).
Lớp vật lý đề cập tới việc truyền tớn hiệu, vỡ thế định nghĩa cụ thể phƣơng thức định thời, tạo nhịp bớt (bit timing), phƣơng phỏp mó hoỏ bớt và đồng bộ hoỏ. Tuy nhiờn, chuẩn CAN khụng quy định cỏc đặc tớnh của cỏc bộ thu phỏt, với mục đớch cho phộp lựa chọn một trƣờng truyền cũng nhƣ mức tớn hiệu thớch hợp cho từng ,lĩnh vực ứng dụng.
Lớp điều khiển truy cập mụi trƣờng (MAC) là phần cốt lừi trong kiến trỳc giao thức CAN. Lớp MAC cú trỏch nhiệm tạo khung thụng bỏo, điều khiển truy cập mụi trƣờng, xỏc nhận thụng bỏo và kiểm soỏt lỗi.
Lớp điều khiển liờn kết lụgic (LLC) đề cập tới cỏc dịch vụ gửi dữ liệu và yờu cầu giữ liệu từ xa, thanh lọc thụng bỏo, bỏo cỏo tỡnh trạng quỏ tải và phục hồi trạng thỏi.
Trong phiờn bản CAN2.OB, đặc tả CAN chỉ định nghĩa lớp MAC và một phần lớp LLC. Trong cỏc phiờn bản trƣớc đú, hai lớp con của lớp liờn kết dữ liệu đƣợc
Automation), Device.Net (Allen-Bradley) và SDS (Honeywell), giao thức và cỏc dịch vụ của lớp ứng dụng đƣợc định nghĩa cụ thể. Cũng nhƣ nhiều chuẩn bus trƣờng khỏc, cỏc lớp từ 3 đến 6 khụng thể hiện ở CAN. CAL, DeviceNet, SDS Lớp 3 –6 (Khụng thể hiện) LLC - Điều khiển liờn kết kogic
MAC - Điều khiờn truy nhập mụi trƣờng
Mó hoỏ bớt,
Tạo nhịp/đồng bộ nhịp (Bộ thu phỏt)