1 2 N Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)
3.5 Cỏc linh kiện mạng khỏc Bộ nối (connector)
Bộ nối (connector)
Bộ nối là linh kiện liờn kết giữa cỏp truyền với phần cứng giao diện mạng của một thiết bị tham gia. Cỏc phớch cắm Sub-D (RS-485, RS-232), cỏc bộ nối chữ T (Ethernet), cỏc bộ nối cỏp quang (optical link module, OLM) là một vài vớ dụ tiờu biểu. Đối với cấu trỳc mạng đường thẳng kiểu daisy-chain, người ta cú thể kết hợp chức năng trở đầu cuối trờn bộ nối. Trờn Hỡnh 3.24 là hỡnh ảnh một phớch cắm PROFIBUS, trờn đú cú cụng tắc chuyển chế độ trở đầu cuối (ON = chặn, OFF = khụng chặn).
Hỡnh 3.24:Một bộ nối PROFIBUS (Sub-
D)
Thụng thường, cỏc bộ nối chỉ cú chức năng thớch ứng giao diện cơ học. Đối với một mạng cỏp quang, cỏc bộ nối thường phức tạp hơn rất nhiều. Bờn cạnh việc thực hiện việc chuyển đổi qua lại giữa cỏc tớn hiệu điện và quang, một số bộ nối quang cũn cú chức năng cỏch ly và by-pass để cú thể tỏch một trạm ra khỏi mạng trong trường hợp cú sự cố trờn trạm.
Bộ chia (hub)
Trong một mạng hoặc một phần mạng cú cấu trỳc hỡnh sao, một trạm trung tõm đúng vai trũ trung chuyển thụng tin một cỏch thụ động được gọi là bộ chia (hub,
tap, ports,...). Giống như một ổ chia điện, bộ chia chỉ cú chức năng đơn thuần là
phõn chia và chuyển tiếp thụng tin từ một cổng sang tất cả cỏc cổng cũn lại. Nguyờn tắc làm việc của bộ chia được minh họa trờn Hỡnh 3.25. Vớ dụ, thụng tin từ trạm 2 gửi cho một trạm bất kỳ cũng sẽ được chuyển tới tất cả cỏc trạm khỏc. Vỡ vậy, tuy cấu trỳc về mặt vật lý ở đõy là hỡnh sao, nhưng cấu trỳc về mặt logic lại là dạng bus.
Lưu ý rằng trong một số mạng đơn giản, vớ dụ DeviceNet hoặc AS-Interface, một module vào/ra cũng cú thể kết hợp đúng vai trũ một bộ chia.
104
1 2 3 1 2 3
HUB SWITCH
4 5 6 4 5 6
Hỡnh 3.25: Nguyờn tắc làm việc của bộ chia và bộ chuyển mạch
Bộ chuyển mạch (switch)
Một bộ chuyển mạch được sử dụng để ghộp nối nhiều thiết bị vào mạng, tương tự như một bộ chia. Khỏc với một bộ chia, một bộ chuyển mạch đúng vai trũ chủ động, kiểm soỏt toàn bộ cỏc hoạt động giao tiếp trong mạng. Thụng tin từ một trạm gửi tới một trạm khỏc khụng được chuyển tới cỏc cổng khỏc ngoài cổng tương ứng với trạm đớch. Hỡnh 3.25 bờn phải minh họa nguyờn tắc hoạt động của một bộ
chuyển mạch. Một bức điện từ trạm 2 gửi cho trạm 4 chỉ được chuyển tới cổng tương ứng với trạm 4. Cơ chế này giỳp cho hạn chế xung đột trờn đường truyền, đặc biệt với cỏc phương phỏp truy nhập bus ngẫu nhiờn.
105
BÀI 4: Cỏc hệ thống bus tiờu biểu
4.1 PROFIBUS
PROFIBUS (Process Field Bus) là một hệ thống bus trường được phỏt triển tại Đức từ năm 1987, do 21 cụng ty và cơ quan nghiờn cứu hợp tỏc. Sau khi được chuẩn húa quốc gia với DIN 19245, PROFIBUS đó trở thành chuẩn chõu Âu EN 50 170 trong năm 1996 và chuẩn quốc tế IEC 61158 vào cuối năm 1999. Bờn cạnh đú, PROFIBUS cũn được đưa vào trong chuẩn IEC 61784 – một chuẩn mở rộng trờn cơ sở IEC 61158 cho cỏc hệ thống sản xuất cụng nghiệp. Với sự ra đời của cỏc chuẩn mới IEC 61158 và IEC 61784 cũng như với cỏc phỏt triển mới gần đõy, PROFIBUS khụng chỉ dừng lại là một hệ thống truyền thụng, mà cũn được coi là một cụng nghệ tự động húa.
Với mục đớch quảng bỏ cũng như hỗ trợ việc phỏt triển và sử dụng cỏc sản phẩm tương thớch PROFIBUS, một tổ chức người sử dụng đó được thành lập, mang tờn
PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO). Từ năm 1995, tổ chức này nằm trong một
hiệp hội lớn mang tờn PROFIBUS International (PI) với hơn 1.100 thành viờn trờn toàn thế giới.
PROFIBUS định nghĩa cỏc đặc tớnh của một hệ thống bus cho phộp kết nối nhiều thiết bị khỏc nhau, từ cỏc cỏc thiết bị trường cho tới vào/ra phõn tỏn, cỏc thiết bị điều khiển và giỏm sỏt. PROFIBUS định nghĩa ba loại giao thức là PROFIBUS- FMS, PROFIBUS-DP và PROFIBUS-PA. FMS là giao thức nguyờn bản của PROFIBUS, được dựng chủ yếu cho việc giao tiếp giữa cỏc mỏy tớnh điều khiển và điều khiển giỏm sỏt. Bước tiếp theo là sự ra đời của DP vào năm 1993 - một giao thức đơn giản và nhanh hơn nhiều so với FMS. PROFIBUS-DP được xõy dựng tối ưu cho việc kết nối cỏc thiết bị vào/ra phõn tỏn và cỏc thiết bị trường với cỏc mỏy tớnh điều khiển. PROFIBUS-FMS và PROFIBUS-DP lỳc đầu được sử dụng phổ biến trong cỏc ngành cụng nghiệp chế tạo, lắp rỏp. Tuy nhiờn gần đõy, vai trũ của PROFIBUS-FMS ngày càng mờ nhạt bởi sự cạnh tranh của cỏc hệ dựa trờn nền Ethernet (Ethernet/IP, PROFINet, High-Speed Ethernet,...). Trong khi đú, phạm vi ứng dụng của PROFIBUS-DP ngày càng lan rộng sang nhiều lĩnh vực khỏc. PROFIBUS-PA là kiểu đặc biệt được sử dụng ghộp nối trực tiếp cỏc thiết bị trường trong cỏc lĩnh vực tự động húa cỏc quỏ trỡnh cú mụi trường dễ chỏy nổ, đặc biệt trong cụng nghiệp chế biến. Thực chất, PROFIBUS-PA chớnh là sự mở rộng của PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực cụng nghiệp chế biến. Ngày nay, PROFIBUS là hệ bus trường hàng đầu thế giới với hơn 20% thị phần và với hơn 5 triệu thiết bị lắp đặt trong khoảng 500.000 ứng dụng. Cú thể núi, PROFIBUS là giải phỏp chuẩn, đỏng tin cậy cho nhiều phạm vi ứng dụng khỏc nhau, đặc biệt là cỏc ứng dụng cú yờu cầu cao về tớnh năng thời gian.
4.1.1 Kiến trỳc giao thức
PROFIBUS chỉ thực hiện cỏc lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mụ hỡnh qui chiếu OSI, như minh họa trờn Hỡnh 4.1. Tuy nhiờn, PROFIBUS-DP và -PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu húa việc trao đổi dữ liệu quỏ trỡnh giữa cấp điều khiển với cấp chấp hành. Một số chức năng cũn thiếu được bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm trờn lớp 7. Bờn cạnh cỏc hàm dịch vụ DP cơ sở và mở rộng được qui định tại lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI cũn đưa ra một số qui định chuyờn biệt (profiles) về đặc tớnh và chức năng đặc thự của thiết bị cho một số lĩnh vực ứng dụng tiờu biểu.
106
Cỏc đặc tả này nhằm mục đớch tạo khả năng tương tỏc và thay thế lẫn nhau của thiết bị từ nhiều nhà sản xuất.