Mở đầu một khung MAC là 56 bit 0 và 1 luân phiên, tức 7byte giống nhau có giá trị 55H. Với mã Manchester, tín hiệu tương ứng sẽ có dạng tuần hồn, được bên nhận sử dụng để đồng bộ nhịp với bên gửi. Như vậy, việc đồng bộ hóa chỉ được thực hiện một lần cho cả bức điện. Ở tốc độ truyền 10 Mbit/s, khoảng thời gian đồng bộ hóa là 5,6μs. Tiếp sau là một byte SFD (Start of Frame Delimiter) chứa dãy bit 10101011, đánh dấu khởi đầu khung MAC. Đúng ra, dãy bít mở đầu và byte SFD không thực sự thuộc vào khung MAC.
Theo 802.3, địa chỉ đích và địa chỉ nguồn có thể là 2 hoặc 6 byte, nhưng chuẩn qui định cho truyền dải cơ sở 10 Mbit/s (tức 10BASEx) chỉ sử dụng địa chỉ 6 byte. Bit cao nhất trong địa chỉ đích có giá trị 0 cho các địa chỉ thơng thường và giá trị 1 cho các địa chỉ nhóm. Đối với các thông báo gửi cho tất cả các trạm (broadcast), tất cả các bit trong địa chỉ đích sẽ là 1.
b) Truy nhập bus
Một vấn đề lớn thường gây lo ngại trong việc sử dụng Ethernet ở cấp trường là phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên CSMA/CD và sự ảnh hưởng tới hiệu suất cũng như tính năng thời gian thực của hệ thống. Ở đây, một trong những yếu tố quyết định tới hiệu suất của hệ thống là thuật tốn tính thời gian chờ truy nhập lại cho các trạm trong trường hợp xảy ra xung đột.
Thời gian lan truyền tín hiệu một lần qua lại đường truyền được gọi là khe thời gian. Giá trị này được tính cho tối đa 2,5km đường truyền và bốn bộ lặp là 512 thời gian bit hay 51,2 μs. Sau lần xảy ra xung đột đầu tiên , mỗi trạm sẽ chọn ngẫu nhiên 0 hoặc 1 lần khe thời gian chờ trước khi thử gửi lại. Nếu hai trạm ngẫu nhiên cùng chọn một khoảng thời gian, hoặc có sự xung đột mới với một trạm thứ ba, thì số khe thời gian lựa chọn chờ sẽ là 0, 1, 2 hoặc 3. Sau lần xung đột thứ i, số khe thời gian chọn ngẫu nhiên nằm trong khoảng từ 0 tới 2i - 1. Tuy nhiên, sau mười lần xung đột, số khe thời gian chờ tối đa sẽ được giữ lại ở con số 1023. Sau 16 lần xung đột liên tiếp, các trạm sẽ coi là lỗi hệ thống và báo trở lại lớp giao thức phía trên. Thuật toán nổi tiếng này được gọi là Binary Exponential Backoff (BEB).
33
c) Kiến trúc giao thức TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiên cứu và phát triển giao thức trong mạng chuyển mạch gói thử nghiệm mang tên Arpanet do ARPA (Advanced Research Projects Agency) thuộc Bộ quốc phòng Hoa kỳ tài trợ. Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ cả một tập giao thức và dịch vụ truyền thông được công nhận thành chuẩn cho Internet. Cho đến nay, TCP/IP đã xâm nhập tới rất nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, trong đó có các mạng máy tính cục bộ và mạng truyền thơng cơng nghiệp.
Nếu tách riêng TCP và IP thì đó là những chuẩn riêng về giao thức truyền thông, tương đương với lớp vận chuyển và lớp mạng trong mơ hình OSI. Nhưng người ta cũng dùng TCP/IP để chỉ một mơ hình truyền thông, ra đời trước khi có chuẩn OSI.
Lớp ứng dụng
Nếu tách riêng TCP và IP thì đó là những chuẩn riêng về giao thức truyền thông, tương đương với lớp vận chuyển và lớp mạng trong mơ hình OSI. Nhưng người ta cũng dùng TCP/IP để chỉ một mơ hình truyền thơng, ra đời trước khi có chuẩn OSI.
Lớp vận chuyển
Cơ chế bảo đảm dữ liệu được vận chuyển một cách tin cậy hồn tồn khơng phụ thuộc vào đặc tính của các ứng dụng sử dụng dữ liệu. Chính vì thế, cơ chế này được sắp xếp vào một lớp độc lập để tất cả các ứng dụng khác nhau có thể sử dụng chung, được gọi là lớp vận chuyển. Có thể nói, TCP là giao thức tiêu biểu nhất, phổ biến nhất phục vụ việc thực hiện chức năng nói trên. TCP hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối.
Bên cạnh TCP, giao thức UDP (User Data Protocol) cũng được sử dụng cho lớp vận chuyển. Khác với TCP, UDP cung cấp dịch vụ khơng có nối cho việc gửi dữ liệu mà khơng đảm bảo tuyệt đối đến đích, khơng đảm bảo trình tự đến đích của các gói dữ liệu. Tuy nhiên, UDP lại đơn giản và hiệu suất, chỉ đòi hỏi một cơ chế xử lý giao thức tối thiểu, vì vậy thường được dùng làm cơ sở thực hiện các giao thức cao cấp theo yêu cầu riêng của người sử dụng; một ví dụ tiêu biểu là giao thức SNMP.
Lớp internet
Tương tự như lớp mạng ở OSI, lớp Internet có chức năng chuyển giao dữ liệu giữa nhiều mạng được liên kết với nhau. Giao thức IP được sử dụng ở chính lớp này, như cái tên của nó hàm ý. Giao thức IP được thực hiện khơng những ở các thiết bị đầu cuối, mà cịn ở các bộ router. Một router chính là một thiết bị xử lý giao thức dùng để liên kết hai mạng, có chức năng chuyển giao dữ liệu từ một mạng này sang một mạng khác, trong đó có cả nhiệm vụ tìm đường đi tối ưu.
Lớp truy nhập mạng
Lớp truy nhập mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bị trong cùng một mạng. Các chức năng bao gồm việc kiểm sốt truy nhập mơi trường truyền dẫn, kiểm lỗi và lưu thông dữ liệu, giống như lớp liên kết dữ liệu trong mơ hình OSI.
Lớp vật lý
Giống như trong mơ hình OSI, lớp vật lý đề cập tới giao diện vật lý giữa một thiết bị truyền dữ liệu (ví dụ máy tính PC, PLC) với môi trường truyền dẫn hay mạng, trong đó có đặc tính tín hiệu, chế độ truyền, tốc độ truyền và cấu trúc cơ học các phích cắm/giắc cắm.
So sánh giữa TCP/IP và OSI là một ví dụ làm sáng tỏ bản chất và ý nghĩa thật sự của mơ hình qui chiếu OSI. Trong thực tế khơng có một giao thức nào được gọi là giao thức OSI, cũng khơng có dịch vụ nào được gọi là dịch vụ OSI. Ta chỉ có thể sắp xếp giao thức nào, dịch vụ nào thuộc lớp nào hay tương đương với lớp nào trong mơ hình qui chiếu này.
2.3.3 Các thiết bị hỗ trợ Bộ chuyển mạch (switch) Bộ chuyển mạch (switch)
Một bộ chuyển mạch được sử dụng để ghép nối nhiều thiết bị vào mạng, tương tự như một bộ chia. Thông tin từ một trạm gửi tới một trạm khác không được chuyển tới các cổng khác ngồi cổng tương ứng với trạm đích. Một bức điện từ trạm 2 gửi cho trạm 4 chỉ được chuyển tới cổng tương ứng với trạm 4. Cơ chế này giúp cho hạn chế xung đột trên đường truyền, đặc biệt với các phương pháp truy nhập bus ngẫu nhiên.
35
CHƯƠNG 3. PLC SIEMENS VÀ CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG 3.1 PLC S7-1200 và các giao thức truyền thông
3.1.1 Giới thiệu PLC S7-1214C
PLC S7-1200 là bộ điều khiển có sự linh hoạt và sức mạnh để kiểm soát nhiều loại thiết bị hỗ trợ cho nhu cầu tự động hóa của bạn. Với thiết kế nhỏ gọn, cấu hình linh hoạt và bộ hướng dẫn mạnh mẽ kết hợp để biến S7-1200 thành một giải pháp hồn hảo để kiểm sốt nhiều ứng dụng.
CPU là sự kết hợp của một bộ vi xử lí, bộ nguồn được tích hợp sẵn, các cổng input và output, tích hợp cổng kết nối PROFINET, bộ đếm tốc độ cao, và các cổng vào analog input được tích hợp trong một khối nhỏ gọn để tạo nên một bộ điều khiển mạnh mẽ. Sau khi tải xuống chương trình, CPU chứa những logic để kiểm sốt và giám sát những thiết bị trong yêu cầu của người điều khiển. CPU đọc giá trị đầu vào và thay đổi những giá trị đầu ra theo logic trong chương trình, có thể bao gồm các phép tốn cơ bản, PID, bộ đếm, thời gian, hay là giao tiếp với các thiết bị thơng minh khác.
S7-1214 có một số tính năng bảo mật giúp bảo vệ quyền truy cập vào cả CPU và chương trình điều khiển (Tất cả các CPU đều cung cấp bảo vệ bằng Password chống truy cập vào PLC: Tính năng “know-how protection” để bảo vệ các block đặc biệt của mình). S7-1214 cung cấp một cổng PROFINET, hỗ trợ chuẩn Ethernet và TCP/IP. Ngoài ra cịn có thể dùng các module truyền thông mở rộng kết nối bằng RS485 hoặc RS232.
Phần mềm dùng để lập trình cho S7-1214 là Step7 Basic hỗ trợ ba ngơn ngữ lập trình FBD, LAD và SCL. Phần mềm này được tích hợp trong TIA Portal của Siemens.