Bài giảng Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệu

Hệ thu thập dữ liệu điều khiển và truyền số liệuCác thành viên trong nhómAnh em cố lên nào!!!Đỗ Văn ThắngNguyễn Thu HuyềnBùi Ngọc ThànhĐặng Thị TràLê Văn HảiNguyễn Văn LongĐỗ Tuấn AnhOoke..Một số hệ thống Bus tiêu biểuMODBUS1PROFIBUS-FMS2DEVICENET31.Giới thiệu về modbusModbus là một phương pháp truyền thông nối tiếp được sử dụng để truyền thông tin qua đường nối của các thiết bị điện tử . Các thiết bị cung cấp thông tin gọi là Slave và các thiết bị nhân thông tin gọi là Master.Năm 1979 , Modbus được phát triển bởi Modicon ( nay thuộc về schneider ) để đồng bộ với bộ điều khiển PLC tại thời điểm lúc đó . khái niệm:1.Giới thiệu về modbusBảo toàn dữ liệuCơ chế giao tiếpChế độ truyềnCấu trúc bức điệnModbus cấu trúc:1.Giới thiệu về modbus MạngModbus chuẩn trên các bộ điều khiển của Modicon cũng như một số nhà sản xuất khác sử dụng giao diện nối tiếp RS – 232CMaster Modbbus là các thiết bị có khả năng đọc được dữ liệu từ các thiết bị Slave . Các Master chính là PLC , PC , DCSText.Slave là các thiết bị đo lường hoặc các thiết bị điều chấp hành như : cảm biến nhiệt độ , cảm biến áp suất , van điều khiển 1.1. Cơ chế giao tiếpCác bộ điều khiển này có thể được nối mạng trực tiếp hoặc qua modem.Các trạm Modbus giao tiếpvới nhau qua cơ chế chủ tớ1.Giới thiệu về modbusCách kết nối Master – Slave Modbus RTU 1.1. Cơ chế giao tiếp1.Giới thiệu về modbusASCIIMọi thông điệp được mã hóa bằng hexadeci-mal, sử dụng đặc tính ASCII 4 bit. Đối với mỗi một byte thông tin, cần có 2 byte truyền thông, gấp đôi so với MODBUS RTU hay MODBUS/TCP.RTU Dữ liệu được mã hóa theo hệ nhị phân, và chỉ cần một byte truyền thông cho một byte dữ liệu. Đây là thiết bị lí tưởng đối với RS 232 hay mạng RS485 đa điểm, tốc độ từ 1200 đến 115 baud. Tốc độ phổ biến nhất là 9600 đến 19200 baud. MODBUS RTU là protocol công nghiệp được sử dụng rộng rãi nhất,TCPMODBUS/TCP đơn giản là MODBUS qua Ethernet. Thay vì sử dụng thiết bị này cho việc kết nối với các thiết bị tớ, do đó các địa chỉ IP được sử dụng. Với MODBUS/TCP, dữ liệu MODBUS được tóm lược đơn giản trong một gói TCP/IP. 1.2.Chế độ truyền 1.Giới thiệu về modbus 1.3. Cấu trúc bức điệnMột thông báo Modbus gồm nhiều thành phần có chiều dài có thể khác nhau. Trong một mạng Modbus chuẩn, nếu một trong hai chế độ truyền ( ASCII hoặc RTU) được chọn, một thông báo sẽ được đóng khung.Mỗi khung bao gồm nhiều kí tự. Các kí tự này sẽ được truyền đi liện tục thành dòng ở chế độ RTU, hoặc có thể gián đoạn với khoảng cách thời gian tối đa một giây ở chế độ ASCII. Hai chế độ truyền ASCII và RTU không những chỉ khác nhau ở cách mã hóa thông tin gửi đi và cấu trúc ký tự chung, mà còn khác nhau ở cấu trúc một bức điện gửi đi – hay nói cách khác là cấu trúc khung thông báo, cũng như biến pháp kiểm lỗi.1.Giới thiệu về modbus 1.4. Bảo toàn dữ liệu Khi cấu hình cho một thiết bị chủ, có thể lựa chọn một khoảng thời gian timeout mà nó chờ đợi đáp ứng từ trạm tớ. Khoảng thời gian này cần phải đủ lớn để bất cứ thiết bị nào cũng có thể trả lời trong điều khiện bình thường Trường hợp thiết bị tớ phát hiện lỗi ở thông báo yêu cầu, nó sẽ không trả lời. Vì thế thiết bị chủ cũng tự động nhận biết lỗi và chương trình chủ sẽ có trách nhiệm thực hiện các hành động cần thiết.Kiểm soát LRC -Trong chế độ ASCII, phần thông tin kiểm lỗi của khung thông báo dựa trên phương pháp LRC. - Dãy bít nguồn được áp dụng để tính mã LRC bao gồm phần địa chỉ, mã hàm và phần dữ liệu. Các ô khởi đầu cũng như kết thúc khung không tham gia vào tính toán. Mã LRC ở đây dài 8 bit, được tính bằng cách cộng đại số toàn bộ các byte của dãy bit nguồn, sau đó lấy phần bù hai của kết quảKiểm soát CRC - Mã CRC được áp dụng trong chế độ RTU dài 16 bit. Đa thức phát được sử dụng G= 1010 0000 0000 0001. Khi đưa vào khung thông báo, byte thấp của mã CRC được gửi đi.2.Giới thiệu về profibus khái niệm:- PROFIBUS (Process Field Bus) là một chuẩn cho truyền thông fieldbus trong kỹ thuật tự động hóa và được phát triển lần đầu vào năm 1989 bởi BMBF (phòng giáo dục và nghiên cứu Đức) và sau đó được sử dụng bởi Siemens.Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt.2.Giới thiệu về profibusProfibus Cấu trúc bức điệnKiến thức giao thứcCấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫnDịch vụ truyền dữ liệuTruy nhập bus cấu trúc:Các kiểu giao thức2.Giới thiệu về profibus 2.1. Kiến thức giao thức Kiến thức giao thứcCả ba giao thức FMS, và PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu (lớp FDL), PROFIBUS – PA có cùng giao diện sử dụng như DPđặc tính của các thiết bị được quy định khác nhằm phù hợp với môi trường làm việc dễ cháy nổ.2.Giới thiệu về profibusCác đặc tính điện học.Về giao diện cơ học cho các bộ nối 2.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫnwww.themegallery.com2.Giới thiệu về profibus 2.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn Các đặc tính điện học bao gồm - Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến Mbit/s - Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh (trunk – line/Drop – line) hoặc daisy – chain, trong đó các tốc độ truyền 1,5 Mbit/s trở lênyêu cầu cấu trúc daisy – chain. - Cáp truyền được sử dụng là đôi cáp xoắn có bảo vệ (STP) , Hiệp hội PIKhuyến cáo dùng cáp loại A. - Trở kết thúc có dạng tin cậy (fall – safe biasing) với các điện trở lần lượt là 390 Ôm- 220 Ôm – 390 Ôm. - Chiều dài tối đa của một đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ thuộc vào Tốc độ truyền được lựa chọn. - Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. Có thể dùng tối đa9 bộ lặp tức 10 đoạn mạng. Tổng số trạm tối đa trong một mạng là 126. - Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều không đồng thời. - Phương pháp mã hóa bit NRZ.Về giao diện cơ học cho các bộ nối , loại D – Sub 9 chân được sử dụng Phổ biến nhất với cấp bảo vệ IP20. Trong trường hợp yêu cầu cấp bảo vệIP65/67, có thể sử dụng một trong các loại sau đây:- Bộ nối tròn M12 theo chuẩn IEC 947 – 52.Bộ nối Han – Brid theo khuyến cáo của DESINA.Bộ nối kiểu lai của Siemens.2.Giới thiệu về profibusTruyền dẫn với RS – 485ISTruyền dẫn với cáp quangTruyền dẫn với MBP. 2.2. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn Cho phép truyền tốc độ cao - Mỗi trạm đều là một nguồn tích cựcSợi thủy tinh đa chế độ với khoảng cách truyền tối đa 2 – 3 km và Sợi thủy tinh đơn chế độ với khoảng cách truyền có thể trên 15 km. PROFIBUS- PA sử dụng lớp vật lý theo phương pháp MBP chuẩn IEC 1158 – 2 cũ . Phương pháp mã hóa bit Manchester rất bền vững vớinhiễu nên cho phép sử dụng mức tín hiệu thấp hơn nhiều so với RS – 4852.Giới thiệu về profibusPROFIBUS phân biệt hai loại thiết bị chính là trang chủ (master) và trạm tớ (slave). trạm chủ có khả năng kiểm soát truyền thông trên bus Một trạm chủ Có thể gửi thông tin khí nó giữ quyền truy nhập bus.Các trạm tớ chỉ truy nhập bus khi có yêu cầu của trạm chủHai phương pháp truy nhập bus có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp là Token – Passing và Master/Slave. Nếu áp dụng độc lập, Token – Passing thích hợp với các mạng FMS dùng ghép nối các thiết bị điều khiển và máy tính giám sát đẳng quyền.Khi sử dụng kết hợp, nhiều trạm tích hợp có thể tham gia giữa Token. Một trạm tích cực nhận được Token sẽ đóng vai trò là chủ để kiểm soát việc giaot iếp với các trạm tớ nó quản lý, hoặc có thể tự giao tiếp với các trạm tích cực Khác trong mạng 2.4. Truy nhập bus2.Giới thiệu về profibusSDN gửi dữ liệu không xác nhậnSDA gửi dữ liệu với xác nhậnSRD gửi và yêu cầu dữ liệu CSRD gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn. 2.5. Dịch vụ truyền dữ liệu2.Giới thiệu về profibus 2.6. cấu trúc bức điệnKhung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu:SD1DASAFCFCSED- Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu:SD3DASAFCFCDUFCSED- Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1- 246 byte dữ liệu:SD2LELErSD2DASAFCDUFCS2.Giới thiệu về profibusPROFIBUS PAPROFIBUS DPPROFIBUS FMSlà một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. PROFIBUS PA truyền thông với tốc độ 31,25 Kbp với phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn. Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng Intrinsically Safe.bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân tán truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbp -12 Mbp trong phạm vi từ 100-1200m. Nó là PROFIBUS hoạt động trên giao diện RS485 chuẩnlà một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC. 2.6. cấu trúc bức điện3.Giới thiệu về DeviceNetMạng DeviceNetDeviceNet được giới thiệu vào năm 1994 bởi hãng Allen-Bradley.Sau đó được chuyển giao công nghệ cho ODVA có trên 300 công ty được đăng ký thành viên và hơn 800 nhà cung cấp sản phẩm DeviceNet trên toàn thế giới.Cấu trúc mạng là đường trục /đường nhánh .Ba tốc độ truyền quy định là 125 Kbit/s ,250Kbit/s và 500 Kbit/s tương úng với chiều dài tối đa của đường trục là 500m,250m và 100Mỗi mạng DeviceNet cho phép ghép tối đa 64 trạm .Mỗi thành viên trong một mạng DeviceNet được đặt một địa chỉ trong khoảng từ 0-63 ,được gọi là MAC-ID.Vệc bổ sung hay bỏ đi một trạm có thể thực hiện ngay khi mạng còn đóng nguồn. khái niệm:3.Giới thiệu về DeviceNet cấu trúc:Mạng DeviceNetLớp kiến trúc vật líLớp liên kết dữ liệuLớp ứng dụngcơ chế giao tiếpCấu trúc bức điệnDịch vụ thông báoTruy nhập busMô hình đối tượngMô hình địa chỉ3.Giới thiệu về DeviceNetDeviceNet có cấu trúc mạng kiểu đường trục /đường nhánh .Đường trục là xương sống của mạng ,chiều dài tối đa là 500 m và được kết thúc với trở đầu cuối 120Ohm,0.25W.Các đường nhánh có chiều dài tối đa là 6m ,dùng để kết nối các nút mạng với đường trục chính .DeviceNet cho phép nối 64 trạm.Device Net chỉ sử dụng một sợi dây cáp .Dây này vừa là dây nguồn vừa là dây truyền dữ liệu.Trở đầu cuối có tác dụng đánh dấu điểm cuối cùng của mạngVề kĩ thuật truyền dẫn :DeviceNet không quy định cụ thể về chuẩn truyền cũng như môi trường truyền thôngPhương pháp mã hóa bit:sử dụng phương pháp mã hóa bit của CAN. 3.1.Lớp cấu trúc vật lý3.Giới thiệu về DeviceNet 3.2 Lớp liên kết dữ liệu trong kiến trúc Device Net- Điều khiển theo sự kiện : một thiết bị chỉ gửi dữ liệu mỗi khi dữ liệu có thay đổi.- Điều khiển theo thời gian : Mỗi thiết bị có thể gửi dữ liệu một cách tuần hoàn theo chu kì do người sử dụng đặt-Gửi đồng loạt : thồng báo được gửi đồng thời tới tất cả hoặc một nhóm thiết bị- Hỏi tuần tự : Phương pháp cổ điển cho các hệ thống có cấu hình chủ /tớ.a.Cơ chế giao tiếp3.Giới thiệu về DeviceNet 3.2 Lớp liên kết dữ liệu trong kiến trúc Device Netb.Cấu trúc bức điệnKhung bức điện DeviceNet được mô tả ở trên hình vẽ, trường thông tin dữ liệu nhỏ hơn 8 byte, khi truyền các bức điện lớn ta phải phân mảnh dữ liệu.3.Giới thiệu về DeviceNet 3.2 Lớp liên kết dữ liệu trong kiến trúc Device NetKhởi đầu khung (Start of Frame):Mã căn cước (Indentifier):Bit RTR (RemoteTransmission RequestÔ điều khiển (Control Field):Ô dữ liệu (Data Field)Ô kiểm soát lỗi CRC (CRC Sequence):Ô xác nhận ACK (Acknowlegment)Khung kết thúc (End of Frame)Interframe SpaceNó bao gồm các phần như sau:3.Giới thiệu về DeviceNet 3.2 Lớp liên kết dữ liệu trong kiến trúc Device NetC, Dịch vụ thông báo- DeviceNet phân biệt hai kiểu thông báo là thông báo rõ ràng (ExplicitMessaging) và thông báo vào/ra (I/O-Messaging).- Đối với kiểu thông báo rõ ràng, một thông báo mang địa chỉ đầy đủ của thuộctính cần truy cập hoặc dịch vụ cần gọi. Đây là kiểu giao tiếp có yêu cầu và đápứng. Còn các thông báo vào/ra chỉ mang dữ liệu, được tự động gửi đi chứkhông nhất thiết phải có yêu cầu.- Việc trao đổi các thông bao vào/ra thường được thực hiện trong cấu hìnhgiao tiếp chủ/tớ, với các phương pháp như sau:* Polling (Hỏi tuần tự).* Strobing (Quét đồng loạt).* Cyclic (Tuần hoàn).* Change of State (Thay đổi trạng thái).3.Giới thiệu về DeviceNet 3.2 Lớp liên kết dữ liệu trong kiến trúc Device NetDeviceNet giống như CAN cũng dụng phương thức truy nhập bus làCSMA/CA với sự phân xử từng bit. Sự phân xử đó được thực hiện dựa theo từng bit của mã căn cước (Indentifier) trong khung bức điện khi hai hoặc nhiều trạm cùng đồng thời bắt đầu gửi thông báo. Theo quy ước thì bit giá trị 0 ứng với mức trội và bit giá trị 1 ứng với mức lặn, bit 0 sẽ lấn át. Vì vậy thông báo nào có mã căn cước càng bé thì mức ưu tiên càng cao. Mọi tín hiệu truyền đều bình thường ở vài bit đầu tiên. Khi có sự sai khác giữa 2 bit truyền thìtín hiệu của nút 2 sẽ lấn át nút 1. Lúc bấy giờ nút 1 sẽ mất quyền ưu tiên và ngừng truyền còn nút 2 tiếp tục truyền d.Truy nhập Buswww.themegallery.com3.Giới thiệu về DeviceNet 3.3.lớp ứng dụngLớp ứng dụng của DeviceNet được xây dựng trên cơ sở một mô hình đối tượng. Một thiết bị DeviceNet được coi là một sưu tập các đối tượng đại diện cho các thành phần của trạm. Mỗi đối tượng là một thể nghiệm instance) của một trong các lớp mô tả trên hình sau:Đối tương căn cước (Indentity ObjectĐối tượng tham số (Parameter Object)Đối tượng chuyển thông báo (Message Router ObjectĐối tượng DeviceNet (DeviceNet Object)Đối tượng nối (Connection Object)Đối tượng ghép (Assembly Object) 3.3.lớp ứng dụng đối tượng Đối tượng ứng dụng (Application Object)3.Giới thiệu về DeviceNetThank You !