Tiểu luận môn Mạng truyền thông công nghiệp - Đề tài: Mạng AS - I

 BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP  TP. HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN ----- oOo ----- TIỂU LUẬN MÔN MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP ĐỀ TÀI: MẠNG AS - I Mạng AS-IDANG SÁCH NHÓM:MAI VĂN TÂMTRƯƠNG NGỌC TÂM ĐẬU THỊ THU HÀ BẠCH QUỐC DUY LÊ HỮU THĂNG VŨ MINH TUẤN TÔN LONG THÀNH NGUYỄN DUY HOÀNG NGUYỄN THÀNH TRUNG NGUYỄN VIẾT THANH BÙI VĂN MINH Mạng AS-IKhái Quát Chung Về Mạng AS-IKhái Niệm Về Mạng AS-IKiến Trúc Giao ThứcCấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp TruyềnCơ Cấu Giao TiếpCấu Trúc Bức ĐiệnMã Hóa BitBảo Toàn Dữ LiệuMạng AS-IKhái Niệm Mang AS-I 1. Khái Niệm: AS-I (Actuator sensor Interface) là kết quả của quá trình hợp tác của 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi trong công nghiệp như Siemens AG, Festor AG, Pepperl & Fuchs.Mạng AS-I2.Mục Đích Sử Dụng Mạng AS-IKết Nối Thiết Bị Cảm Biến, Chấp Hành Với Điều KhiểnCác Tính Năng KỷThuậtMạng AS-I Kết Nối Các Thiết Bị Cảm Biến, Chấp Hành Với Điều Khiển: Mạng AS-I Các tính năng kỷ thuật: Khả năng đồng tải nguồn, tức dữ liệu và dòng nuôi cho toàn bộ các cảm biến và một phần lớn các cơ cấu chấp hành phải được truyến tải trên cùng một cáp hai dây.Phương pháp truyền phải bền vững trong môi trường công nghiệp.Mạng AS-I Các tính năng kỷ thuật:Cho phép thực hiện cấu trúc mạng đường thẳng cũng như hình cây.Các thành phần giao diện mạng có thể thực hiện cả với giá trị rất thấp.Các bộ nối phải nhỏ ,gọn, đơn giảnMạng AS-IKiến Trúc Giao Thức:Kiến trúc giao thức AS-i phản ánh đặc điểm của các hoạt động giao tiếp giữa một bộ điều khiển với các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số, là hạn chế ở việc trao đổi dữ liệu thuần tuý và lượng trao đổi dữ liệu là rất nhỏ. Để nâng cao hiệu xuất và đơn giản hoá việc thực hiện các vi mạch, toàn bộ việc xử lí giao thức gói gọn trong lớp 1 theo mô hình OSI.Mạng AS-I II. Kiến Trúc Giao Thức: Trong phạm vi lớp vật lí, AS-i đưa ra một phương pháp mã hoá bit hoàn toàn mới để thích hợp với đường truyền hai dây đồng tải nguồn và không dựa vào chuẩn truyền dẫn RS-485 thông dụng. Chức năng điều khiển truy nhập bus và bảo toàn dữ liệu cũng được thực hiện ở lớp 1. AS-i chỉ sử dụng phương pháp chủ/tớ thuần tuý để điều khiển truy nhập bus. Chức năng bảo toàn dữ liệu dựa vào phương pháp bit chẵn lẻ kết hợp với mã hoá bit. Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: Cấu Trúc Mạng - Kỷ Thuật Truyền Dẫn:Cấu trúc của một mạng AS-I có thể lựa chọn tuỳ theo yêu cầu kỹ thuật cũng như đặc điểm vị trí và phạm vi đi dây, vì thế việc thiết kế cấu hình và thực hiện dự án trở nên dễ dàng. Ví dụ như cấu trúc đường thẳng (daisy – chain hoặc trunk- line/drop- line), hoặc cấu trúc cây như một mạng cấp điện thông thường. Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: sơ đồ cấu trúc hình cây:Các thành viên tham gia có thể được phân bố đề trên đường truyền, hoặc có thể sắp xếp theo nhóm và ghép nối qua đường trục hoặc đường nhánh. Không giống như các hệ thống khác có cấu trúc bus, AS-I không yêu cầu sử dụng trở đầu cuối.Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền:1. Cấu Trúc Mạng - Kỷ Thuật Truyền Dẫn:Trong một mạng AS-i có một trạm chủ duy nhất đóng vai trò kiểm soát toàn bộ hoạt động giao tiếp trong mạng. Trạm chủ này có thể là một máy tính điều khiển như PLC, PC, CNC, hoặc có thể là một bộ nối bus trường. Trong trường hợp trạm chủ là một bộ nối bus trường , nó có nhiệm vụ chuyển đổi giao thức giữa một đoạn bus trường. Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: Cấu Trúc Mạng - Kỷ Thuật Truyền Dẫn: Ví Dụ : PROFIBUS-DP với mạng AS-i. Các trạm tớ còn lại có thể là một module tích cực ghép nối với tối đa 4 bộ cảm biến hoặc cơ cấu chấp hành thông thường, hoặc chính là một cảm biến / cơ cấu chấp hành có tích hợp giao diện As-i được nối trực tiếp hay qua một bộ chia với đường truyền. Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: Cấu Trúc Mạng - Kỷ Thuật Truyền Dẫn:Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: Cấu Trúc Mạng - Kỷ Thuật Truyền Dẫn: Truyền dữ liệu giữa AS-I Master và Slave:Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: 2. Cáp Truyền: Về cáp truyền. AS-I quy định hai loại cáp dẫn điện thông thường (cáp tròn) và cáp AS-I đặc biệt (cáp dẹt). Trong cáp tròn thông thường dễ kiếm và giá thành thấp, thì loại cáp dẹt có ưu điểm là dễ lắp đặt. Đường kính lõi dây phải là 1,5mm để đáp ứng yêu cầu cung cấp dòng một chiều tối thiểu 2A (24V DC).Mạng AS-IIII. Cấu Trúc Mạng – Kỷ Thuật Truyền Dẫn – Cáp Truyền: 2. Cáp Truyền: cáp tròn cáp dẹtMạng AS-ICơ Cấu Giao Tiếp: AS-I hoạt động theo cơ cấu chủ tớ. Trong một chu kì bus, trạm chủ thực hiện trao đổi với trạm tớ một lần theo phương pháp hỏi trình tự (polling). Trạm chủ gửi một bức điện có chiều dài 14 bit, trong đó có chứa 5 bit đia chỉ trạm tớ và 5 bit thông tin ( dữ liệu đầu ra hoặc mã gọi hàm) chờ đợi trạm tớ này trả lời nội dung trong một khoảng thời gian được định nghĩa trước. Bức điện trả lời của trạm tớ có chiều dài 7 bit, trong đó có 4 bit thông tin ( dữ liệu đầu vào hoặc kết quả thực hiện hàm). Vì khoảng cách truyền tương đối nhỏ, trong khi tốc độ truyền cố định là 167 kbit/s nên thời gian một chu kì bus phụ thuộc hoàn toàn vào số lượng trạm tớ ghép nối.Tuy tốc độ truyền không lớn, nhưng thời gian một chu kì bus tối đa được đảm bảo không lớn hơn 5ms.Mạng AS-ICơ Cấu Giao Tiếp: Cơ cấu chủ - tớ:Mạng AS-IIV. Cơ Cấu Giao Tiếp: Cơ chế giao tiếp chủ tớ của AS-I một mặt cho phép thực hiện vi mạch ghép nối cho các trạm tớ rất đơn giản, dẫn đến giá thành thực hiện thấp, mặt khác tạo độ linh hoạt của hệ thống. Trong trường hợp xảy ra sự cố nhất thời trên bus, trạm chủ có thể gửi riêng từng bức điện mà nó không nhận được trả lời, chứ không cần thiết phải lặp lại cả một chu trinh.Mạng AS-ICấu Trúc Bức Điện: Cấu trúc bức điện của AS-i được xây dựng trên nguyên tắc đơn giản , giảm thiểu các thông tin bổ trợ để tăng hiệu xuất đường truyền. Thực tế, tất cả các bức điện gửi từ trạm chủ có chiều dài cố định 14 bit và tất cả các bức điện đáp ứng từ các trạm tớ đều có chiều dài 7 bit. Cấu trúc của chúng được minh hoạ như trên hình vẽ.Giữa lời gọi của trạm chủ và trả lời của trạm tớ cần một khoảng thời gian nghỉ dài 3-8 thời gian bit. Bit điều khiển trong phần đầu lời gọi của trạm chủ kí hiệu loại thông báo dữ liệu, tham số, địa chỉ hoặc lệnh gọi. Mạng AS-ICấu Trúc Bức Điện:ST: BIT START.A4..A0:Địa Chỉ SLAVEP: Bít Kiểm Tra Chẳng Lẽ.CB: CONTROL BIT.EB: END BIT.I4..I0 : Phần Thông Tin.- Bít điều khiển CB kí hiệu loại thông báo dữ liệu tham số địa chỉ hay lệnh gọi.- Giữa lời gọi trạm chủ và lời gọi trạm tớ có một khoảng thời gian nghỉMạng AS-ICấu Trúc Bức Điện: Bên cạnh bức điện dữ liệu định kỳ, trạm chủ cũng có thể gửi kèm các thông báo khác mà không gây ảnh hướng đáng kể đến thời gian chu kỳ bus. Trong tổng cộng có 9 loại thống báo:2 loại phục vụ truyền dữ liêu và tham số.2 loại dùng để đặt địa chỉ trạm tớ.5 loại dùng để nhận định trạng thái các trạm tớ. Mạng AS-IV. Cấu Trúc Bức Điện: Bảng cấu trúc các lệnh gọi từ trạm chủ AS–i: Mạng AS-IVI. Mã Hóa bít: Phương pháp mã hóa bít cần chú ý đến đến một số yếu tố liên quan đến lĩnh vực ứng dụng: Khả năng đồng tải nguồn Dải tần tín hiệu mang Thông tin đồng bộ nhịp Khả năng phối hợp kiểm lỗi Mạng AS-IVI. Mã Hóa bít:Trong khi cáp hai dây sử dụng cho AS-I có đặc tính suy giảm mạnh theo tần số tăng, cũng như độ bức xạ nhiễu trong môi trường công nghiệp cần phải giảm thiểu thì việc hạn chế dải tần của tín hiệu đóng vai trò quan trọng, bên cạnh đó, do yêu cầu đơn giản và hiệu suất của các bức điện, nên khả năng đồng bộ nhịp và phối hợp phát hiện lỗi cũng cần được quan tâm. Mạng AS-IVI. Mã Hóa bít:Từ các lý do trên, phương pháp mã hóa bít mơi được đưa ra:Phương pháp điều chế xung xoay chiều APM ( Alternate Pulse Modulation ). APM là sự kết hợp giữa hai phương pháp:AFP (Alternate Flanks Pulse ) Mã ManchesterMạng AS-IVI. Mã Hóa bít:Phương pháp mã hóa bít AFP và mã Manchester: Mạng AS-IVI. Mã Hóa bít: Mã hóa đường truyền AS-I dùng phương pháp APM Mạng AS-IVII. Bảo Toàn Dữ Liệu AS-I sử dụng các bức điện rất ngắn và yêu cầu hiệu suất sử dụng các bức điện rất cao, vì vậy không thực hiện chức năng bảo toàn dữ liệu ở lớp 2 như đa số hệ thống các bus khác. Thay vào đó, lớp 1 chịu trách nhiệm hoàn toàn trong việc kiểm tra lỗi, dựa vào bít chẳn/lẻ kết hợp với phương pháp mã hóa bít hợp lí. Trong một chu kỳ bít (6µs) tín hiệu trên đường truyền được bộ thu lấy mẫu 16 lần. Mạng AS-IVII. Bảo Toàn Dữ LiệuTheo phương pháp điều chế APM mô tả ở trên, trong mỗi chu kỳ bus phải có 1 hoặc 2 xung và các xung kết hợp phải đảo chiều, chỉ các tín hiệu dạng này mới được công nhận và giải mã trở lại, ngược lại sẽ được coi là nhiễu và bị loại bỏ.Mỗi bức điện có chiều dài cố định, có bít đầu, bít cuối và được ngăn cách bằng một thời gian nghỉ, nên một số sai lệch trong tín hiệu cũng được phát hiện. Cuối cùng nội dung thông tin dử dụng trong mỗi bức điện ( chủ hoặc tớ ) được kiểm tra bằng một bít chẵn/lẻ.Mạng AS-IVII. Bảo Toàn Dữ LiệuTheo lý thuyết khoảng cach hamming của bít chẵn/lẻ là 2, nhưng tỉ lệ còn lại (xác xuất một bức điện bị lỗi không xác định được) được đánh giá rất thấp. ví dụ: ngay cả khi tỉ lệ bít lỗi là 0,0012 (tức khoảng 200 lỗi/s) thì khoảng cách trung bình giữa 2 lần lỗi của các bức điện trạm chủ lớn hơn 10 năm. Mạng AS-IVII. Bảo Toàn Dữ LiệuMỗi bức điện bị lỗi sẽ phải gủi lại, vì lý do các bức điện ngắn nên việc gửi lại các bức điện lỗi chỉ gây ảnh hưởng đáng kể đến thời gian chu kỳ bus khi tỉ lệ lỗi rất lớn. Mạng AS-IMột số ứng dụng cua mạng AS-I:Dây chuyền đóng chai:Mạng AS-IMột số ứng dụng cua mạng AS-I:Dây chuyền sản xuất bia:THE ENDTHANK YOU VERY MUCHDesign by Sky