MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SIMATIC NET

SIMATIC NET là mạng truyền thông cho phép kết nối với các bộ điều khiển của SIEMENS, các máy tính chủ, các trạm làm việc. SIMATIC NET bao gồm các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module).
Với hệ thống SIMATIC NET, SIEMENS cung cấp hệ thống truyền thông mở cho nhiều cấp khác nhau của các quá trình tự động hoá trong môi trường công nghiệp. Hệ truyền thông SIMATIC NET dựa trên nhiều tiêu chuẩn quốc tế ISO/OSI (International Standardization Organisation / Open System Interconnection). Cơ sở của các hệ thống truyền thông này là các mạng cục bộ (LANs), có thể thực hiện theo nhiều cách khác nhau: điện học, quang học, không dây hoặc kết hợp cả ba cách trên.
Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến - đối tượng. Theo phương pháp tổ chức hệ thống như trên SIMATIC cung cấp các loại sub-net như:
- Mạng PPI.
- Mạng MPI.
- Mạng AS-i.
- Mạng PROFIBUS.
- Mạng ETHERNET công nghiệp.

PPI (Point to Point Interface) thực hiện truyền thông nối tiếp điểm tới điểm. Ghép nối điểm tới điểm có thể là ghép nối giữa hai thiết bị tự động hoá với nhau, hay ghép nối giữa thiết bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác.
PPI có những tính chất đặc trưng sau đây:
- Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua driver đặc biệt.
- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII.
Thông số kỹ thuật của PPI 

Số lượng trạm 2
Cổng vật lý RS 232C (V24)20mA (TTY)RS 422/485

Tốc độ truyền 300 bit/s ¸ 76,8 Kbit/s cho cổng RS 232C ;300 bit/s ¸ 19,2 Kbit/s cho cổng RS 422/485

Khoảng cách truyền 10 m cho cổng RS 232 ; 1000 m cho cổng RS422/485 

Dịch vụ truyền thông ASCII-Driver3964 (R), RK 512, Printdriver và các loại Driver đặc biệt khác

MPI (Multi Point Interface) là một subnet của SIMATIC. Mạng MPI được sử dụng cho cấp trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn. Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của SIMATIC như S7/M7 và C7. Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chế các trạm (không quá 32 trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tối đa là 187,5 Kbps. Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI là Token Passing.

Mạng MPI có những đặc điểm cơ bản sau: - Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết lập mạng đơn giản.
- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khả năng trao đổi một dung lượng thông tin nhỏ.
- Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD (Global Data). Bằng phương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa các trạm trong mạng trước khi thực hiện truyền thông.
- Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau.

Các thông số kỹ thuật của mạng MPI:

Chuẩn SIEMENS
Số trạm cho phép Max 32
Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing
Tốc độ truyền thông Max 187,5 Kbit/s
Môi trường truyền dẫn Đôi dây kép có bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo)
Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m,với cáp quang qua OLM>100 km
Cấu trúc mạng (Topology) Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn
Dịch vụ truyền thông Các hàm chức năng của S7Bảng dữ liệu truyền thông toàn cục (GD)

AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành, mạng chỉ có một chủ duy nhất. Phương pháp thâm nhập đường dẫn là phương pháp Master – Slave, một phương pháp hoàn toàn tối ưu cho những mạng chỉ có duy nhất một thiết bị là chủ. AS-i sẽ có cấu trúc thật là đơn giản nếu như các cơ cấu chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn của SIEMENS. Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá trình trao đổi thông tin. Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi các trạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ.

Những tính chất đặc trưng của AS-i:
- AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số. Quá trình trao đổi dữ liệu được thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn này đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biến.
- AS-i có thể ghép nối với các cơ cấu chấp hành có kích thước 1 bit đến 8 bit theo tiêu chuẩn IP 65 và liên kết trực tiếp với quá trình.
- Hoạt động của AS-i không cần thiết lập cấu hình trước.

Các thông số kỹ thuật của AS-i:

Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178
Số lượng trạm cho phép: 1 Master và max 31 Slave
Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave
Tốc độ truyền: 167 Kbit/s
Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc
Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater
Kiểu nối : Đường thẳng, cây, sao
Dịch vụ truyền thông : AS-i Function

IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp phân xưởng để thực hiện truyền thông giữa máy tính và các hệ thống tự động hoá. Nó phục vụ cho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền thông trên một phạm vi rộng. Các bộ xử lý truyền thông dùng trong mạng luôn kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng không. Nếu không thì một trạm nào đó trong mạng có thể gửi điện tín đi, khi xảy ra xung đột trên mạng vì có hai trạm gửi thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thời gian nhất định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngẫu nhiên.

Mạng Ethernet công nghiệp có những tính chất đặc trưng sau:

- Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol).
- Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn (CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thì các thành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bình đẳng với nhau.
- Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và ISO on TCP thì các trạm không phải của SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một cách khác Ethernet công nghiệp là mạng truyền thông mở.

Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp:
Chuẩn truyền thông : IEEE 802.3

Số lượng trạm : Max 1024 trạm

Phương pháp thâm nhập đường dẫn : CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Môi trường truyền thông :
- Dây dẫn :
+ Cáp đồng 
+ Cáp đôi dây xoắn
- Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc chất dẻo

Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP

PROFIBUS - Process Field Bus. Đây là một chuẩn truyền thông được SIEMENS phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245. PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường. Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác. 

Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau:

PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s.

PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng. 
PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát. Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tính chất không định kỳ.

PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA