Mẹo công nghệ: Sử dụng cáp quang trong PROFIBUS
Hé lộ ánh sáng về việc sử dụng sợi quang học trong PROFIBUS


Chúng tôi đã luôn sử dụng các giá trị mặc định …

Trong khi phân tích một số vấn đề truyền thông trong mạng PROFIBUS DP của khách hàng, chúng tôi nhanh chóng nhận ra rằng các cài đặt tham số bus đã được sử dụng trong cấu hình DP Master của bộ điều khiển là các giá trị mặc định cho tốc độ truyền tải 1,5 Mbps. Những giá trị này đã được áp dụng trong hầu hết các ứng dụng mà không có vấn đề gì kể từ khi chúng được chỉ định từ lâu.

Nhưng những giá trị này được sử dụng trong cài đặt PROFIBUS DP bằng cáp đồng chuẩn. Ngày nay các ứng dụng PROFIBUS DP được xây dựng không chỉ trên cáp đồng mà còn trên sợi quang (FO), có thể thực hiện thông qua các module Fiber Optic Link (FOLs).

Một số nền quang học ...

Như bạn chắc chắn biết, lớp vật lý bản địa của PROFIBUS DP dựa trên tiêu chuẩn lớp vật lý RS485 sử dụng mã hóa NRZ. Chế độ điện áp vi sai và 2 dây xoắn được sử dụng để giảm thiểu các vấn đề về EMC. Khuyến nghị PI truyền thống cho nền tảng DP copper là sử dụng nền tảng cứng cho cả hai đầu của lá chắn cáp để bảo vệ EMC tối ưu, yêu cầu này cũng hàm ý sự cần thiết phải nối đất.

Điều này thường không phải là vấn đề đối với các đoạn mạng ngắn tốc độ thấp (<1,5 Mbps) nhưng ngày càng trở nên khó khăn đối với các máy tính tốc độ cao.

Trong quá khứ, thường gặp phải các vấn đề về vòng lặp hiện tại trong truyền cáp PROFIBUS DP dài. Càng chạy cáp càng khó để đạt được đất nối đất.

Bạn đã thoát khỏi những vòng lặp hiện tại gây phiền nhiễu hiện tại nhưng ...

Điều này đã thay đổi đáng kể khi FOLs có mặt. FOLs không chỉ cho phép sử dụng một đường trục truyền thông dự phòng kéo dài khoảng cách có thể đạt tới vài km, nhưng họ cũng loại bỏ yêu cầu nền tảng đẳng thế.

Kể từ khi một FOL về cơ bản được xây dựng vào một bộ ghép quang, nó hoạt động như một vật cách ly điện hóa. Vì vậy, kiến trúc này cho phép tạo ra một xương sống mạng cáp quang bị cô lập bằng điện có thể bao phủ toàn bộ nhà máy. Sau đó, bạn có thể sử dụng đồng tại các điểm mà các thiết bị được đặt. Việc chạy cáp đồng ngắn hơn rất dễ dàng đối với mặt đất và nguy cơ các vòng hiện tại do không nối đất không đúng cách đang giảm đáng kể.

Nhưng có một nhược điểm: Mặc dù cho PROFIBUS DP thân thiện để chuyển đổi phương tiện vật lý trong suốt (cáp quang hoặc liên kết radio), nhưng mỗi chuyển đổi phương tiện truyền thông đòi hỏi một số xử lý tín hiệu và tái mã hóa. Và những quá trình này mất một thời gian để hoàn thành.

Bước vào thế giới lộng lẫy nhưng thông thường bị hiểu sai các thông số bus PROFIBUS

Tsl, Ttd, tbit, Tsm, Tsdr, Tid… wth…

Các thông số này còn được gọi là thời gian và bao gồm một bộ sưu tập các giá trị cho phép liên lạc tuần hoàn và thời gian thực được định nghĩa bởi tiêu chuẩn PROFIBUS. Chúng được thể hiện trong một đơn vị được gọi là bit time, là thời gian cần thiết để truyền một bit ở tốc độ ba (1 tbit = 1 / baud rate).

Một trong những giá trị thời gian quan trọng nhất là thời gian được gọi là Thời gian đánh (Tsl). Có một số định nghĩa về ý nghĩa của tham số này nhưng đối với các mục đích nhất quán, tôi sẽ đưa ra định nghĩa về đặc tả PROFIBUS chính thức:

“"Khe Thời gian Tsl là thời gian tối đa mà người khởi tạo chờ đợi để nhận đầy đủ ký tự khung đầu tiên (là ký tự đầu tiên 11 bit) ngay lập tức xác nhận phản ứng, sau khi truyền bit cuối cùng của một khung hành động.

Hơn nữa, Tsl là thời gian tối đa mà người khởi tạo đợi cho nhân vật khung đầu tiên của máy thu tín hiệu sau khi truyền một khung mã thông báo.”

Làm toán …

Về mặt lý thuyết, hai Slot Times được phân biệt, tương ứng với hai loại giao tiếp có thể có trong PROFIBUS. Giao tiếp giữa Masters sử dụng khung mã thông báo, và giao tiếp với các nô lệ được thực hiện bởi khung hành động. Trước tiên, hãy xác định một số biến.

Max Tsdr là Responder trễ tối đa. Nó được định nghĩa trong tệp GSD cho nô lệ và phụ thuộc vào tốc độ bit. Thực tiễn thông thường là xem xét giá trị tối đa của các trạm tham gia. Điều đó có nghĩa là thiết bị có Max Tsdr lớn nhất định nghĩa giá trị.

Ttd là sự chậm trễ truyền. Đó là thời gian trễ tối đa giữa hai trạm giao tiếp và là do thời gian mà tín hiệu đi qua môi trường vật lý. Nó phụ thuộc vào độ dài cáp và số bộ lặp / FOLs / bộ chuyển đổi truyền thông được sử dụng.

Tsm là giá trị Margin An toàn. Nó được định nghĩa bởi tiêu chuẩn như: Tsm = 2 + 2×Tset + Tqui
Trong phương trình Tset là Thời gian Thiết lập. Đây là thời gian cần thiết để PROFIBUS ASIC chuyển từ chế độ nhận vào chế độ truyền. Giá trị thông thường là 6Tbit và phụ thuộc phần cứng. Và Tqui là Thời gian im lặng. Đây là thời gian trạm phải đợi sau khi kết thúc quá trình truyền trước khi bật máy thu. Giá trị thông thường cho Tqui là 3 tbit và nó phụ thuộc vào phần cứng.

Vì vậy, sau khi một khung hành động (yêu cầu hoặc gửi / yêu cầu) Thời gian đánh cược được tính như sau:

Tsl1 = 2×Ttd + Max Tsdr + 11 tbit + Tsm

Vâng, chắc chắn, nhưng điều này có ý nghĩa gì trong cuộc sống thực …

Trước khi tính toán khe sau một khung token, trước tiên chúng ta phải xác định thêm một vài biến.

Min Tsdr là Responder trễ tối thiểu. Đây là thời điểm một trạm slave phải chờ đợi sau khi kết thúc yêu cầu trước khi gửi phản hồi. Giá trị này được thiết lập bởi bộ điều khiển và thường là 11 tbit.

Tsyn là thời gian đồng bộ. Đây là thời gian tối thiểu mà các phương tiện truyền dẫn nên nhàn rỗi trước khi một trạm có thể nhận được một bức điện. Giá trị này được xác định bởi tiêu chuẩn ở 33 tbit.

Tsdi là Initiator Delay. Đây là thời gian mà trạm tổng thể phải đợi sau khi kết thúc phản hồi trước và trước khi gửi một yêu cầu, và phụ thuộc vào tốc độ bit.

Tid1 là thời gian nhàn rỗi. Nó được định nghĩa như sau: thời gian hết hạn tại người khởi tạo sau khi nhận được bit cuối cùng của khung cho tới khi một bit đầu tiên của khung mới được truyền trên môi trường. Đây cũng là thời gian hết hạn sau khi bit cuối cùng của một khung không được chứng nhận đã được truyền và truyền một bit đầu tiên của khung mới.Tid1 về cơ bản là thời gian tồn tại giữa các khung hình được gửi hoặc nhận bởi Master.

Vì vậy, nó là một vấn đề của timings …

Có hai giá trị Tid:

Tid1: Giá trị này tương ứng với thời gian giữa sự kết thúc của việc tiếp nhận khung và việc truyền một khung mới. Tid1 = max (Tsyn + Tsm, Min Tsdr, Tsdi)

Tid2: Giá trị này tương ứng với thời gian giữa sự kết thúc của việc truyền một khung mà không cần phải được thừa nhận và việc truyền một khung mới. Tid2 = max (Tsyn + Tsm, Max Tsdr)

Một lần nữa, giá trị được thực hiện lâu hơn: Tid = max (Tid1, Tid2)

Vì vậy, sau khi một khung mã thống báo, thời gian Slot được tính như sau:

Tsl2 = 2×Ttd + Max Tid1 + 11 tbit + Tsm

Đối với mục đích đơn giản hóa, giá trị còn hai số này là một trong những giá trị sử dụng trong hệ thống:

Tsl = max(Tsl1, Tsl2)

Đối với việc theo dõi Tsl, có một Slot Timer được thực hiện trong Master station. Bộ đếm thời gian này theo dõi, sau khi gửi / yêu cầu hoặc thông qua thẻ tín hiệu, cho dù trạm thu nhận đáp ứng hay hoạt động trong thời gian xác định trước Tsl.

Sau khi truyền bit cuối cùng của frame, bộ hẹn giờ này được nạp với giá trị Tsl và giảm từng bit thời gian ngay khi máy thu được kích hoạt.

Nếu bộ đếm thời gian hết hạn trước khi bit đầu tiên của khung được tiếp nhận, một lỗi đã xảy ra. Sau đó, một cuộc thử lại hoặc một chu kỳ thông báo mới được bắt đầu. Tùy thuộc vào cài đặt thử lại của bạn, những lần thử lại mới sẽ được thực hiện. Sau khi giới hạn thử lại, trạm bị ảnh hưởng giảm từ trao đổi dữ liệu cho đến khi Master có thể đưa nó trở lại chế độ này.

Để hiểu đầy đủ các cơ chế này, chúng ta hãy cùng thử với một sơ đồ đồ họa của quy trình:
Quá trình khởi động lại sau khi Tid1 đã qua.

Một ví dụ, xin vui lòng đọc kỹ …

Giá trị tiêu biểu là:
Ttd1 = 0.557 ns/m cho dây đồng = 0.8355 tbit/km = 0.1671 tbit/200m


Ttd2 = 1.5 tbit mỗi bộ lặp hoặc FOL = 1.5×nFOLs
Ttd3 = 7.5 tbit trên mỗi km of FO

Vậy cho a 1.5 Mbps tốc độ baud với cáp dài 200 m (không OF hay FALse), Tsl bằng:

Tsl1 = 2×Ttd + Max Tsdr + 11 tbit + Tsm

Trong khi:
Tsm = 2 + 2×Tset + Tqui = 2 + 2×6 + 3 = 17 tbit
Ttd1 = 0.1671 tbit
Max Tsdr = 150 tbit (@1.5 Mbps)

vì thế, Tsl1 = 2×0.1671 + 150 + 11 + 17 = 178.332 tbit

Giá trị khuyến nghị của PI cho Tsl = 1,5 Mbps là 300 tbit.

Nhưng nếu chúng tôi thêm một vòng 4 km với 4 FOLds:

Tsl1 = 2×(Ttd1 + Tsd2 + Tsd3) + maxTsdr + 11 tbit + Tsm

Vì thế, Tsl1 = 2×(0.1671 + 1.5×4 + 7.5×4) + 150 + 11 + 17 = 227.8342 tbit

Theo các tính toán này có vẻ như các thông số bus tiêu chuẩn do PI đề xuất là đầy đủ.
Nhưng có cách nắm bắt khác.

Luôn luôn có một nắm bắt ...

Mỗi trạm có một lề Tsl để truyền tải các byte đầu tiên trong mỗi chu kỳ tin nhắn. Nhưng trong mỗi chu kỳ thông báo, FO và FOL của sự chậm trễ truyền tải một vài tbits. Bộ đếm thời gian Slot kiểm tra điều này và điều chỉnh thời gian liên tục, nhưng vì mỗi FOL từ mỗi nhà cung cấp có điện tử khác nhau, các điều chỉnh Ttd và do đó giá trị Tsl tương ứng được tính khác nhau.

Trong thực tế, mỗi trạm có riêng Ttd của nó, vì mỗi một được tách ra từ chủ thông qua chiều dài cáp đồng khác nhau, chiều dài FO, lặp, và FOLs.

Hơn nữa, mỗi trạm có giá trị Tsdr riêng của nó, có nghĩa là Tsl phải đủ lớn để chứa ngay cả thiết bị chậm nhất trong mạng, đây là giá trị Tsdr cao nhất.

Vì vậy, nó trở nên không thể tính chính xác giá trị chính xác của Ttd. Bạn kết thúc bằng cách sử dụng một giá trị kinh nghiệm. Đối với Tsl, nó cũng là một giá trị kinh nghiệm, vì nó được bắt nguồn từ Ttd.

Một giá trị Tsl không thích hợp, đặc biệt là một quá nhỏ, có thể tạo ra sự tàn phá trong quá trình trao đổi dữ liệu.

Ví dụ: khi sử dụng Phoenix Contact FOLs trong cấu hình vòng dự phòng FO FO 4 km (ví dụ 4 OLM) ở tốc độ 1.5 Mbps, giá trị Tsl được đề xuất của nhà sản xuất là 647. Giá trị PI cao gấp hai lần.

Và một cái khác …

Một số công cụ phần mềm được sử dụng để cấu hình phần cứng có khả năng xác định sự tồn tại của bộ lặp hoặc thậm chí FOLs và FO và sử dụng dữ liệu đó để điều chỉnh các thông số bus, nhưng hầu hết thì không. Ngay cả trong những tính năng có tính năng này, nó thường được sử dụng với FOL của nhà sản xuất, vì vậy tốt hơn là sử dụng các cài đặt được đề xuất bởi nhà sản xuất FOLs mà bạn đang sử dụng.

Nếu phần mềm cấu hình bạn đang sử dụng không cung cấp tính năng này, bạn sẽ phải thực hiện các điều chỉnh của mình.

Cuối cùng, luôn nhớ đến RT # M …

Tóm lại, nếu bạn đang sử dụng PROFIBUS DP FOLs, và đặc biệt nếu chúng được sử dụng kết hợp với cấu trúc liên kết vòng FO, bạn nên kiểm tra hướng dẫn sử dụng FOL của bạn và điều chỉnh các thông số của xe buýt. Nếu không, bạn có thể kết thúc bằng cách sử dụng các giá trị mặc định, quá nhỏ để sử dụng với các giá trị Ttd được yêu cầu bởi việc sử dụng FO và FOL's. Nếu bạn không thực hiện việc này vào tài khoản, thiết bị này sẽ được thả từ chế độ trao đổi dữ liệu một cách ngẫu nhiên, để lại cho bạn một cái gãi đầu.

Viết bởi Mirko Torrez Contreras, với Peter Thomas, chuyên gia kiểm soát TNHH AUTEX SA



Tin mới
Sản phẩm & dịch vụ
Sự kiện
Hoạt động
Copyright by Industrial Automation Magazine Vietnam
Sponsor by: Ministry Of Industry and Trade (MOIT)
All rights reserved of IAVIETNAM.net
Add: 79 Truongdinh St, Dist 1, HCMC
Tel: +84- 6290 6349
Email: info@iavietnam.net