Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp - Chương 2: Các BUS tiêu biểu của hệ thống mạng Simaticnet

2. Caùc bus tióu bióứu cuớa hóỷ thọỳng maỷng SIMATICNET 
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKÂN 29 
OPERATE: Trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần 
hoàn với các trạm tớ. Đồng thời trạm chủ cũng thường xuyên gửi thông tin 
trạng thái của nó tới các trạm tớ sử dụng lệnh gửi đồng loạt với các khoảng 
thời gian đặt trước. 
STOP: Không truyền số liệu sử dụng giữa trạm chủ và trạm tớ, chỉ để 
xhuẩn đoán. 
3.5.2. Trao đổi dữ liệu 
Việc trao đổi dữ liệu giữa trạm chủ và trạm tớ được thực hiện một cách 
tuần tự theo quy trình định sẵn. Khi đặt cấu hình cho hệ thống Profibus, ta 
có thể định nghĩa địa chỉ các trạm tớ cho 1 trạm chủ .... 
Trong mỗi chu kì, trạm chủ đọc các thông tin đầu vào lần lượt từ các 
trạm tớ vào bộ nhớ đệm và truyền các yêu cầu từ bộ nhớ này ra các trạm tớ 
theo trình tự định sẵn. Mỗi trạm tớ chỉ cho phép truyền/ nhận tối đa 246 
byte dữ liệu. 
Với các trạm tớ, trạm chủ gửi 1 yêu cầu và chờ sự trả lời. Thời gian 
trạm chủ cần để xử lí 1 lượt danh sách hỏi tuần tự gọi là thời gian chu kỳ 
bus. Thời gian chu kỳ bus phải nhỏ hơn chu kỳ quét của chu trình điều 
khiển. 
3.5.3. Đồng bộ hoá dữ liệu 
Một thiết bị chủ có thể đồng bộ hoá việc đọc các đầu vào cũng như đặt 
các đầu ra bằng việc gửi đồng thời các thông báo đồng bộ. Lệnh điều khiển 
để đặt chế độ đồng bộ cho một nhóm trạm tớ như sau: 
+ SYNC: Đưa ra nhóm trạm tớ về chế độ đồng bộ hoá đầu ra. Trong 
chế độ này, đầu ra của các trạm tớ được giữ nguyên ở trạng thái hiện tại cho 
đến lệnh SYNC tiếp theo, trongthời gian đó dữ liệu đầu ra được lưu trong 
vùng nhớ đệm của trạm tớ và chỉ khi nhận được lệnh SYNC tiếp theo nó 
mới được đưa ra. 
+ FREEZE: Đưa 1 nhóm các trạm tớ về chế độ đồng bộ hoá đầu vào, ở 
chế độ này các trạm tớ trong nhóm được chỉ định không được phép cập nhật 
vùng nhớ đệm dữ liệu đầu vào cho tới khi nhận được lệnh FREEZE tiếp 
theo, trong thời gian đó trạm chủ vẫn đọc giá trị đầu vào từ các trạm tớ. 
3.5.4. Chuẩn đoán hệ thống 
Các hàm chuẩn đoán của DP cho phép định vị lỗi 1 cách nhanh chóng, 
các thông tin này sẽ được cập nhật ở trạm chủ thông qua hệ thống bus 
truyền. Các thông báo được chia làm 3 lớp. 
Chuẩn đoán trạm: Thông báo liên quan đến trạng thái hoạt động chung 
của trạm. 
Chổồng 2. Caùc bus tióu bióứu cuớa hóỷ thọỳng maỷng SIMATICNET 
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKÂN 30 
Chuẩn đoán Module: Thông báo chỉ thị lỗi nằm ở khu vực nào trên 
Module. 
Chuẩn đoán kênh: Nguyên nhân của lỗi thuộc kênh vào/ ra nào của hệ 
thống. 
3. 6. Profibus-PA (Process Automation) 
Đây là loại Bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển dùng 
trong các ngành công nghiệp dễ cháy nổ. Thực chất nó là hệ thống Bus mở 
rộng của Profibus-DP với kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu cùng nguồn nuôi 
(IEC 1158-2) đồng thời cũng đưa thêm ra một số quy định đặc biệt về thông 
số và đặc tính cho thiết bị trường. 
Các yêu cầu cụ thể đặt ra cho một giao diện Profibus-PA an toàn riêng 
bao gồm: 
- Một đoạn mạng chỉ được phép có một nguồn nuôi tích cực. 
- Mỗi trạm tiêu thụ một dòng cơ sở cố định (³10mA) ở trạng thái xác 
lập. 
- Mỗi trạm được coi như một tải tiêu thụ dòng thụ động 
- Mỗi trạm khi phát tín hiệu đi không được nạp thêm nguồn vào 
đường Bus. 
4. Ethernet (IEEE 802.3) 
Đây là một trong những chuẩn của mạng cục bộ, dựa trên mạng 
Ethernet do Digital và Xorox hợp tác và phát triển từ năm 1980 (lúc đầu gọi 
là DIX Ethenet 2.0 version 1.0 và đến năm 1982 là version 2.0). 
Ngày nay Ethernet đang đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống 
thông tin công nghiệp, bên cạnh việc sử dụng cáp đôi dây xoắn, cáp đồng 
trục, cáp quang là Ethernet không dây 
Thực chất Ethernet chỉ thực hiện ở lớp vật lí và một phần của lớp liên 
kết dữ liệu, do đó có thể sử dụng các giao thức khác nhau ở phía trên trong 
đó TCP/IP là họ giao thức được dùng phổ biến nhất. 
4.1. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn 
Cấu trúc mạng thường là dạng Bus, mạch vòng khép kín và đôi khi là 
hình sao. Tầng vật lí của Ethernet được chia làm 2 phần: Phần độc lập với 
đường truyền đặc tả giao diện giữa các tầng MAC và vật lí (giao diện này 
không phải là yêu cầu bắt buộc của chuẩn nhưng trong nhiều trường hợp nó 
rất hữu ích). Phần phụ thuộc đường truyền là bắt buộc phải có đặc tả giao 
diện với đường truyền, trong phần này quy định nhiều lựa chọn khác nhau 
cho kiểu đường truyền, phương thức truyền và tốc độ truyền. 
Chổồng 2. Caùc bus tióu bióứu cuớa hóỷ thọỳng maỷng SIMATICNET 
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKÂN 31 
Hiện nay có các phương án sau cho tầng vật lí với cách đặt tên quy ước 
theo bộ 3: 
- Tốc độ truyền tin hiệu (1, 10 hoặc 100Mb/s) 
- BASE (nếu là Baseband) hoặc BROAD (nếu là Broadband) 
- Chỉ định đặc trưng đường truyền 
Một số loại cáp thông dụng được trình bày trên bảng sau: 
STT Kí hiệu Tốc độ 
truyền 
(Mb/s) 
Dải truyền 
tải 
Loại cáp Khoảng cách 
truyền (m) 
1 1BASE5 1 Baseband Cáp UTP 500/topo hình 
sao 
2 10BASE5 10 Baseband Cáp đồng 
trục béo 
(d>10mm), 
50W 
500/segment 
topo dạng bus 
3 10BASE2 10 Baseband Cáp đồng 
trục gầy 
185/segment 
topo dạng bus 
4 10BASE-F 
10BASE-
FL(Fiber Link) 
10BASE-
FB(Backbone) 
10BASE-
FP(Passive) 
10 Baseband Cáp quang 4000 
5 10BROAD36 10 Broadband Cáp đồng 
trục, 75W 
1800/ topo 
dạng Bus 
6 10BASE-T 10 Baseband Cáp UTP 100/ topo 
dạng sao 
7 100BASE-T 100 Baseband Cáp UTP 100/ topo 
dạng sao 
Bảng 2.3. Một số loại cáp điển hình 
Ethernet theo chuẩn IEEE 802.3 sử dụng chế độ truyền đồng bộ với 
phương thức mã hoá Manchester. Bít 0 tương ứng với sườn lên và 1 là sườn 
xuống. 
4.2. Cơ chế giao tiếp 
Việc ứng dụng rộng rãi Ethernet một phần vì tính năng mở. Ethernet 
chỉ quy định lớp vật lí và lớp MAC, cho phép các hệ thống khác nhau tuỳ ý 
thực hiện các giao thức và dịch vụ phía trên. Mặt khác phương pháp truy 
Chổồng 2. Caùc bus tióu bióứu cuớa hóỷ thọỳng maỷng SIMATICNET 
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKÂN 32 
cập CSMA/CD cho phép bổ xung và loại bỏ các thành viên tham gia trong 
mạng dẽ dàng. 
Các thành viên tham gia trong mạng Ethernet đều có vai trò bình đẳng, 
chúng có một địa chỉ riêng biệt, thống nhất. Việc giao tiếp giữa các trạm 
được thực hiện thông qua các giao thức phía trên (chẳng hạn như NetBUI, 
IPX/SPX, TCP/IP). Tuỳ theo giao thức cụ thể mà địa chỉ của bên gửi và bên 
nhận trong khung truyền ở lớp phía trên sẽ được dịch sang địa chỉ Ethernet 
trước khi chuyển xuống lớp MAC. 
Bên cạnh giao tiếp tay đôi Ethernet còn hỗ trợ phương pháp gửi đồng 
loạt hoặc gửi tới nhiều đích. 
4.3. Cấu trúc khung truyền 
Khuôn dạng khung truyền được thể hiện trên hình sau: 
Preamble SFD DA SA Length LLC data PAD FCS 
Hình 2.6. Cấu trúc khung truyền trong Ethernet IEEE 802.3 
Trong đó: 
Preamble (7 byte): là phần đầu dùng để thiết lập sự đồng bộ, nó là dãy 
bít luân phiên 1 và 0 kết thúc là 0 
SFD (Start Frame Delimiter): là dãy bít 10101011, để chỉ sự bắt đầu 
thực sự của khung truyền. 
DA (Destination Address) 2 byte hoặc 6 byte: địa chỉ trạm đích, có thể 
lựa chọn thống nhất địa chỉ là 16 bít hoặc 48 bit 
SA (Source Address): địa chỉ trạm nguồn, có chiều dài tương ứng với 
địa chỉ đích 
Length (2 byte): chỉ độ dài của phần LLC data 
LLC data: đơn vị dữ liệu của LLC 
PAD: Phần dữ liệu thêm vào với mục đích phát hiện xung đột 
FCS (Frame Check Sequence): Mã kiểm tra lỗi CRC 32 bít cho tất cả 
các vùng trừ Preamble, SFD và FCS. 
Khuôn dạng của vùng địa chỉ 16 bít và 48 bít được chỉ ra trên hình sau: 
I/G 15 bít địa chỉ 
I/G = 0, Địa chỉ riêng biệt I/G = 1, Địa chỉ nhóm 
Hình 2.7. Dạng địa chỉ 16 bit 
I/G U/L 46 bít địa chỉ 
U/L = 0, Globally Administrered Address U/L =1, Locally Administrered Address 
Hình 2.8. Dạng địa chỉ 46 bit 
Chổồng 2. Caùc bus tióu bióứu cuớa hóỷ thọỳng maỷng SIMATICNET 
Nguyóựn Kim Aẽnh & Nguyóựn Maỷnh Haỡ - Tổỷ õọỹng hoùa - BKÂN 33 
4.4.Fast Ethernet 
Là sự phát triển tiếp theo của Ethernet cho phép truyền với tốc độ 
100Mb/s. Để đảm bảo tính tương thích với mạng cũ, toàn bộ cơ chế giao 
tiếp và kiến trúc giao thức được giữ nguyên, chỉ có thời gian bit được giảm 
từ 100ns xuống 10ns. Do phương pháp nối mạng xử dụng cáp đôi dây xoắn 
và bộ chia có ưu thế vượt trội nên các mạng Fast Ethernet không hỗ trợ cáp 
đồng trục. Các loại cáp chuẩn cho Fast Ethernet được trình bày trên bảng 
sau: 
STT Ký hiệu Loại cáp Chiều dài tối đa trong 
đoạn mạng (m) 
1 100BASE-T4 Đôi dây xoắn hạng 3 100 
2 100BASE-TX Đôi dây xoắn hạng 5 100 
3 100BASE-FX Cáp quang 2000 
Bảng 2.4. Một số loại cáp thông dụng dùng trong Fast Ethernet 
- Loại 100BASE-T4 xử dụng 4 đôi dây xoắn UTP hạng 3. Dải tần của 
cáp này bị giới hạn ở 25MHz, trong khi mã Manchester sử dụng 
trong Ethernet thông thường tạo tần số tín hiệu cao gấp đôi so với tần 
số nhịp. Để đạt được tốc độ truyền 100Mb/s, một phương pháp mã 
hoá bít với tín hiệu 3 mức thay vì 2 mức được thể hiện ở đây. Đồng 
thời loại cáp này cũng phải xử dụng tới 4 đôi dây xoắn (do đó có ký 
hiệu là T4), trong đó một đôi luôn truyền tín hiệu vào bộ chia, một 
đôi luôn truyền ra và hai đôi được xử dụng linh hoạt theo chiều đang 
truyền. Với 3 đôi dây và 3 mức tín hiệu, trong một nhịp có thể truyền 
được 4 bít, nâng tốc độ truyền lên 100Mb/s 
- Với loại 100BASE-TX, đôi dây xoắn hạng 5 được xử dụng có khả 
năng làm việc ở tần số nhịp 125MHz và cao hơn thế. Viêcj xử dụng 2 
đôi dây xoắn cho phép truyền 2 chiều đồng thời. Khác với loại cáp 
trên, một phương pháp mã hoá bít 4B5B được xử dụng ở đây. Dãy bít 
từ khung MAC được mã hoá lại thành các tổ hợp 5 bit trên đường 
truyền. Chỉ có 16 hoặc 32 tổ hợp biểu diễn dữ liệu, các tổ hợp còn lại 
được sử dụng cho đánh dấu, điều khiển và tín hiệu phần cứng 
- Loại 100BASE-FX cho phép truyền tín hiệu 2 chiều sử dụng sợi 
quang đa modes, đây là giải pháp thích hợp cho các ứng dụng đòi hỏi 
khoảng cách truyền lớn cũng như khả năng chống nhiễu cao.