Mang Truyen Thong Cn

MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Industrial Communication Networks

Nguyễn Tấn Đời EEE HCMUTE

19-Feb-09 Industrial Comunication Networks2

Nội dung:

Các khái niệm cơ bảnYêu cầu và phân cấp mạngMô hình mạng OSICác môi trường truyềnCác phương pháp truy cập mạngCác khái niệm ở cấp ứng dụngCác thiết bị kết nốiAS-iCANopen


Nội dung (tt)

DeviceNetEthernetProfibusInterbusModbusSo sánh các loại mạngPLC thực hiện chức năng truyền thông

19-Feb-09 Industrial Comunication Networks 4

Các thành phần sử dụng trong truyền thông

Data có thể là ánh sáng, âm thanh, hình ảnh, điện áp, …

Khái niệm cơ bản


Các phương pháp truyền

Data có thể được truyền dạng Analog. Truyền liên tục.

Data có thể được truyền dạng Digital. Truyền gián đoạn (lấy mẫu truyền)







Truyền nối tiếp:• Đường truyền sử dụng 3 dây dẫn: thu, phát và

mass.• Các bit được phát liên tiếp nhau.

Truyền song song:• Các bit được phát cùng lúc.• Sử dụng cho đường truyền ngắn, các kênh dễ

gây nhiễu với nhau, chất lượng tín hiệu kém.



Phương pháp truyền nối tiếp

Truyền nối tiếp đồng bộ:• Dữ liệu được phát liên tục.• Tín hiệu đồng bộ được phát song song với dữ liệu

Truyền nối tiếp bất đồng bộ :• Dữ liệu được phát theo kiểu ko đều nhau, dù

khoảng thời gian của 2 bit là cố định.• Các bit đồng bộ (Start và Stop) được đặt chung

với dữ liệu.



Mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp là khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng sử dụng ghép nối các thiết bị công nghiệp.Phần lớn các mạng truyền thông sử dụng phương pháp truyền tín hiệu số nối tiếp bất đồng bộ bán song công để giảm giá thành và tăng độổn định của đường truyền.half duplex asynchronous serial digital tranmission



Các yêu cầu và phân cấp mạng

Yêu cầu của mạng

Lượng datađược phát Yêu cầu về

tốc độ


Các bus và mạng



Các loại mạng

Ethernet TCP/IP: mạng nội bộ, ở level 2 và level 3CANopen: mạng theo giao thức truyền và cấu hình thiết bị cho các hệ thống nhúng trong tự động hóa.ASi: mạng kết nối thiết bịModbus RS485: mạng giao thức truyền nối tiếp của Modicon-1979.Devicenet, Profibus, Interbus: kết nối thiết bị



Mô hình OSIOpen System Interconnection

Mô hình mạng cho hệ thống truyền thông mở đối với mạng kết hợp, không đồng nhất.Hình thành nên các tiêu chuẩn trong truyền thôngMô hình gồm 7 lớp, tạo ra một khung chuẩn hóa trong truyền thông.Các nhà sản xuất thiết bị tự động, thiết bị dữ liệu đầu cuối đêu dựa theo mô hình này để chế tạo thiết bị.

Mô hình OSI


Mô hình OSIOpen System Interconnection

Mô hình OSI


Môi trường vật lý

Các môi trường truyền thông dụngCác tiêu chuẩn cho cáp đôi xoắnMột số Topo mạng khác



Các môi trường truyền thông dụng

Môi trường tạo nên chất lượng truyền:• Tốc độ• Khoảng cách• Miễn nhiễu

Các môi trường thông dụng:• Cáp xoắn• Cáp đồng trục• Cáp quang



Các chuẩn truyền cho cáp xoắn

RS232: • Kết nối điểm-điểm qua đầu nối 9/25 chân• Khoảng cách <15m, tốc độ <20kbps

RS422A: • Truyền song công trên bus 4 dây (2 phát/2 thu)• Miễn nhiễu tốt. Khoảng cách max 1200m,120kbps

RS485:• Cùng đặc tính RS422A nhưng sử dụng cáp 2 dây• Truyền bán song công trên bus 2 dây.



Các loại Topo mạngMôi trường vật lý


Các phương pháp truy cập mạng


Master – SlaveToken ringRandom access


Master - Slave

Vị trí: tại lớp Link layer trong mô hình OSIMaster là thiết bị xử lý điều khiển trên môi trườngSlave là thiết bị xử lý theo yêu cầu của Master



Token ring

Vị trí: tại lớp Link layer trong mô hình OSICác thành viên của RING thu được quá trình xử lý trên mạng dựa trên xác nhận của TOKENTOKEN là nhóm bit được truyền luân phiên trên các địa chỉmạng từ nút này qua nút khác



Random access

Vị trí: tại lớp Link layer trong mô hình OSITheo phương pháp Carrier Sense Multiple Access: tập hợp các luật để giải quyết trên mạng khi có từ 2 thiết bịcùng xử lý đường truyền (xung đột)

CSMA là loại giao thức cạnh tranh

Ngay khi có yên lặng, người nào muốn nói sẽ nói



CSMA

CSMA/CD – Collison Detect: Destructive collision• Nhận biết xung đột• Dừng frame đang phát• Xáo trộn việc phát frame• Chờ thời gian ngẫu nhiên• Phát lại frame

CSMA/CA – Collision Avoidance: Non destructive collision• Không loại bỏ xung đột• Dừng truyền thiết bị có độ ưu tiên thấp• Truyền hết frame có độ ưu tiên cao• Phát lại frame có độ ưu tiên thấp

Mạng Ethernet

Mạng CAN



Các khái niệm sử dụng trong cấp ứng dụng

Các khái niệm dùng trong cấp ứng dụng

Client –ServerProducer –ConsumerTraffic typesThe concept of a profile


Client – Sever

Client là thiết bị yêu cầu dịch vụ trên mạngSever là thiết bị đáp ứng yêu cầu từ Client



Producer – Consumer

Producer là thiết bị tạo ra thông tinConsumer là thiết bị sử dụng thông tin này



Các loại dữ liệu truyền

Dữ liệu tuần hoàn: dữ liệu được cập nhật liên tục theo thời gian định trướcMột lượng nhỏ thông tin được cập nhật thường xuyênDữ liệu ko tuần hoàn: dữ liệu được cập nhật theo yêu cầu hay theo một sự kiện nào đó. Dữ liệu này được sử dụng khi thực hiện đặt cấu hình và cài đặt hoặc dùng trong chẩn đoán sự cố.Phần lớn thông tin không phải theo thời gian



Hệ thống mở - Open System

Hệ thống mở bao gồm các thành phần cótính Interoperable và InterchangeableInteroperability là khả năng truyền dễ dàng với các thiết bị khác tuân theo protocolInterchangeability là khả năng thay thế thiết bị này với thiết bị khác hãng sản xuấttuân theo profile



Khái niệm về Profile

Profile là cách chuẩn hóa dùng trong mô tả các chức năng của các thiết bị trong mạng.Mô tả này gắn với các cú pháp nghiêm ngặtDữ liệu được tập hợp theo chức năng:• Nhận dạng: tên, họ, tham chiếu, sản xuất, …• Đặc tính truyền: tốc độ, loại và kích thước tin trao đổi…• Phạm vi ứng dụng: các biến được truy cập khi đọc, ghi,

chạy, dừng, …Phần lớn các Profile được cung cấp ở dạng file điện tử: EDS, GSD,…chứa trong CDRom kèm theo sản phẩm



Các thiết bị kết nối mạng

Các thiết bị kết nối

RepeaterHubSwitchTransceiverBridgeRouterGateway


Repeater – Hub – Switch



Transceiver – Bridge



Router – Gateway



Mạng ASiActuator Sensor Interface

Mạng ASi

HistoryASi and the ISO modelPhysical layerLink layerApplication layerProfilesStrengths -Weaknesses


Lịch sử phát triển

1990: 2 trường ĐH và 11 công ty hợp tác tạo ra mạng AS-i nhằm giảm giá thành trong kết nối giữa các Actuator và Sensor.1992: tạo ra chip AS-i đầu tiên, hình thành hiệp hội AS-i quốc tế http://www.as-interface.net/1995: hình thành các hiệp hội quảng bá quốc gia (Pháp, Hà Lan, Anh)2001: xuất hiện phiên bản AS-i V2 có 62 slave, hỗtrợ thiết bị analog, cải tiến việc chẩn đoán.

Mạng ASi


ASi và mô hình OSI

Mạng ASi


Lớp vật lý – physical layer

Môi trường: sử dụng cáp dẹp 2 dây có phân cực Có thể sử dụng cáp tròn ko bọc giápTopo mạng: tự do, ko có đầu cuốiKhoảng cách max: 100m ko dùng trạm lặp

300m có trạm lặp.Tốc độ: 167kbps1 lần thực hiện trao đổi dữ liệu 150mschu kỳ quét 5ms cho 31 slave/10ms cho 62 slaveSố lượng thiết bị max: V1: 1 master + 31 slaveV2: 1 master + 62 A/B slave

Mạng ASi


Các kiểu kết nối

Siemens Schneider

Mạng ASi


Ví dụ mạng ASi

Mạng ASi

Siemens


Ví dụ mạng ASi

Mạng ASi

Schneider


Lớp Liên kết – Link layer

Phương pháp xử lý: Master – SlaveDữ liệu: 4 bit Output cho 1 yêu cầu (3 bit đối với ASi V2)4 bit Input cho 1 đáp ứngAn toàn đường truyền:Có nhiều việc kiểm tra ở cấp độ bit và framestart bit, chiều dài khoảng dừng giữa 2 bit, tính chẵn lẻ cuối frame, end bit, chiều dài frame

Mạng ASi


Lớp ứng dụng – Application layer

Quản lý mạng: định địa chỉ, nhận dạng, đặt tham số, reset.Trao đổi I/O: trao đổi dữ liệu• Max 4 bit Output với slave chuẩn, 3 bit với slave A/B• Max 4 bit Input• Chu kỳ: 5ms với 31 slve và 10ms với 62 slave

Giám sát mạng: đọc trạng thái• Đối với các slave của mạng Asi V2 sẽ có phản hồi lỗi I/O• Chu kỳ: 155ms với 31 slave, 310ms với 62 slave

Truyền tham số: ghi tham số thông qua chương trình• Max 4 bit Output với slave chuẩn, 3 bit với slave A/B• Max 155ms với 31 slave, 310ms với 62 slave

Mạng ASi


Profile

Nhằm đảm bảo khả năng thay thế giữa các sản phẩm, mỗi slave được nhận dạng bằng 1 profile cố định ghi trên chip silicon (read-only)Profile của slave Asi V1 được xác định bằng 2 sốHEXProfile của slave Asi V2 được xác định bằng 4 sốHEX

Mạng ASi


Profile

Mạng ASi


Mạng CANopenControll Area Network

Mạng CAN

HistoryCANopen and the ISO modelPhysical layerLink layerApplication layerProfilesStrengths -Weaknesses


Lịch sử phát triển

1980: từ yêu cầu trong ngành công nghiệp ôtô, hãng sản xuất thiết bị Bosch tạo ra mạng CAN1991: mạng CiA (CAN in Automaiton) được tạo ra đẩy mạnh các ứng dụng công nghiệp1993: các đặc tính của lớp ứng dụng CAL (CAN Aplication Layer) được đưa ra bằng cách mô tả cơ chếtruyền của CiA nhưng ko cho biết khi nào và bằng cách nào sử dụng chúng.1995: CiA đưa ra profile truyền thông DS 301 – CANopen 2001: CiA đưa ra DS 304 được sử dụng tích hợp với các thiết bị an toàn theo tiêu chuẩn bus CANopen (CANsafe)

Mạng CAN


CANopen và mô hình OSI

Mạng CAN


Physical layer

Môi trường truyền: cáp đôi xoắn bọc vỏ 2 dây

Topo mạng: loại bus, có điện trở 120Ω giới hạn đường truyền

Khoảng cách: max 1000mTốc độ: 10kbps đến 1MbpsSố lượng thiết bị: 128

1 Master + 127 Slave

Mạng CAN


Connectors

Mạng CAN


Ví dụ mạng

Mạng CAN


Link layer

Phương pháp xử lý: CSMA/CAMỗi thiết bị sẽ gởi dữ liệu ngay khi bus trốngMô hình truyền: Producer/ConsumerCó mã nhận dạng 11 bit ở đầu thông tin cho bộ thu biết loại dữ liệu, và bộ thu sẽ quyết định có nhận hay ko.Độ lớn dữ liệu: max 8 byte trong 1 frameAn toàn đường truyền: mạng công nghiệp cục bộ tốt nhấtNhiều thiết bị kiểm tra và báo hiệu lỗi giúp đảm bảo độan toàn cao cho đường truyền.

Mạng CAN


Application layer

Quản lý mạng: cài đặt tham số, khởi động, giám sát(Master-Slave)Truyền dữ liệu dung lượng thấp (<8byte) trong thời gian thực : theo phương pháp PDO-Process Data Object (Producer/Consumer)Truyền dữ liệu dung lượng cao (>8byte) bằng cách phân đoạn ko giới hạn thời gian: theo phương pháp SDO-Service Data Object (Client/Server) Các thông tin quản lý đồng bộ, thời gian, lỗi: SFO-Special Function Object.

Mạng CAN


Application layer

Function code: dùng mã hóa 2 thu PDO, 2 phát PDO, …Node ID: tương đương địa chỉ của sản phẩm đã được mã hóa.

Mạng CAN

11 bit nhận dạng


Profile

Profile của mạng CANopen dựa trên khái niệm từ điển đối tượng – Device Object Dictionary ODOD là một nhóm các đối tượng được truy cập thông qua một nhãn 16 bit, nếu cần thiết có thể thêm nhãn phụ 8 bit.Mỗi nút mạng có một OD là một file EDS (Electronic Data Sheet) dạng mã ASCIITừ điển này chứa tất cả các phần tử mô tả nút đócùng với các đặc tính mạng của nó.

Mạng CAN


Profile

Mạng CAN


2 loại Profile

DS-301: profile truyền thôngMô tả cấu trúc tổng quát của OD và các đối tượng trong vùng truyền thông. Sử dụng cho tất cả các thiết bị trong mạng CANopenDSP-4XX: profile thiết bịMô tả các đối tượng chuẩn kết hợp với các loại sản phẩm khác nhau (các module I/O, thiết bị đo lường)Một vài đối tượng là bắt buộc, một số khác là tùy chọn, một số là chỉ đọc, một số đọc/ghi.

Mạng CAN

Documents

Mang Truyen Thong Cn