Giáo trình Lắp đặt, vận hành hệ thống mạng truyền thông công nghiệp

n quy định với MOD.OPEN tuyên bố phù hợp với cấu hình cho phần còn lại của mạng. Trước khi một biến có thể được truy cập qua mạng, nó phải được "ánh xạ". Sau khi khởi tạo giao diện Modbus với tuyên bố MOD.OPEN, MotionBASIC Hãy chắc chắn rằng mạng MODBUS có chỉ có một thiết bị "chủ", và tất cả còn lại thiết bị được cấu hình như là "nô lệ". Những "thầy" là thiết bị khởi truyền dữ liệu, và "nô lệ" đáp ứng các yêu cầu truyền dữ liệu từ các "bậc thầy". Nếu một PLC được thực hiện lần đọc và viết trên một thiết bị khác trên mạng, tin nhắn khối phải thực hiện đọc / ghi chức năng, và sau đó chờ đợi cho bài trả lời tin nhắn trước khi đọc / ghi khác là cố gắng. Một khối tin nhắn được thực hiện mỗi lần quét của PLC Chương trình có thể gây ra tất cả các loại lỗi mạng. Nếu Orion được thực hiện đọc và / hoặc viết trên một thiết bị khác trên mạng, các chương trình không được thực hiện một lần thứ hai đọc / ghi cho đến khi MOD.MSG @ trở thành sự thật. Sau khi MOD.MSG @ trở thành sự thật, ứng dụng cũng nên kiểm tra MOD.STS @ để xác minh rằng các hoạt động hoàn thành thành công. Nếu MOD.STS @ là số không, điều này chỉ ra rằng không có lỗi đã được phát hiện. A giá trị khác không cho thấy một vấn đề. Hãy tham khảo các tài liệu hướng dẫn cho MOD.STS @ chi tiết bổ sung. Nếu có thể, chương trình PLC như vậy mà có một khoảng thời gian giữa các khối tin nhắn hành quyết. Điều này giúp làm giảm lưu lượng mạng. MotionBASIC ® tốc độ thực hiện chương trình cũng có thể bị chậm lại bởi vì CPU phải xử lý tất cả các ký tự được gửi và nhận qua giao diện nối tiếp. 73 Điện tiếng ồn có thể gây ra vấn đề trên bất kỳ mạng tốc độ cao. Hãy chắc chắn rằng thích hợp đất và che chắn kỹ thuật được theo sau. . Một lưu ý ứng dụng chi tiết nên nền tảng và che chắn kỹ thuật có thể được tìm thấy tại 4.2.Mô tả các công cụ được dùng - Máy tính đã khai báo cài đặt - Tài liệu hướng dẫn sử dụng - PLC và các thiết bị ngoại vi 4.3.Chi tiết quá trình xử lý sự cố Các Lưu ý chung khi thực hành : Mở máy tính và kiểm tra lại các thông số truyền khai báo trên phần mềm, MODBUS @ được thiết lập ON Kiểm tra một kết nối RS-232/RS485 trực tiếp giữa một máy tính và Orion, hoặc giữa hai Orions, một null " modem kết nối "phải được thực hiện. Kiểm tra ánh xạ bằng cách kiểm tra thông giữa các thiết bị trong mạng. Ví dụ của MotionBASIC mã, và sơ đồ bậc thang PLC trong hệ thống trợ giúp. Có được bù đắp trong đăng ký số giữa PLC Modicon, và Orion. Ví dụ đăng ký 0 trong Orion là đăng ký 40.001 trong một Modicon 984. Điều này cũng có thể đúng cho khác các thiết bị chẳng hạn như gói phần mềm MMI, Nếu PLC được đọc và viết đăng ký, xem ra để nhập số thập phân mà bát phân hay số hex được yêu cầu trong các định nghĩa khối tin nhắn. Hãy tham khảo "Modicon / Modbus Đăng ký Số "trong hệ thống trợ giúp. Kiểm tra lại giao thức đúng master/slave chưa/ Kiểm tra nguồn điện, các đầu cắm Lý thuyết thực hành 1 Trong công nghiệp có nhiều thiết bị PLC (Siemens,Schneider,Rockwell), biến tần tích hợp chuẩn Modbus nhưng ta chỉ thực hành trên một thiết bị cụ thể đó là mạng Modbus trong PLC siemens S7-200. PLC S7-200 giao tiếp được với nhau thông qua chuẩn Modbus. S7-200 được sử dụng để làm master và slave. Một master có thể điều khiển được 247 slave. Việc truyền và nhận dữ liệu ngõ vào, ngõ ra và các thanh ghi được thực hiện thông qua các hàm. 74 Hàm truyền nhận dữ liệu trong Master. Đối với master, sử dụng 2 hàm để truyền dữ liệu Modbus control và modbus message. Hàm khởi tạo trong Modbus Các tham số ngõ vào: EN cho hàm khởi tạo hoạt động, ngõ vào EN phải luôn ON để điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của việc truyền nhận. Mode : chọn lựa giao thức truyền thông cho cổng giao tiếp của PLC. + Mode = 0 cho phép giao tiếp theo chuẩn PPI + Mode = 1 cho phép giao tiếp theo chuẩn modbus Baud : Tốc độ truyền thông Parity : kiểm tra chẳn lẻ (1 lẽ, 2 chẳn, 0 là không kiểm tra) Time out : thời gian tối đa đợi áp ứng từ slave. Hàm truyền nhận dữ liệu : Modbus messge Các tham số ngõ vào và ngõ ra của hàm truyền nhập dữ liệu. EN cho phép hàm hoạt động First : kích thích quá trình truyền nhận dữ liệu. Mỗi lần ngõ vào first = 1 thì quá trình truyền nhận dữ liệu bắt đầu. Do vậy ngõ vào này thường ở dạng xung, mỗi lần có xung ngõ vào thì quá trình truyền nhận bắt đầu. Slave : địa chỉ của slave có giá trị từ 0 đến 247 RW : ngõ vào điều khiển đọc dữ liệu hay ghi dữ liệu. +RW = 0 : đọc dữ liệu từ slave về master +RW = 1 : đọc dữ liệu từ master đến slave Address : Địa chỉ modbus, chỉ có dữ liệu ngõ ra s61 và thanh ghi lưu trữ hỗ trợ cả đọc và ghi còn thanh ngõ vào và dữ liệu ngõ vào chỉ hỗ trợ đọc. 75 Count : số lương bit hay word dữ liệu được đọc hay ghi.( chuển modbus chỉ hổ trợ loại dữ liệu bit hoặc word). Lệnh read hay write chỉ được phép tối đa đến 1920 bít hay 240 byte. Data ptr: con trỏ địa chỉ dán tiếp chỉ cùng nhớ V trong S7-200. Done : Ngõ ra báo thiệu việc ghi hay đọc đã hoàn tất. Error : Byte báo lỗi trong trường hợp xãy ra lỗi. Địa chỉ trong modbus : Modbus Address S7-200 Address Modbus Address S7-200 Address 00001 00002 00003 ... 00127 00128 10001 10002 10003 ... 10127 10128 Q0.0 Q0.1 Q0.2 ... Q15.6 Q15.7 I0.0 I0.1 I0.2 ... I15.6 I15.7 30001 30002 30003 ... 30032 40001 40002 40003 ... 4xxxx AIW0 AIW2 AIW4 ... AIW62 Hold Start HoldStart+2 HoldStart+4 ... HoldStart+2 x (xxxx-1) Mã lỗi trong modbus Mã lỗi Diễn tả mã lỗi 0 Không có lỗi 1 Lỗi giới hạn của Ram 2 Lỗi tốc độ truyền 3 Lỗi địa chỉ trạm con 4 Lỗi giá trị thông số của Modbus 5 ký tự ở slave modbus tràn thanh ghi con trỏ trong vùng V 6 lỗi gửi chẳn lẽ trong modbus 76 7 Lỗi truyền đồng bộ 8 Yêu cầu chức năng không được hổ trợ 9 Địa chỉ trong Ram bị lỗi khi có yêu cầu 10 Chức năng trạm con không được cho phép Ví dụ thực hành 1 Viết chương trình mạng modbus đọc 4 word dữ liệu từ slave bắt đầu địa chỉ 40020 lưu vào vùng nhớ PLC bắt đầu từ địa chị chỉ VW300 và ghi 4 word dữ liệu bắt đầu địa chỉ VW0 lưu vào vùng nhớ slave bắt đầu địa chỉ 40001. Bước 1: Mở chương trình s7-200 vào start -> all programs -> simatic-> S7-microwin 4.0.9.25 -> step 7 – microwin như hình bên dưới hoặc ra ngoài destop double click vào biểu tượng : Bước 2 : ta vào thư viện lấy hàm MBUS_CTRT và ghi các thông số vào 77 Bước 3 : ta ghi các thông số truyền nhận kiểm tra chẳn lẽ cho hàm Đoạn chương trình khởi tạo cho modbus Đoạn chương trình ghi dữ liệu, việc ghi dữ liệu bắt đầu từ bít M2.0 = 1 khi dữ liệu ghi hoàn tất thì bít M0.1 = 1, nếu xảy ra lỗi thì bit MB10 78 Đoạn chương trình đọc dữ liệu, việc đọc dữ liệu bắt đầu từ bít M2.1 = 1 khi dữ liệu ghi hoàn tất thì bít M0.1 = 1, nếu xảy ra lỗi thì bit MB10 79 Bước 4 : Lưu chương trình và download chương trình vào plc thực tế kiểm tra dữ liệu truyền và nhận Lý thuyết thực hành 2 Hàm khởi tạo trong truyền nhận trong slave Các tham số vào ra của hàm modbus INT EN : bắt đầu thực hiện Mode : chọn chế độ truyền thông Address : địa chỉ của slave(từ 1 đến 247) Baud : tốc độ truyền thông (từ 1200 đến 115200) Paraty : bit kiểm tra chẳng lẻ. Delay : thời gian chờ để nhận dữ liệu (0 đến 32765 ms) MaxIQ : số lượng ngõ vào, ngõ ra cho phép đọc, ghi (0 đến 128) MaxAI : số lượng analog cho phép (0 đến 32 kênh). 80 Maxhold : số lượng word tối đa cho phép truy xuất trong slave Hold start : con trỏ địa chỉ của vùng nhớ V Hàm modbus_slave Các tham số ngõ vào: EN cho hàm khởi tạo hoạt động Done : làm việc khi có master modbus gửi thông tin xuống. Error : giá trị báo lỗi khi có thông điệp lỗi. Ví dụ thực hành 2 Bước 1 : Tương tự như trên chỉ khác là lấy khối hàm khác và thay đổi thông số của hàm MBUS_INT ví dụ về hàm khởi tạo MBUS_INIT truyền nhận slave Bước 2 : Lưu chương trình và download trên plc thực tế để kiểm tra tín hiệu truyền nhận, ghi lai kết quả. Sau đó học viên thực hành các bài tập sau với sự giám sát và hướng dẫn của giáo viên. 81 Như vậy thông qua mạng modbus ta có thể liên kết dễ dàng các thiết bị lại với nhau ví dụ như ta có thể lập trình PLC Twindo giao tiếp serial distributed I/O qua chuẩn Modbus RTU của thiết bị này. Một điều thuận lợi là càng ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành, hoặc thiết bị điều khiển như PLC,biến tần, được tích hợp các giao thức mạng Modbus, Từ những giao thức mạng tích hợp có sẵn trên các thiết bị trên, Việc xây dựng nên mô hình, vừa có mục đích tìm hiểu , vừa mang lại môt cái nhìn trực quan về một hệ thống mạng công nghiệp. CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Bài 1 : Mạng truyền thông Mobus gồm có một Slave và một Master, hai nút nhấn On, Off được gắn Master, ba động cơ 3 pha được gắn ở Slave. Viết chương trình sau : Khi nhấn On thì động cơ thứ 3 chạy trước sau 10s sau động cơ 2 chạy sau 10s sau nữa động cơ 1 chạy. Khi nhấn nút Off động cơ 1 dừng trước đến động cơ hai và động cơ 3 dừng. Vẽ sơ đồ kết nối và viết chương trình ứng dụng trên. Bài 2 : Mạng truyền thông gồm có 1 master và 1 slave viết chương trình theo yêu cầu sau : Truyền từ vùng nhớ QB20 đến QB30 từ master qua slave và lưu vào vùng nhớ từ MB0 đến MB20 trong slave. Truyền từ vùng nhớ VB0 đến VB10 từ slave qua master và lưu vào vùng nhớ từ MB10 đến MB20 trong master. Bài 3 : Viết hàm khởi tạo và nhận dữ liệu tại master. Biết rằng : Dữ liệu được nhận tại slave có địa chỉ là 5. Số byte nhận là 5. Vùng dữ liệu nhận từ slave bắt đầu từ VB12. Dữ liệu lưu vào vùng nhớ V trong master, bắt đầu tại VB2. Kiểm tra lẻ. Tốc độ nhận là 9600. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Nội dung: + Về kiến thức: 82 Trình bày được cấu trúc mạng Modbus; + Về kỹ năng: Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản; + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của công việc - Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. 83 BÀI 6: MẠNG AS-I Mã bài: MĐ ĐTCN 24-06 Giới thiệu: Mạng AS-I được sử dụng nhiều và rộng rải, đây là một mạng truyền thông các thiết bị ngoại vi đa số là thiết bị ngoại vi là các cảm biến đọc tín hiệu về điều khiển cơ cấu chấp hành. Mục tiêu: - Liệt kê được cấu trúc mạng AS-i - Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung chính: 1. Giới thiệu Kết quả phát triển hợp tác của 11 hãng sản xuất các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành của châu Âu (Siemens, Schneider Electric, Moeller, Festo, Bürkert, Pepperl & Fuchs...) đã cho ra đời mạng AS – i. Chuyên dùng cho ghép nối bộ điều khiển trực tiếp với các thiết bị logic (rơ-le đóng cắt, van on/off, cảm biến chuyển mạch bằng một đường cáp duy nhất, theo chuẩn EN50295, IEC62026-2. Hiệp hội ASI International Association hỗ trợ phát triển và ứng dụng Hình 6.1: Mô hình mạng ASI International 84 Yêu cầu & đặc điểm chung: - Yêu cầu lưu lượng dữ liệu thấp, tính thời gian thực ngặt nghèo - Đơn giản, tiện dụng, giá cả hợp lý - Khả năng đồng tải nguồn cho toàn bộ các cảm biến vàmột phần lớn các cơ cấu chấp hành. - Bền vững trong môi trường công nghiệp nhưng không đòi hỏi cao về chất lượng đường truyền - Cấu trúc mạng tương đối linh hoạt: đường thẳng, cây, hình sao - Thực tế của phương pháp nối dây truyền thống: 36% mọi sự cố nhà máy, máy móc là do lỗi lắp đặt, đi dây (số liệu 1997, TU München) ASI giúp tiết kiệm tới 25% chi phí cáp truyền và 30% chi phí tổng thể Hình 6.2: Sơ đồ cấu trúc mạng AS- i 2. Lớp vật lý 2.1.Cơ chế giao tiếp - Chủ-tớ, phương pháp hỏi đáp tuần tự (polling), tuần hoàn - Chủ yếu là dữ liệu logic (tối đa 4 bit dữ liệu vào/ra trong một bức điện) - Thời gian một chu kỳ bus tối đa được đảm bảo không lớn hơn 5 ms (với 31 trạm tớ) - Version 2.0: Cho phép truyền dữ liệu tương tự (7 chu kỳ bus x 5 = 35 giây) - Trạm chủ cũng có thể gửi kèm các thông báo khác mà không gây ảnh hưởng đáng kể tới thời gian chu kỳ bus. (9 loại thông báo có hai loại phục vụ truyền dữ liệu 85 và tham số, hai loại dùng để đặt địa chỉ trạm tớ, năm loại được sử dụng để nhận dạng và xác định trạng thái các trạm tớ). 2.2.Cấu trúc bức điện Hình 6.3: Cấu trúc bức điện mạng AS- i 3. Lớp kết nối dữ liệu  Tên chính thức EIA/TIA-485, phiên bản mới nhất là EIA/TIA-485b  Truyền chênh lệch đối xứng => các ưu điểm đã nêu  Là chuẩn được sử dụng thông dụng nhất trong các hệ thống truyền thông công nghiệp (Profibus FMS/DP, Interbus, AS-Interface và các giao thức riêng khác...) 86 Hình 6.4: Sơ đồ ghép nối RS 485 Một số đặc điểm cơ bản: - Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng - Chế độ truyền chủ yếu là hai chiều gián đoạn - Ghép nối nhiều điểm, số trạm tối đa/đoạn mạng là 32 - Tốc độ truyền cao (có thể tới > 10Mbps) - Khoảng cách truyền lớn (có thể tới 1200m) - Có thể dùng tới 3 bộ lặp (4 đoạn mạng), trong thực tế có thể hơn - Trở đầu cuối: 100 hoặc 120 Ohm - Quan hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền (sử dụng đôi dây xoắn AWG 24) Hình 6.5: Tốc độ truyền dẫn RS 485 Theo qui định chuẩn, một bộ kích thích tín hiệu phải đảm bảo dòng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho ai trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60Ω (120Ω tại mỗi đầu) với điện áp tối thiểu 1,5V => 25mA ; 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua mỗi đơn vị tải (trường hợp xấu nhất) => 32mA. 87 4. Đặc điểm hoạt động 4.1.Mã hóa bit APM (Alternate Pulse Modulation): kết hợp giữa AFP và mã Manchester Hình 6.6: Sơ đồ mã hóa bit cấu trúc mạng AS- i 4.2.Bảo toàn dữ liệu  Lớp 1 chịu trách nhiệm hoàn toàn trong việc kiểm tra lỗi, dựa vào bit chẵn/lẻ kết hợp với phương pháp mã hóa bit hợp lý.  Trong một chu kỳ bit (6 μs) tín hiệu trên đường truyền được bộthu lấy mẫu 16 lần=> Nhận biết dạng tín hiệu theo mã APM  Mỗi bức điện đều có chiều dài cố định, có bit đầu, bit cuối, ngăn cách bằng một thời gian nghỉ  Kiểm tra bằng một bit chẵn lẻ.  Tỉ lệ lỗi còn lại rất thấp. Vídụ, tỉ lệ bit lỗi là 0.0012 (tức khoảng 200 lỗi/s) thì TMTBF các bức điện trạm chủ lớn hơn 10 năm.  Ví dụ với 31 trạm tớ, trong trường hợp truyền không có lỗi thì trong một chu kỳ bus có 33 bức điện kể cả 2 bức điện thông báo tham số được trao đổi Thời gian chu kỳ bus sẽ là: 33 x 25 bit x 6μs/bit = 4.95 ms 88  Nếu xuất hiện trung bình một bức điện bị lỗi và phải gửi lại trong mỗi chu kỳ (khoảng 200 lỗi trong một giây),chu kỳ bit sẽ kéo dài: 34 x 25 bit x 6μs/bit = 5.1 ms  Trong trường hợp mười bức điện bịlỗi phải gửi lại trong một chu kỳ, thời gian chu kỳ bus sẽ là: 43 x 25 bit x 6μs/bit = 6.45 ms 5. Xử lý sự cố 5.1.Giới thiệu Người ta sử dụng kỹ thuật truyền tốc độ cao. Master giám sát điện áp trên cáp và dữ liệu được truyền. Nếu phát hiện có lỗi truyền và hư hỏng trong các slave, nó truyền thông điệp đến PLC.Người sử dụng có thể xử lý với thông điệp này. Việc trao đổi hay thêm các slave trong hoạt động bình thường không làm thay đổi ,không làm hư truyền thông với các mạng khác . Các actuator/sensor thông minh làm tăng thêm các khã năng, thí dụ giám sát, gán tham số, kiểm tra ô nhiễm Trong mạng AS-I thường xày ra các lỗi về hệ thống, lỗi nguồn, lỗi kết nối, lỗi cấu hình lỗi địa chỉ 5.2.Công cụ Một số thiết bị master và slave được dùng kết nối trong mạng AS-I Hình 6.7 : Hình dáng CP242-2 89 Hình 6.8 : Cách nối cáp AS – I vào CP242-2 Trạng thái các đèn báo: SF (red) :Lỗi hệ thống. APF (red) :Lỗi nguồn cung cấp. CER (yellow) :Lỗi cấu hình . AUP (green) :Đang làm việc. CM (yellow) :Chế độ cấu hình . SET Button :Đặt cấu hình chuẩn . DISPLAY Button :Xem trạng thái các slave trong mạng. Hình 6.9: AS-I master CP 342-2 90 Trạng thái các đèn báo: ADR (red) :Lỗi địa chỉ RUN (đỏ) :Master hoạt động SF (đỏ) :Lỗi hệ thống. APF (đỏ) :Lỗi nguồn ASI. CER (vàng) :Lỗi cấu hình. AUP (xanh) :Chế độ tự động. CM (vàng) :Chế độ cấu hình. Các sensor với kết nối ASI tích hợp sẵn ví dụ của hãng SIEMENS hoặc các nhà sản xuất khác .Sensor thông minh (sensor điện cảm ) Hình 7.10: Hình dạng một sensor thông minh Hình 7.11: Cấu trúc một sensor thông minh Vùng 1: Đối tượng quá gần hay sensor ngắn mạch. Vùng 2: Chắc chắn “ON”. Vùng 3: Không chắc chắn. 91 Vùng 4: Vùng chắc chắn “OFF”. Vùng 5: Đứt dây dẫn cuộn dây sensor. Sn: Khoảng cách đóng mạch định mức. Sr: Khoảng cách đóng mạch thực. Khả năng bus của sensor: Khả năng bus của sensor có thể được thực hiện với ASI. Điều này giúp cho việc nối dây được đơn giản hơn, vì ở đây không cần đến các module vào/ra trong điều khiển. Các sensor có khả năng nối bus này được kết nối trực tiếp qua cáp ASI. Các tín hiệu phụ: Một ưu điểm phụ là để bổ sung các tín hiệu đóng mạch nhị phân, các thông tin phụ để chẩn đoán đứt dây hay nhiễu tín hiệu khi truyền tải. Hướng dữ liệu được đưa về là các tham số của cảm biến (ví dụ: độ nhạy, khoảng cách đóng mạch, sự trễ tín hiệu) trên cùng dây dẫn . Tích hợp thông minh : Các ASI sensor có khả năng bus hầu hết có một bộ vi xử lý, nhờ đó nó có khả năng chẩn đoán thông minh. Như vậy các đặc tính trễ, tuyến tính có thể được lập trình sẵn trong sensor. Điều này làm giảm sự điều khiển vượt quá. CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Bài 1 : dùng modul CP343-2P AS-I viết chương trình đọc dữ liệu từ vùng slave có địa chỉ PIW20 điều khiển động cơ chạy theo thời gian thực, thứ 7 chủ nhật nghỉ. Bài 2: Dùng modul CP342-2 AS-I viết chương trình giám sát đọc tín hiệu nhiệt độ khoảng nhiệt độ từ 20 độ C đến 340 độ C từ modul analog và điều khiển quạt gió. Nếu nhiệt độ khoảng 200 độ quạt thổi hơi lạnh sẽ chạy. Bài 3 : viết chương trình dùng hệ thống AS-I với modul phân tán ET200S viết chương trình điều khiển máy nén khí giám sát hoạt động của máy nén khí trên giao diện SCADA. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Nội dung: + Về kiến thức: Liệt kê được cấu trúc mạng AS-i + Về kỹ năng: Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. 92 Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của công việc - Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. 93 BÀI 7: MẠNG INDUSTRIAL ETHERNET Mã bài: MĐ ĐTCN 24-07 Giới thiệu: Mạng Enthenet công nghiệp giúp sự truyền tin giữa các thiết bị máy móc đi xa hơn và nhanh hơn, mạng Ethernet điều khiển các thiết bị máy móc trên tầm vĩ mô. Mục tiêu: - Liệt kê được cấu trúc mạng Industrial Ethernet - Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Nội dung chính: 1. Giới thiệu Mạng Ethernet đầu tiên được phát triển vào năm 1970 bởi công ty Xerox là mộtmạng thử nghiệm, sử dụng dây cáp đồng trục với tốc độ truyền tải dữ liệu 3 Mbps. Mạng sử dụng giao thức CSMA/CD.Sự thành công của dự án này đã gây chú ý cho các nhà sản xuất thiết bị điện tử thời đó. Chính vì thế mà năm 1980, ba nhà sản xuất thiết bị điện tử hàng đầu là Digital Equipment Coperation, Intel Corporation và Xerox Corporation đã cùng nhau phát triển phiên bản Ethernet 1.0 với tốc độ truyền tải dữ liệu là 10 Mbps.Năm 1983, chuẩn mạng IEEE 802.3 đã được soạn thảo với nội dung tương tự nhưchuẩn mạng Ethernet phiên bản 1.0. Đến năm 1985 thì IEEE 802.3 được chuẩn hóa. Sau đó nhiều chuẩn mạng cục bộ khác đã được phát triển dựa theo nguyền tắc chia sẻ đường truyền chung của giao thức CSMA/CD. Ethernet là tên của kỹ thuật thông dụng nhất dùng kết nối mạng Lan. Một số kết nối khác không dùng Ethernet có thể kể kết nối trực tiếp qua cổng Com hay USB (chỉ dùng được cho 2 máy), mạng không dây (wireless), mạng Token ring, Asynchronous tansfer mode ( ATM)...Do công ty Xerox phát minh và đuợc chuẩn hóa thành tiêu chuẩn IEEE 802.3 với vài thay đổi, đa số mạng Lan hiện nay dùng kỹ thuật Ethernet với 2 dạng thường gặp nhất Standard Ethernet tốc độ 10 Mbps và Fast Ethernet với tốc độ 100Mbps. Chuẩn Ethernet đòi hỏi mỗi máy phải có một Ethernet adapter card (thường gọi là NIC hay card mạng) kết nối trực tiếp hay qua hub bằng cáp coaxial hoặc UTP (thường là Cat 5,100BaseT), dạng topology có thể là bus hay star và dùng quy thức CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection - để điều khiển lưu thông của data trên cáp. 94 2. Một số loại tốc độ truyền thông Ethernet Ethernet là một môi trường mạng LAN có môi trường truyền thông được chia sẻ (shared media LAN). Tất cả các trạm trên mạng (network station) chia nhau tổng băng thông của mạng (LAN bandwidth). Băng thông này có thể là 10Mbps (megibit per second = megabit/giây), 100Mbps hoặc 1000Mbps. Ngày nay, người ta còn dùng khái niệm Switched Ethernet (Mạng Ethernet chuyển mạch) để nói về công nghệ mạng LAN Ethernet sử dụng Switch thay cho Hub. Với Switched Ethernet, mỗi cặp máy tính Truyền và Nhận sẽ có các đường truyền riêng với băng thông đầy đủ (full bandwidth). Mạng Ethernet có thể sử dụng cáp đồng trục (coaxial cable), cáp xoắn đôi (twisted-pair cable), cáp quang (Optical Fiber) hoặc vô tuyến (wireless).Mạng Ethernet sử dụng cả cấu trúc Tuyến tính (bus) và hình sao (star). Các hệ thống Ethernet 10Mb/s + 10Base5: Đây là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa trên cáp đồng trục loại dày. Tốc độ đạt được 10 Mb/s, sử dụng băng tần cơ sở, chiều dài cáp tối đa cho 1 phân đoạn mạng là 500m +10Base2: Có tên khác là “thin Ethernet” , dựa trên hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa của phân đoạn là 185 m (IEEE làm tròn thành200m). + 10BaseT: Chữ T là viết tắt của “twisted”: cáp xoắn cặp. 10BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa trên hệ thống cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên. +10BaseF: F là viết tắt của Fiber Optic ( sợi quang). Đây là chuẩn Ethernet dùng cho sợi quang hoạt động ở tốc độ 10 Mb/s , ra đời năm 1993. Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s – Ethernet cao tốc ( Fast Ethernet ) + 100BaseT: Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trên cả cắp xoắn cặp lẫn cáp sợi quang +100BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hóa đường truyền của hệ thống này (sử dụng phương pháp mã hoá 4B/5B của chuẩn FDDI). Bao gồm 2 chuẩn 100BaseFXvà100BaseTX.- 100BaseFX.Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp sợi quang đa mode. + 100Base TX: Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp xoắn cặp. 100BaseT2 và 100BaseT4: Các chuẩn này sử dụng 2 cặp và 4 cặp cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên tuy nhiên hiện nay hai chuẩn này ít được sử dụng. Các hệ thống Giga Ethernet + 1000BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đường truyền ( chuẩn này dựa trên kiểu mã hoá 8B/10B dùng trong hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel được phát triển bởi ANSI). Chuẩn 1000BaseX gồm 3 loại:  1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn.  1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài.  1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng. + 1000BaseT: Hoạt động ở tốc độ Giga bit, băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên. Sử dụng kiểu mã hoá đường truyền riêng để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này. 95 3. Industrial Ethernet 3.1.Giới thiệu Hình 7.1. Mạng truyền thông Ethernet trong công nghiệp Advantech cung cấp đầy đủ các dòng sản phẩm cho giải pháp Ethernet công nghiệp bao gồm Bộ chuyển mạch Ethernet, Bộ chuyển đổi truyền thông, bộ biến đổi tín hiệu từ Serial sang Ethernet. Tính năng chính của bộ Switches/Hubs công nghiệp. * Hỗ trợ chuẩn IEEE 802.3, 802.3u (10/100 Base-TX) * Bảo vệ chống nghẽn mạng * Bảo vệ ESD cho cổng Ethernet * Bảo vệ đột biến dòng điện * Tự động điều chính chế độ truyền dữ liệu (Full/half duplex) * Giải pháp mạng quang cho các ứng dụng khoảng cách xa và chống nhiễu (100 Base- FX, Single/Multi Mode Cổng nối chuẩn SC) * Tiện lợi trong lắp đặt như gắn tường, DIN Rail, gắn xếp chồng.. * Dải điện áp hoạt động rộng 96 * Hỗ trợ nguồn vào dự phòng * Dải nhiệt độ hoạt động rộng. 3.2.Kết nối và dây cáp + Logic: Cấu trúc bus + Vật lý: Đường thẳng hoặc hình sao + Mã hóa Manchester, truyền chênh lệch đối xứng (±0,85V) + Phương tiện truyền dẫn: - Cáp đồng trục: 10BASE2 (cáp mỏng), 10BASE5 (cáp dầy) - Đôi dây xoắn: 10BASE-T, 100BASE-T4, 100BASE-TX - Cáp quang: 10BASE-F, 100BASE-FX,.. Hình 7.2. Cáp truyền thông Ethernet Hình 7.3. Mô hình đấu nối cáp mạng ethernet 97 Ở sơ đồ này Sử dụng một nhánh mạng 10BASE-2 làm xương sống: Trường hợp này phải chọn các Hub có môđun mở rộng (Add- in module) 10BASE-2. 3.3.Khung truyền thông Khuôn dạng khung truyền được thể hiện trên hình sau: Hình 7.4. Cấu trúc khung truyền trong Ethernet IEEE 802.3 Trong đó : Premable (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 them 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 = 0, Địa chỉ riêng biệt I/G = 1, Địa chỉ nhóm Hình 7.5. Dạng địa chỉ 16 bít U/L = 0, Địa chỉ toàn cục U/L = 1, Địa chỉ địa phương Hình 7.6. Dạng địa chỉ 46 bít 3.4.Nhiễu và tiếng ồn Để mạng Ethernet hoạt động đúng, mỗi máy trạm phải phát hiện và thông báo sự xung đột tới trạm xa nhất trong mạng trước khi một trạm nguồn hoàn thành việc truyền 98 khung. Khung Ethernet kích cỡ nhỏ nhất là 512 bit (64 octet), do đó khoảng thời gian nhỏ nhất để phát hiện và thông báo xung đột là 512 lần thời gian một bit. Ethernet 10Mb/s: slot Time = 51,2 us Ethernet 100Mb/s: slot Time = 5,12 us Ethernet 1000Mb/s: slot Time = 512 ns Trường hợp vi phạm thời gian slotTime, mạng Ethernet sẽ hoạt động không đúng nữa. Mỗi lần truyền khung, máy trạm sẽ lưu khung cần truyền trong bộ đệm cho đến khi nó truyền thành công.Giả sử mạng không đáp ứng đúng tham số slotTime. Trạm 1 truyền 512 bit thành công không hề bị xung đột, lúc này khung được xem là truyền thành công và bị xoá khỏi bộ đệm. Do sự phát hiện xung đột bị trễ, trạm 1 lúc này muốn truyền lại khung cũng không được nữa vì khung đã bị xoá khỏi bộ đệm rồi. Mạng sẽ không hoạt động đúng. Một mạng Ethernet được thiết kế đúng phải thoả mãn điều kiện sau: “ Thời gian trễ tổng cộng lớn nhất để truyền khung Ethernet từ trạm này tới trạm khác trên mạng phải nhỏ hơn một nửa slotTime”. Thời gian trễ tổng cộng nói tới ở đây bao gồm trễ qua các thành phần truyền khung: trễ truyền tín hiệu trên cáp nối, trễ qua bộ repeater. Thời gian trễ của từng thành phần phụ thuộc vào đặc tính riêng của chúng.Các nhà sản xuất thiết bị ghi rõ và khi thiết kế cần lựa chọn và tính toán để thoả mãn điều kiện hoạt động đúng của mạng Ethernet. 3.5.TCP/IP và Industrial Ethernet Mô hình TCP/IP chỉ có 4 lớp.Mô hình tham chiếu của TCP/IP không trực tiếp giống mô hình của OSI. Mặc dù mỗi mô hình mạng đều có chung một mục đích là để truyền thông dễ dàng giữa các mạng, giữa các loại máy tính chạy trên nền hệ điểu hành khác nhau. Nhưng mỗi mô hình mạng đều có đặc điểm riêng và cách thực thi cũng chút ít khác nhau. Mô hình OSI do ISO tạo ra trong một thời gian dài, nó được dùng làm mô hình chuẩn cho các mô hình khác. Còn TCP/IP ra đời do yêu cầu cấp thiết của chính phủ Mỹ trước tình hình lúc bấy giờ, do đó sự phát triển của TCP/IP không bị đè nặng bởi những yêu cầu chặt chẻ như OSI. Do đặc tính của OSI là một mô hình tham khảo nên việc áp dụng OSI vào thực tế là khó có thể thực hiện (hiệu suất kém vì dữ liệu khi truyền trong mạng phải qua tất 99 cả các lớp của mô hình OSI). Do đó, OSI chỉ là một tiêu chuẩn để các nhà nghiên cứu dựa vào đó để phát triển các mô hình khác tối ưu hơn. Có rất nhiều mô hình khác nhau đã được phát minh, tuy nhiên hiện nay trên thế giới cùng với sự phát triển như vũ bão của Internet thì mô hình TCP/IP là được sử dụng phổ biến nhất. Bộ giao thức TCP/IP là rất quan trọng trong việc lựa chọn cách thức truyền thông nhằm hạn chế lỗi và tăng hiệu quả. TCP/IP có các đặc điểm nổi bậc sau: Độc lập với cầu hình mạng: TCP/IP có thể dung cho mạng bus, start, ring, cho mạng cục bộ, mạng diện rộng hay các liên mạng. Độc lập với phần cứng vật lý của mạng: TCP/IP có thể dung cho Ethernet, token- ring hay bất cứ loại phần cứng nào. Là một chuẩn giao thức mở: TCP/IP có thể thực hiện trên nhiều hệ điều hành (Operating System – OS) khác nhau, nên nó thích hợp dung cho các mạng hỗn tạp các loại phần cứng và phần mềm như Internet. Định địa chỉ một cách tổng quát: mỗi trạm trên mạng TCP/IP có một địa chỉ IP duy nhất được dùng để liên lạc với bất kì trạm nào khác trên mạng. Hỗ trợ đắc lực mạng theo mô hình Client – Server. Các protocol chuẩn lớp ứng dụng: TCP/IP không những cung cấp cho lập trình viên phương pháp để truyền dữ liệu giữa các ứng dụng mà còn cung cấp cơ sở của nhiều giao thức lớp ứng dụng. Kiến trúc của TCP/IP Phát triển từ mô hình tham chiếu OSI, TCP/IP được phân làm 4 lớp: Lớp truy xuất mạng (Network Access layer). Lớp liên mạng (Internet Layer). Lớp giao vận (Transport layer). Lớp ứng dụng (Application layer). Việc phân lớp này đảm bảo một số nguyên tắc sau: Một lớp được tạo ra khi cần đến mức trừu tượng hóa tương ứng. Mỗi lớp cần thực hiện các chức năng được định nghĩa rõ ràng. Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa các quy tắc chuẩn hóa quốc tế. 100 Ranh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất ( tham số cho chương trình con là ít). Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp. Một mức có thể được phân thành các lớp nhỏ cần thiết. Các mức con có thể lại bị loại bỏ. Hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông với nhau nếu chúng bảo đảm những nguyên tắc chung (cài đặt cùng một giao thức truyền thông). Các chức năng được tổ chức thành một tập các lớp đồng mức cung cấp chức năng như nhau. Các lớp đồng mức phải sử dụng giao thức chung. Một lớp không định nghĩa một giao thức đơn, nó định nghĩa một chức năng truyền thông có thể thi hành bởi một số giao thức. Do vậy, mỗi lớp có thể chứa nhiều giao thức, mỗi giao thức cung cấp một dịch vụ phù hợp cho chức năng của lớp. Mỗi lớp phải được chuẩn hóa để giao tiếp với lớp tương đương với nó.Trên lý thuyết, giao thức chỉ liên quan tới lớp của nó mà không quan tâm tới lớp trên hoặc dưới của nó. Tuy nhiên phải có sự đồng ý để làm sao chuyển dữ liệu giữa các lớp trên một máy tính, bởi mỗi lớp lại liên quan tới việc gửi dữ liệu từ ứng dụng này tới một ứng dụng tương đương trên một máy khác. Lớp cao hơn dựa vào lớp thấp hơn để chuyển dữ liệu qua mạng phía dưới.Dữ liệu chuyển xuống ngăn xếp từ lớp này xuống lớp thấp hơn cho tới khi được truyền qua mạng nhờ giao thức của lớp vật lý.Tại nơi nhận, dữ liệu đi lên ngăn xếp tới ứng dụng nhận.Những lớp riêng lẻ không cần biết các lớp trên và dưới nó xử lý ra sao, nó chỉ cần biết cách chuyển thông tin tới lớp đó mà thôi.Sự cô lập các hàm truyền thông trên các lớp khác nhau giảm thiểu sự tích hợp công nghệ của đầu vào mỗi bộ giao thức. Các ứng dụng mới có thể thêm vào mà không cần thay đổi lớp vật lý của mạng, phần cứng có thể được bổ sung mà không cần viết lại các phần mền ứng dụng. 101 Các lớp kiến trúc mô hình TCP/IP và các nghi thức tương ứng như sau: OSI TCP/IP TCP/IP Protocol Stack Application layer Process/Application layer FTP, SMTP, TELNET, SNMP Presentation layer Session layer Transport layer Transport layer TCP or UDP Network layer Internet layer IP, ARP, RARP, ICMP DataLink layer Network Access layer Network interface card Transmission media Physical layer Hình 7.7. Tương quan hai mô hình OSI model và TCP/IP model TCP (Transmission Control Protocol): một nghi thức có cầu nối (connection- oriented) cung cấp khả năng truyền dòng dữ liệu không lỗi, hai chiều song công (full duplex) cho các quá trình của người sử dụng. UDP (User Datagram Protocol): một khi thức không thiết lập cầu nối (connectionless) cho các quá trình của user. Do đó, nó không dảm bảo dữ liệu khi truyền có đến nơi chính xác hay không. ICMP (Internet Control Message Protocol): nghi thức sử lý lỗi và điều khiển thông tin giữa các gateway và các host. IP (Internet Protocol): đây là protocol cung cấp dịch vụ phân phối các packet cho TCP, UDP và ICMP. ARP (Adress Resolution Protocol): protocol ánh xạ một địa chỉ Internet vào trong một địa chỉ phần cứng. RARP (Reverse Address Resolution Protocol): ánh xạ một địa chỉ phần cứng thành một địa chỉ Internet. 3.6.Cấu trúc Các trường quan trọng trong phần mở đầu sẽ được mô tả dưới đây: + Preamble: trường này đánh dấu sự xuất hiện của khung bit, nó luôn mang giá trị 10101010. Từ nhóm bit này, phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 Mhz. SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1 khung. Nó luôn mang giá trị 10101011 102 + Các trường Destination và Source: mang địa chỉ vật lý của các trạm nhận và gửi khung, xác định khung được gửi từ đâu và sẽ được gửi tới đâu. LEN: giá trị của trường nói lên độ lớn của phần dữ liệu mà khung mang theo. FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi sẽ tính toán trường này trước khi truyền khung. Phía nhận tính toán lại CRC này theo cách tương tự. Nếu hai kết quả trùng nhau, khung được xem là nhận đúng, ngược lại khung coi như là lỗi và bị loại bỏ. + Truy nhập bus: CSMA/CD + Cơ chế giao tiếp chủ yếu: Tay đôi (peer-to-peer), tự do, không cần đặt cấu hình trước (giao thức cấp trên có thể yêu cầu đặt cấu hình) + Hỗ trợ gửi đồng loạt (broadcast) và gửi theo nhóm (multicast):  Bit đầu tiên của địa chỉ nhận = 1: gửi đồng lọat hoặc gửi theo nhóm  Tất cả các bit = 1: gửi đồng loạt + Địa chỉ MAC: 48 bit, bit 46 phân biệt giữa địa chỉ toàn cục và địa chỉ cục bộ => bao nhiêu địa chỉ có thể dùng được? Hình 7.8. Sơ đồ kết nối truyền thông mạng Ethernet 4. Xử lý sự cố 4.1.Giới thiệu Từ những ứng dụng ban đầu của mạng LAN sử dụng công nghệ Metro Ethernet, Ethernet tốc độ 10/100/1000Mbps đã đi đến từ ngõ ngách cuộc sống hằng ngày của chúng ta. Do nhu cầu về tốc độ truyền và chất lượng dịch vụ QoS ngày càng tăng lên 103 dẫn đến việc triển khai Ethernet trở nên phức tạp hơn và các ứng dụng vươn tới những khu vực rộng lớn hơn. Vì vậy, trong suốt quá trình triển khai mạng của các nhà mạng, bảo dưỡng thiết bị và xử lí sự cố, vấn đề nổi bật là làm cách nào đạt được sự nhanh, hiệu quả về chất lượng truyền dẫn và vận hành khi đầu tư vào công nghệ Ethernet. Mặt khác, việc đối mặt với những rắc rối của môi trường LAN, làm thế nào để tìm ra lỗi một cách nhanh chóng là những vấn đề đang làm nản lòng người quản lý LAN.DADI đem đến thị trường một loạt các thiết bị kiểm tra để giải quyết cho vấn đề kiểm tra mạng sử dụng công nghệ Ethernet.Loạt sản phẩm này thừa hưởng những đặc điểm kĩ thuật và tính thương mại của DN065 Ethernet Analyzer, nó có thể giải quyết những vấn đề nổi bật trong quá trình kiểm tra và nâng cao hiệu quả của công việc kiểm tra. Hình 7.9. Các lỗi trong mạng Ethenet 4.2.Các vấn đề và lỗi cơ bản Khi trong mạng Ethernet có lỗi thì ta phải phân tích lỗi : - Phát hiện lỗi như thế nào ở đâu - Xem xét lỗi gì trên những alarm, messeger - Xác nhận lỗi - Cô lập lỗi truyền thông - Phục hồi lỗi đang hiện hữu 104 Hình 7.10. Hình thể hiện các vấn đề về sự cố mạng Ethernet 4.3.Dụng cụ TPT-8020A Cable and Network Tester : Thiết bị cầm tay dễ sử dụng để kiểm tra cáp và mạng đơn giản. Ngoài chức năng hiển thị sơ đồ dây, đo độ dài cáp, chuẩn đoán lỗi cáp, vẽ kết nối cáp, TPT 8020A còn có thể được dùng để kiểm tra hoạt động của mạng. Hình 7.11. managed Switch Enthernet manager DN065 Gigabit Ethernet Analyzer: là thiết bị cầm tay tích hợp kiểm tra việc triển khai công nghệ 10/100/1000Mbps Ethernet. Các chức năng chính như: kiểm tra dịch vụ Ethernet, BER test, RFC 2544 test, IPDV 105 Hình 7.12. managed Switch Enthernet manager Managed Switch Enthernet manager Hình 7.13. managed Switch Enthernet manager Ngoài tính năng IGMP, Managed Switch còn có nhiều tính năng quan trọng khác như có thể lưu trữ lịch sử lỗi của Switch, cho phép kiểm soát tốc độ trên từng cổng, cài đặt bảo mật cho từng cổng và khả năng ánh xạ cổng mạng (Port Mirroring). Tính năng ánh xạ cổng cho phép người quản trị theo dõi các gói tin được truyền qua các cổng của Switch bằng cách ánh xạ cổng đó sang một cổng khác để theo dõi, thông qua các phần mềm hỗ trợ. Chẳng hạn như khi mạng bị sự cố, người kĩ sư bảo trì sử dụng máy tính của mình, cắm cáp Ethernet nối máy tính vào một cổng mạng trên Switch và ánh xạ dữ liệu đang truyền trên cổng cần kiểm tra sang cổng này. Sử dụng phần mềm trên máy tính dễ dàng theo dõi xem lưu lượng Multicast, Broadcast đi qua cổng cần kiểm tra từ đó xác định các nguyên nhân sự cố.Khi nói đến sự cố trên mạng Ethernet, thiết bị cần kiểm tra đầu tiên thường là Switch. Mặc dù về mặt vật lý, đáp ứng của Switch nhanh hơn từ 10 đến 50 lần đáp ứng của các thiết bị đầu cuối. Do đó phần cứng Switch ít khi gây ra vấn đề mạng. Phần lớn nguyên nhân gây các sự cố làm chậm mạng, rớt mạng là do truyền 106 thông Multicast hoặc Broadcast quá nhiều khiến thiết bị mạng bị quá tải.Cho nên để tối ưu hiệu suất mạng cần kiểm soát tốt Multicast và Broadcast trong mạng. 4.4.Các vấn đề và giải quyết Khi hệ thống mạng đã được lắp đặt và đi vào hoạt động, công việc tiếp theo là cần kiểm soát, vận hành và bảo trì hệ thống mạng. Có nhiều phần mềm hỗ trợ người quản trị mạng, kĩ sư bảo trì mạng ở nhiều cấp độ khác nhau.Ở trong chương này ta dùng mạng truyền thông Ethernet công nghiệp của Siemens. Lý thuyết thực hành Trong thực tế mạng truyền thông Ethernet công nghiệp được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực như nhà máy thép, xi măng, dầu ăn, dầu khíTrong phần thực hành này ta giới thiệu các hàm truyền thông của hãng Siemens ứng dụng các hàm truyền thông ta có những ví dụ và bài tập thực hành.Các hàm được sử dụng để truyền nhận dữ liệu.Tùy thuộc vào các đối tượng được sử dụng trong mạng mà các hàm được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu cũng khác nhau. Bảng 7.1. Các hàm truyền Ethernet trong PLC S7300/400 Cơ Chế hoạt động của hàm AG_SEND và AG_RECV: Dữ liệu được hàm AG_SEND truyền qua vùng dữ liệu đệm gửi của CP 343-1 từ đây dữ liệu được truyền lên mạng truyền thông. 107 Dữ liệu truyền đến được lưu vào vùng dữ liệu đệm nhận cùa CP343-1. CPU nhận được dữ liệu từ bộ đệm thông qua hàm AG_RECV. Hàm AG_SEND Hình 7.14. Khối hàm lệnh AG_SEND Thông Số Khai báo Kiểu DL Giá trị có thể Giải thích ACT INPUT BOOL 0,1 Nếu ACT=1, Dữ liệu được truyền đi với vùng dữ liệu bắt đâu từ SEND với chiều dài bằng LEN Nếu ACT =0 thì các thông số DONE, ERROR và STATUS được cập nhập. ID INPUT INT 1,2 tới 64 (S7-400) 1,2 tới 16 (S7-300) Số hiệu kết nối được định nghĩa trong phần thiết lập kết nối ID. LADDR INPUT WORD Địa chỉ bắt đầu của Module. SEND INPUT ANY Địa chỉ và chiều dài lý thuyết. 108 Địa chỉ của vùng dữ liệu có thể nằm một trong các dạng sau. Process image area Bit Memory Data block area LEN INPUT INT - Với ISO Transport và ISO-on- TCP/TCP: 1,2 tới 32767 - Với UDP: 1,2 tới 2048 Số lượng Byte được truyền. Giá trị có thể từ tới chiều dài danh nghĩa phù hợp với thông số SEND. Chú ý với dạng của BLOCK. S7-300. Với Version cũ của AG_SEND (tới V3.0), Vúng dữ liệu luôn luôn bị hạn chế lớn nhất 240 byte. Những phiên bản hiện nay cho phép tới 8192 bytes. DONE OUTPUT BOOL 0: DL đang truyền. 1: đã truyền xong Thông số cho biết công việc chưa truyền xong hay ko truyền được không có lỗi. Thông số ERROR kết hợp với DONE và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi. được trình bày ở bảng dưới. ERROR OUTPUT BOOL 0:- 1: Error Thông số ERROR kết hợp với DONE và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi. được trình bày ở bảng dưới. 109 STATUS OUTPUT WORD Thông số ERROR kết hợp với DONE và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi. được trình bày ở bảng dưới. Bảng 7.2 : Các thông số hàm AG_SEND trong PLC S7300/400 Để biết chính xác lỗi ở đâu để từ đó tìm cách khắc phục ta dựa vào các thông số DONE, ERROR, STATUS DONE ERROR STATUS Ý NGHĨA 1 0 0000 Công việc hoàn tất không lỗi 0 0 8180 Không có công việc đang được thực hiện 0 0 8181 Công việc truyền đang hoạt động 0 1 7000 Chỉ có với S7-300: Hàm FC được gọi với ACT=0; công việc vẫn chưa được xử lý. 0 1 8183 Khai báo cấu hình hay dịch vụ ISO/TCP vẫn chưa được kích hoạt trên CP Ethernet. 0 1 8184 Lỗi hệ thống 0 1 8185 Tham số LEN dài hơn vùng gốc SEND 0 1 8186 Tham số ID vô hiệu. ID!-1,2 tới 64 0 1 8301 SAP chưa được kich hoạt trên trạm đích. 0 1 8302 Trạm nguồn không nhận dữ liệu từ trạm đích. Trạm nhân không thể xử lý dữ liệu nhận được một cách nhanh chóng hay tram nhận chưa sẵn sàng để nhân dữ liệu. 0 1 8303 Dịch vụ SDA (Send Data Acknowledge) không được hỗ trợ cho SAP của trạm đích. 0 1 8304 Kết nối không được thiết lập, công việc truyền chỉ nên thử lại sau khi đợi khoảng 100ms 0 1 8311 Trạm đích không nhân được địa chỉ Etherner 0 1 8312 Lỗi Ethernet trên CP 110 0 1 8F22 Dữ liệu nguồn vô hiệu. Ex: LEN<0 0 1 8F24 Vùng lỗi đọc các tham số 0 1 8F28 Lỗi Liên kết đọc các tham số 0 1 8F32 Số DB trong tham số quá cao 0 1 8F33 Lỗi số DB 0 1 8F3A Vùng dữ liệu đich không được tải 0 1 8F42 Quá thời gian đọc tham số ở vùng (I/O) 0 1 8F44 Địa chỉ của tham số được đọc bị vô hiệu khi truy cập Track. 0 1 8F7F Lỗi bên trong. Ex LEN=0 0 1 8090 Không có module với địa chỉ đã tồn tại. 0 1 8091 Địa chỉ Logic không phải là DW 0 1 8092 Trong một số trường hợp, giá trị có thể khác BYTE (only S7-400) 0 1 80A4 Kết nối BUS giữa CPU và CP không được xác lập. 0 1 80B0 Module không thừa nhận dữ liệu ghi vào. 0 1 80B1 Vùng dữ liệu đích không hợp lệ. (vùng dữ liệu đích > 240 byte, CPU, Dịch vụ không được cung cấp). 0 1 80B2 Tương tự như 80B2. Trong trường hợp CPU là Older version) 0 1 80C0 Dữ liệu ghi không thể đọc. 0 1 80C1 Dữ liệu ghi vào đang được xử lý 0 1 80C2 Có quá nhiều công việc đang được xử lý. 0 1 80C3 Nguồn đang bận rộn. 0 1 80C4 Lỗi truyền thông 0 1 80D2 Địa chỉ Module không đúng. Bảng 7.3 : Các thông số báo lỗi hàm AG_SEND trong PLC S7300/400 111 Hàm AG_RECV Hình 7.15. Khối hàm lệnh AG_RECV Thông Số Khai báo Dạng Giá trị có thể Giải thích ID INPUT INT 1,2 tới 14 Số hiệu kết nối được định nghĩa trong phần thiết lập kết nối ID. LADDR INPUT WORD Địa chỉ bắt đầu của Module. RECV INPUT ANY Địa chỉ và chiều dài lý thuyết. Địa chỉ của vùng dữ liệu có thể nằm một trong các dạng sau. Process image area Bit Memory Data block area Chất lượng truyền dữ liệu được cải thiện lên tới 212 byte nếu bạn hạn chế chiều dài đến 212 byte với các tham số của RECV NDR OUTPUT BOOL 0:- 1: Dữ liệu mới Thông số này cho biết dữ liệu mới có được nhận hay không. ERROR OUTPUT BOOL 0:- 1: Error Thông số ERROR kết hợp với NDR và 112 STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi. được trình bày ở bảng dưới. STATUS OUTPUT WORD Thông số ERROR kết hợp với NDR và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi. được trình bày ở bảng dưới. LEN INPUT INT - Với ISO Transport và ISO-on- TCP/TCP: 1,2 tới 8192 - Với UDP: 1,2 tới 2048 Số lượng Byte đã được chấp nhận từ CP Ethenet và được truy cập vào vùng dữ liệu S7-300. Với Version cũ của AG_SEND (tới V3.0), Vúng dữ liệu luôn luôn bị hạn chế lớn nhất 240 byte. Những phiên bản hiện naychoi phép tới 8192 bytes. Bảng 7.4 : Các thông số hàm AG_RECV trong PLC S7300/400 Thông số NDR, ERROR, STATUS cho biết trạng trạng thái của hàm 1 0 0000 Dữ liệu mới được chấp nhận 0 0 8180 Chưa có dữ liệu được truyền đến. 0 0 8181 Công việc nhận đang được hoạt động 0 1 8183 Khai báo cấu hình hay dịch vụ ISO vẫn chưa được kích hoạt trên CP Ethernet. 0 1 8184 Lỗi hệ thống (Vùng dữ liệu nguồn không đúng) 113 0 1 8185 Vùng đệm đích (RECV) quá ngắn. 0 1 8186 Tham số ID không hợp lệ. ID!-1,2 tới 16 (S7-300) ID!-1,2 tới 64 (S7-400) 0 1 8304 Kết nối không được thiết lập. Việc truyền chỉ nên được thực hiện lại chỉ sau đợi khoảng thời gian ngắn nhất 100ms. 0 1 8F23 DL nguồn không hợp lệ, (Ex: Trùng vùng dữ liệu) 0 1 8F25 Lỗi khi đang ghi các tham số. 0 1 8F29 Lỗi sắp xếp kgi ghi các tham số. 0 1 8F30 Tham số được bảo vệ ghi trong hoạt động ghi lần 1 0 1 8F31 Tham số được bảo vệ ghi trong hoạt động ghi lần 2 0 1 8F32 Số DB trong tham số quá cao 0 1 8F33 Lỗi số DB 0 1 8F3A Vùng dữ liệu đích không được tải 0 1 8F43 Quá thời gian ghi các tham số vào vùng (I/O) 0 1 8F45 Địa chì của tham số được ghi bị vô hiệu trong truy cập. 0 1 8F7F Lỗi bên trong 0 1 8090 Không có Module với địa chỉ đã khai báo hay CPU đang ở chế độ STOP 0 1 8091 Địa chỉ nền của Module không ở dạng DW. 0 1 8092 Trong một số dạng, tham số không phải dạng Byte chỉ có ở S7-400 0 1 80A0 Không thông báo đang đọc ở Module 0 1 80A4 Truyền thông giữa CPU và CP không được xác lập 0 1 80B0 Module không thừa nhận dữ liệu ghi vào 0 1 80B1 Vùng dữ liệu đích bị vô hiệu. 0 1 80B2 Kết nối BUS giữa CPU và CP không được xác lập. 0 1 80C0 Module không thừa nhận dữ liệu ghi vào. 0 1 80C1 Dữ liệu ghi đang được xử lý 0 1 80C2 Có quá nhiều công việc đang được xử lý. 0 1 80C3 Nguồn CPU đang được sữ dụng 114 0 1 80C4 Lỗi truyền thông 0 1 80D2 Địa chỉ Module không đúng Bảng 7.5 : Các thông số báo lỗi hàm AG_RECV trong PLC S7300/400 Ví dụ thực hành Viết chương trình gửi khung dữ liệu có độ dài 38 Word từ địa chỉ con trỏ vùng dữ liệu DB302.DBX118 gửi đến PLC trạm 1 thông quan mạng Ethernet công nghiệp. Hệ thống gồm có 2 PLC S7-400 412-2DP và 416-2DP dữ liệu từ PLC trạm 2 gửi qua trạm 1. Bước 1 : Thiết lập trạm thứ nhất ta lấy nguồn , CPU412-2DP và CP443-1 thiết lập mạng ethernet. Hình 7.16. Bảng thiết lập Ethernet CP443-1 Bước 2 : thiết lập địa chỉ IP 115 Hình 7.17. Bảng thiết lập địa chỉ Ethernet trạm 1 Bước 2.1 : tương tự ta thiết lập trạm thứ 2 Hình 7.18. Bảng thiết lập Ethernet CP443-1 Advanced Bước 3 : định địa chỉ IP 116 Hình 7.19. Bảng thiết lập địa chỉ Ethernet trạm 2 Bước 4 : Sau đó ta save, download và compile tất cả ra màn hình chính ta viết chương trình khung dữ liệu gửi và truyền. Hình 7.20. Màn hình sau khi thiết lập xong 117 Hình 7.21. Khối hàm gửi 38 word cho trạm 1 Hình 7.22. Khối hàm nhận dữ liệu Bước 5 : Lưu chương trình và download vào plc thực tế quan sát ghi lại trạng thái hoạt động của thiết bị sau đó học sinh thực hành các bài tập sau dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Tóm lại, mạng tuyền thông Ethernet công nghiệp của Siemens được ứng dụng rộng rải cho các ứng dụng điều khiển công nghiệp, và cung cấp các giải pháp với chi phí hoàn hảo nhất cho môi trường công nghiệp hiện đại hiện nay, với khả năng thích ứng cao nên mạng Ethernet của Siemens có thể tương thích với các mạng truyền thông và phần cứng của các hang khác nhau... 118 CÁC BÀI TẬP MỞ RỘNG, NÂNG CAO VÀ GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Bài tập 1 : 2 PLC S7 300 kết nối với nhau qua mạng ethernet, PLC1 có địa chỉ 192.168.0.11 PLC2 có địa chỉ IP là 192.168.0.12 Hãy viết chương trình truyền dữ liệu chứa trong MB4 và MB11 của PLC1 sang PLC2 và lưu kết quả vào QB15và QB20. Bài tập 2 : VD2: VD1: 2 PLC S7 300 kết nối với nhau qua mạng ethernet, PLC1 có địa chỉ 192.168.0.1 PLC2 có địa chỉ IP là 192.168.0.2.Động cơ được gắn ở PLC2, 2 nút nhấn START và STOP được gắn ở PLC1.Hãy viết chương trình theo yêu cầu: Nhấn Start, động cơ ON, Nhấn Stop, động cơ OFF. Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập: Nội dung: + Về kiến thức: Liệt kê được cấu trúc mạng Industrial Ethernet + Về kỹ năng: Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản + Thái độ: Đánh giá phong cách, thái độ học tập Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. Phương pháp: + Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết + Về kỹ năng: Đánh giá kỹ năng thực hành Mỗi sinh viên, hoặc mỗi nhóm học viên thực hiện công việc theo yêu cầu của giáo viên.Tiêu chí đánh giá theo các nội dung: - Độ chính xác của công việc - Thời gian thực hiện công việc - Độ chính xác theo yêu cầu kỹ thuật + Thái độ: Tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác. 119 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1].Mạng truyền thông công nghiệp Hoàng Minh Sơn, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật Hà Nội 2006. [2]. CANopen specification, CAN in automation. [3].Werner Kriesel, O.W. Madelung (Biên tập) : AS-Iterface, Das Aktuator-sensor- interface die automation. Hanser – Verlag, munchen – Wien, 1994. [4].Profinet, profibus siemens kommunikation/profinet/seiten/default.aspx