Bài giảng Các hệ thống tin học công nghiệp - Chương 2: Industrial Communications and Networking

P Slaves 
(Trao đổi dữ liệu Slave 
 Master)
ƒ Trong cơ chế này, DP 
Master polling lần lượt 
các slave, gửi và nhận 
dữ liệu với slave đó. Địa 
chỉ vào/ra của các slave 
được đánh tự động khi 
đặt cấu hình mạng Hình 214. Trao đổi dữ liệu 
DP Master – Slave (a)
• Đặt cấu hình với Intelligent 
DP Slave (Trao đổi dữ liệu 
trực tiếp Slave Master)
ƒ I-Slave là các thiết bị có khả 
năng thao tác độc lập và tự xử
lý số liệu với các cơ cấu chấp 
hành gắn với nó trước khi gửi 
số liệu về master (như CPU S7, 
Drives...). 
ƒ Master không trực tiếp truy 
nhập các I/O module gắn với I-
slave, mà chỉ truy nhập vào 
vùng địa chỉ của CPU của I-
slave. Do đó, địa chỉ của các 
I/O module do I-slave quản lý, 
được đặt trong khi khai báo cấu 
hình mạng cho DP I-slave.
Hình 215. Trao đổi dữ
liệu ISlave – Master (b)
• Trao đổi dữ liệu 
trực tiếp Slave > 
Islave
ƒ Các DP Slave có
thể trao đổi dữ
liệu trực tiếp với 
các Intelligent 
slave với tốc độ
cao mà không 
qua master.
Hình 216. Trao đổi dữ
liệu Slave-Islave (c)
• Trao đổi dữ liệu qua 2 trạm: trực tiếp Slave => Islave
ƒ Các intelligent slave có thể đọc dữ liệu từ các slave với tốc 
độ cao, cả các slave cùng hay khác master với i-slave đó.
Hình 217. Direct data XCGH (d)
• Trao đổi dữ liệu giữa 2 trạm Master (Trao đổi dữ liệu trực 
tiếp Slave => Master)
ƒ Trong chế độ này, dữ liệu từ các slave hay i-slave có thể được 
master này hay master khác trên cùng mạng PROFIBUS DP truy 
nhập.
ƒ Cơ chế này được gọi là “ chia sẻ đầu vào” vì dữ liệu được sử dụng 
chéo giữa các hệ thống PROFIBUS DP.
Hình 218. Trao đổi số liệu (e)
2.2.2.4. Hoạt động của Mạng Profibus
‰DP Master
‰Profibus CP
‰DP Master và DP Slave 
‰CPU Cycle & DP Polling Cycle 
2.3. MODBUS Protocol:
‰ Là Giao thức chuẩn cho các đường truyền mạng cấp 
thấp ( cả RS232/485/422) do Modicon/ AEG/ 
Schneider Automation
‰ Thường dùng trong các PLC, các computerized 
sensor, các drives, trong các hệ SCADA, DCS…
Nhiều hãng dùng
‰ Có các qui ước trao đổi lệnh, dữ liệu, diagnostics
‰ Truyền thông mức thấp (232/485), gồm standard 
modbus và trên các giao thức khác: TCP/IP, MAP, …
‰ Master/Slave: 
• Master: Command (query message)
• Slave: Response message
Hình 219
Sơ đồ
Modbus
Hình 220. Kịch bản MODBUS
‰Device Address: gồm 247 slaves, Địa chỉ 0 là
Broadcast
‰Function code
‰8bit data bytes, tùy số lượng
‰CRC Error checking
‰Characters: 7/8 bit data, PE or Non
‰ASCII/ RTU modes:
• ASCII: breaking down 1 byte = 2 ASCII 
characters: 7, [PE/ PO], 1[2]
• RTU: binary character: 8,[PE/PO], 1[2]
Hình 221. MODBUS Format of Frames
‰ Format of packet:
• ASCII format
ƒ Functions: Read 
Reg, Fetch Event-
log, Diagnostic, 
Preset Reg…
• RTU format:
ƒ start: 4 space chr
ƒ Time out: 1,5 char 
time
ƒ End(n)Ùstart(n+1)
Hình 222. MODBUS Packet
2.4. IEC 870-5-101 Protocol
‰ 2.4.1. Giới thiệu chung về IEC 870-5-101.
• Giao thức IEC 870-5 do tổ chức IEC (International 
Electrotechnical Commission)Technical Committee 57 
cho các lĩnh vực telecontrol, teleprotection và
telecommunication của các hệ thống năng lượng. Có 5 
tài liệu đặc tả về chuẩn giao thức này:
• IEC 870-5-1 (Transmission Frame Formats)
• IEC 870-5-2 (Data Link Transmission Services)
• IEC 870-5-3 (General Structure Of Application Data)
• IEC 870-5-4 (Definition And Coding Of Information 
Elements)
• IEC 870-5-5 (Basic Application Functions)
‰ Giao thức IEC 870-5-101 cho các ứng dụng có sử
dụng các RTU điều khiển xa, các định nghĩa và 
đặc tả của giao thức này được lựa chọn từ 5 tài 
liệu trên.
‰ Là giao thức truyền thông giữa các thiết bị đầu 
cuối (RTU) và hệ thống trung tâm (Central 
Station).
‰ Thông tin theo hướng từ thiết bị đầu cuối (RTU) 
tới Central Station thường là các thông số đo 
RTU thu thập từ các thiết bị vật lí (như tần số, 
điện áp, dòng điện, công suất…) và 
‰ thông tin theo hướng ngược lại thường là các 
lệnh điều khiển hoạt động thiết bị vật lí.
‰Một số định nghĩa:
¾Controlling Station: Trạm điều khiển hoạt động 
toàn bộ hệ thống.
¾Controlled Station: Các trạm cấp dưới hoặc thiết 
bị thu thập số liệu RTU.
¾Unbalanced Mode: Là chế độ hoạt động mà chỉ
có Controlling Station khởi đầu một phiên truyền 
nhận.
¾Balanced Mode: Là chế độ hoạt động mà tất cả
các trạm đều có thể khởi đầu một phiên truyền 
nhận.
‰2.4.2. Cấu trúc giao thức
¾Giao thức đưa ra mô hình phân lớp mạng bao 
gồm 3 lớp:
ƒ Application layer
ƒ Data link layer
ƒ Physical layer
Application layer
Data link layer
Phisical layer
Hình 223. 
IEC 780 
Layers
Data Terminal
Equipment
(DTE)
of the 
controlling 
station
Data circuit
Terminating
Equipment
(DCE)
Data circuit 
Terminating
Equipment
(DCE)
Data Terminal
Equipment
(DTE)
of the controlled 
station
Serial 
telecontroll
channel
Data circuit
Phisical Layer:
Hình 224. IEC Physical Layers
Link layer:
‰Cung cấp các thủ tục truyền thông, sử dụng 
trường điều khiển và trường địa chỉ.
‰Liên kết giữa các trạm có thể được thực 
hiện theo chế độ truyền thông unbalanced 
/balanced mode.
‰Nếu sự liên kết giữa trạm điều khiển trung 
tâm và các trạm khác chia sẻ cùng một 
đường truyền thì chế độ hoạt động phải là
unbalanced mode.
Application layer
‰Application Service Data Units (ASDU): là
cấu trúc dữ liệu trên từng ứng dụng.
‰Các ASDU thực chất là 1 frame có chứa số
liệu hay lệnh điều khiển.
2.4.3. Các đặc tả về truyền thông
‰Các đặc tả này định nghĩa cấu hình mạng, 
định dạng chuẩn kí tự và các luật truyền 
thông.
‰Cấu hình mạng: bao gồm các dạng sau:
¾Point - to – point, figures @ next page
¾Multiple point - to - point
¾Party line
¾Redundant line
Controlling
Station
Controlled
Station
Controlling
Station
Controlling
Station
Controlling
Station
Controlled
StationControlled
Station
Controlled
Station
Controlled
Station
Controlled
Station
Controlled
Station
Point - to - point Multiple point - to - point Party line Redundant line
Hình 225. IEC Models
Hình 2.2 Các mô hình mạng của giao thức IEC 870-5-101
‰ Character format: 1 Start bit, 1 Stop bit, 1 Parity bit (even) 
và 8 Data bits
‰ Transmission rules:
¾ Đường truyền rỗi là mức nhị phân 1.
¾ Mỗi kí tự có một bit khởi đầu (binary = 0), 8 bit thông tin, một bit 
parity (chẵn) và một bit stop(binary = 1).
¾ Không được có khoảng thời gian rỗi trên đường truyền giữa các kí
tự trong cùng một frame.
¾ Khoảng thời gian xác định lỗi giữa các frame cho phép nhỏ nhất là
33 bit (3 kí tự) 
¾ Các kí tự dữ liệu được kết thúc bởi 8 bits checksum (CS). 
Checksum được thực hiện trên toàn bộ các byte mang dữ liệu.
¾ Phía nhận thực hiện kiểm tra:
¾ Các bít không mạng tin/char: bit start, bit stop và parity bit.
¾ Đối với mỗi frame: kí tự start, độ dài (2 bytes trong frame có độ dài 
không cố định), check sum của frame và kí tự kết thúc
2.4.4 Định dạng frame dữ liệu
‰Giao thức IEC 870-5-101 sử dụng ba định 
dạng frame
¾Frame có độ dài thay đổi
¾Frame có độ dài cố định
¾Frame chỉ có một kí tự
Hình 226. IEC 780-5 Frames
‰Frame có độ dài thay đổi: truyền dữ liệu 
giữa controlling và controlled station.
‰Frame có độ dài cố định: dùng cho các dịch 
vụ của link layer.
‰Frame chỉ có một kí tự: xác nhận các hoạt 
động như đồng bộ thời gian, yêu cầu dữ
liệu...
‰Cấu trúc dữ liệu
¾IEC 870-5-101 định nghĩa: Các Application 
Service Data Unit (ASDU) chứa thông tin truyền 
thông giữa các trạm. Các ASDU được định 
nghĩa là các frame dữ liệu có độ dài không cố 
định. Định dạng của frame:
¾Khởi đầu frame:
ƒ 1 byte START CHARACTER
ƒ 2 byte FRAME LENGTH
ƒ 1 byte START CHARACTER
ƒ 1 byte LINK ADDRESS
¾Kết thúc frame:
ƒ 1 byte CHECKSUM
ƒ 1 byte STOP CHARCTER
Hình 226. 
Formats of 
Application 
Service 
Data Unit
‰Mỗi ASDU bao gồm hai phần:
¾DATA UNIT IDENTIFIER:
ƒ 1 byte TYPE IDENTIFICATION,
ƒ 1 byte VARIABLE STRUCTURE QUALIFIER,
ƒ 1 hay 2 byte CAUSE OF TRANSMISSION,
ƒ 1 hay 2 byte COMMON ADDRESS OF ASDU
¾INFORMATION OBJECT:
ƒ Nếu ASDU được truyền từ Controlled Station theo 
yêu cầu số liệu từ Controlling Station thì ASDU 
thông tin các đối tượng có thể kèm theo thẻ thời 
gian.
ƒ Nếu ASDU được truyền từ Controlling Station thì 
thông tin được chứa là thời gian nếu là lệnh đồng bộ
thời gian hay là trạng thái trong lệnh điều khiển...
2.4.5. Command set and Scenario
‰ Command set:
¾ Station initialisation: Khởi tạo các trạm.
¾ Data acquisition by polling: Thu thập số liệu kiểu polling
¾ Cyclic data transmission: Truyền dữ liệu có tính chu kì.
¾ Acquisition of events: Thu thập sự kiện.
¾ General interrogation: Thủ tục để Controlling Station cập nhật các 
Controlled Station, thực hiện sau khi khởi tạo.
¾ Clock synchronisation: đồng bộ thời gian.
¾ Command transmission: Truyền lệnh điều khiển.
¾ Transmission of integrated totals: Thu thập giá trị đếm xung.
¾ Parameter loading: Nạp tham số cho Controlled Station.
¾ Test procedure: Thủ tục kiểm tra sự kết nối giữa các trạm.
¾ File transfer: Truyền file.
¾ Acquisition of transmission delay: Xác định độ trễ đường truyền.
A Case Study: Acquisition of events
‰ Các sự kiện xảy ra được lưu trữ trong buffer của 
Controlled Station cho các sự kiện xảy ra nhanh hơn so 
với tốc độ truyền thông. Khi Controlling Station hỏi 
Controlled Station yêu cầu các sự kiện thì có hai khả năng 
xảy ra: không có sự kiện trong buffer và có sự kiện trong 
buffer của Controlled Station.
• Trường hợp không có sự kiện trong buffer: Controlled Station trả
lời NACK dưới dạng message chỉ có một kí tự (05H) hay hay một 
frame có độ dài cố định (fixes frame) mang thông điệp "Requested 
data not available".
• Trường hợp có sự kiện trong buffer: Controlled Station trả lời bằng 
một fixed frame NACK nhưng bit trạng thái = 1 báo hiệu cho 
Controlling Station có sự kiện. Controlling gửi message "Request 
user data class 1" yêu cầu và Controlled trả bằng một ASDU chứa 
sự kiện, ASDU này có thể chứa toàn bộ hoặc một vài sự kiện của 
Controlled Station.