Trong lĩnh vực truyền thông công nghiệp, các chuẩn giao tiếp truyền thông luôn là khái niệm được mọi người quan tâm. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết được kiến thức cơ bản về chuẩn giao tiếp. Chính vì vậy, bài viết dưới đây sẽ cung cấp cho các bạn những lý thuyết về chuẩn giao tiếp truyền thông. Vậy M-Bus là gì? Hãy cùng tìm hiểu nhé!
I. M-Bus là gì?
M-Bus là gì? Đây chính là một tiêu chuẩn quốc tế của châu Âu. Tiêu chuẩn này được sử dụng để đọc dữ liệu đồng hồ nước, khí hoặc điện từ xa. Bên cạnh đó, tại một số trường hợp, M-Bus cũng được sử dụng cho một số loại đồng hồ đo lượng tiêu thụ khác. M-Bus có khả năng giao tiếp thông qua cả 2 dây, giúp người tiêu dùng tiết kiệm được chi phí lớn.
II. Cấu trúc liên kết phổ biến của M-Bus là gì?
Hiện nay, hệ thống xử lý dữ liệu giao tiếp được phân loại theo khoảng cách liên kết. Mạng toàn cầu sử dụng cho toàn thế giới được gọi là mạng GAN. Mạng sử dụng cho các lục địa hay các vùng đất rộng là mạng diện rộng WAN. Và mạng liên kết trong phạm vi khoảng cách giới hạn ở khu vực địa lý cụ thể được gọi là mạng cục bộ LAN.
Mạng cục bộ trên thế giới hiện nay được chia làm nhiều loại cấu trúc khác nhau. Trong đó có 3 cấu trúc liên kết được sử dụng nhiều nhất là:
1. Cấu trúc liên kết hình sao
Cấu trúc hình sao được hoạt động khi mỗi thành phần trong liên kết sẽ được kết nối với một bộ xử lý trung tâm. Tất cả đều được kết nối bằng đường truyền riêng. Mỗi thiết bị đều có thể truyền tín hiệu đến thiết bị trung tâm theo 2 cách. Đó là tuần tự hoặc đồng thời. Điểm yếu duy nhất của cấu trúc liên kết này chính là yêu cầu về cách sắp xếp hệ thống cáp tăng lên.
2. Cấu trúc liên kết vòng
Với cấu trúc liên kết vòng, các thành phần được kết nối với nhau theo vòng. Và các dữ liệu được truyền từ điểm này qua điểm khác. Nhược điểm của cấu trúc liên kết này là toàn mạng sẽ không hoạt động được khi chỉ một thiết bị bị lỗi.
3. Cấu trúc liên kết bus
Trong cấu trúc liên kết bus, các thành phần được kết nối với nhau thông qua một đường truyền chung duy nhất. Nên cũng chỉ có 1 thiết bị duy nhất truyền được dữ liệu cho toàn mạng. Cấu trúc liên kết này khắc phục được tất cả những điểm yếu của 2 cấu trúc liên kết trên. Cấu trúc liên kết bus rất tiết kiệm chi phí, vẫn hoạt động được tốt khi một thiết bị lỗi. Cấu trúc liên kết này cho phép truyền tải dữ liệu đến tất cả các thành phần khác nhau. Hoặc các nhóm cụ thể cho toàn hệ thống.
Trong cấu trúc liên kết bus được chia làm 2 loại chính là bus nối tiếp và bus song song. Bus nối tiếp được biết đến là đường truyền với những thành phần tham gia truyền dữ liệu một cách tuần tự. Nó được truyền trong một thời gian cụ thể và sử dụng với một giao tiếp chung. Còn đối với bus song song, dữ liệu sẽ được truyền đi đồng thời từ một số đường truyền nhất định. Bus song song sẽ khiến chi phí tăng lên cho phần cap và đầu nối. Tốc độ và thời gian truyền cũng không bằng bus nối tiếp.
III. Yêu cầu hệ thống Bus cho đồng hồ đo
Để lựa chọn một cấu trúc liên kết cho đồng hồ đo có độ chính xác cao. Cho kết quả nhanh chóng với hiệu quả chi phí tối ưu thì cấu trúc liên kết bus là một sự lựa chọn hoàn hảo. Với cấu trúc liên kết bus, tất cả các yêu cầu ở đồng hồ đo sẽ được thực hiện trên một hệ thống bus cụ thể.
1. Yêu cầu về khoảng cách
Yêu cầu quan trọng nhất của sự kết nối nhiều thiết bị chính là khoảng cách xa, đôi khi lên đến vài kilomet. Dữ liệu mà đồng hồ đo truyền đi sẽ được sử dụng để đưa thông tin đến người dùng cuối. Nên phải đảm bảo được mức độ an toàn trọn vẹn trên đường truyền với bus. Bên cạnh đó, cấu trúc liên kết bus được phân phối với tốc độ truyền dữ liệu cao nhất vì lượng thông tin. Dữ liệu được truyền đi tương đối ít nên dung lượng được giảm đáng kể. Do đó, để đảm bảo được tính nguyên vẹn cho đường truyền. Cấu trúc bus được chọn phải không nhạy cảm với tác động nhiễu sóng bên ngoài từ việc ghép nối điện dung hoặc cảm ứng.
2. Yêu cầu về chi phí
Bên cạnh đó, một yêu cầu nữa đối với hệ thống bus cho đồng hồ đo chính là chi phí thấp. Do đó, vật liệu làm truyền dẫn không cần phải là chất liệu quá cao cấp để che chắn. Chúng hoàn toàn có thể sử dụng ít linh kiện. Cấp nguồn sử dụng từ xa cho các slave từ hệ thống bus để tiết kiệm được tối đa chi phí của đồng hồ đo. Ngoài ra, chi phí lắp đặt và bảo dưỡng cũng là một yếu tố cần chú ý. Bạn hoàn toàn có thể giảm thiểu được chi phí này bằng việc kết hợp lớp bảo vệ chống phân cực ngược. Và cung cấp lại cho hoạt động kết nối các thiết bị thêm vào cho quá trình vận hành bus.
IV. Chức năng nổi bật của hệ thống bus
1. Kỹ thuật truyền thông tin trong M-Bus là gì?
Hệ thống bus được truyền dẫn bởi chung một phương tiện mà tất cả các bên đều được tham gia. Chính vì vậy mà các yêu cầu về truyền dẫn khác nhau phải được tính toán cẩn thận. Các phương pháp sử dụng cho bên tham gia khi truyền qua hệ thống bus. Đó được gọi là kỹ thuật truy cập hoặc kỹ thuật truyền. Kỹ thuật này đặt ra yêu cầu là một số trạm phải không được truyền dữ liệu. Đồng thời nên tránh được một số xung đột tạo ra từ việc va chạm bus. Mỗi một bên tham gia của bus có thể truyền dữ liệu ít nhất trong một thời gian tối thiểu cụ thể. Việc phân bổ bus giữa các trạm truyền tải dữ liệu được thực hiện thông qua hệ thống tư duy logic phân bổ.
Việc sử dụng logic phân bổ
Việc sử dụng logic phân bổ giúp bộ điều khiển trung tâm của bus nhận yêu cầu và đưa ra quyết định về việc sử dụng bus. Đồng thời thêm thời gian sử dụng bus,… Chính vì vậy, một số phương pháp được đặt ra cho việc đăng ký chiếm hữu bus như sau:
- Đăng ký sử dụng đường dây riêng lẻ cho từng thiết bị trong bus
- Kiểm tra, thẩm định thường xuyên, định kỳ những bên tham gia về nhu cầu và yêu cầu truyền tải
- Các yêu cầu sẽ được gửi đi với cùng một nhận dạng bên gửi thông qua một đường dây chung
- Hệ thống bus sẽ được phân bổ trên một khung thời gian quy định trước đó. Không tính đến một số yêu cầu riêng trước đó
Việc làm việc, hoạt động theo logic phân bổ tập trung sẽ có nhiều lợi thế. Đó là làm giảm được độ phức tạp đã được yêu cầu tại các trạm riêng lẻ đến trạm chung.
Việc sử dụng logic phi tập trung
Bên cạnh đó, nếu sử dụng logic phi tập trung thì mỗi bên tham gia cần được cung cấp các chức năng khác nhau. Cho phép nó nhận diện được bus xem chúng được sử dụng hay chưa. Một số phương pháp được áp dụng để xác định được việc bus có đang bị chiếm hữu sử dụng hay không như sau:
- Rà soát, kiểm tra giữa các trạm với nhau bằng đường dây yêu cầu tại mỗi trạm riêng lẻ
- Phân bổ bus thường xuyên, định kỳ bằng cách chung chuyển “quyền sở hữu” giữa các bus
- CSMA: Bên tham gia có khả năng và quyền hạn kiểm tra xem hệ thống bus có đang truyền dữ liệu hay không? Dữ liệu có được truyền đi khi được phát hiện còn trống? Với một hệ thống bus nhất định, để tránh việc va chạm trong quá trình truyền. Các trạm có thể sử dụng nguồn dữ liệu của riêng mình. Từ đó để xác định lại xem bus có đang xảy ra xung đột hay không. Trong quá trình kiểm tra xung đột, đường truyền sẽ bị gián đoạn và sẽ được lặp lại khi quá thời gian thích hợp.
Khi thực hiện logic phân bổ phi tập trung, mức độ phức tạp của hệ thống bus sẽ được đẩy lên cao hơn. Đây là điều khó tránh khỏi. Tuy nhiên, logic phân bổ phi tập trung có một ưu điểm lớn chính là khi xảy ra lỗi trong bộ điều khiển bus trung tâm thì toàn bộ hệ thống cũng không cùng lúc xảy ra lỗi.
2. Đồng bộ hoá các bên tham gia tại M-Bus
Đồng bộ hóa chính là sự phối hợp ăn ý trong thời gian nhất định của các bên tham gia giao tiếp trong việc truyền và nhận thông tin. Việc truyền dữ liệu được phân ra làm hai phương pháp chính. Đó là truyền dữ liệu đồng bộ và truyền dữ liệu không đồng bộ.
Xét với việc truyền dữ liệu đồng bộ, tín hiệu sẽ được cung cấp một cách ổn định nhất. Từ trạm trung tâm hoặc một bên giao tiếp trung gian để đo được thời gian truyền tín hiệu.
Đối với việc truyền tín hiệu không đồng bộ thì có khác hơn một chút. Tín hiệu không đồng bộ cần được phân biệt rõ rang khi nhận tín hiệu giữa các kỹ thuật có và không có. Khi có tín hiệu báo nhận, bên gửi sẽ đưa ra tín hiệu cụ thể thông qua đường truyền để gửi lại dữ liệu và chờ bên kia xác nhận.
3. Cách khắc phục lỗi trong M-Bus
Một số nguyên nhân phổ biến
Trong hệ thống bus, những sự cố xảy ra gây ra lỗi đường truyền là việc không quá xa lạ. Các nguyên nhân được phát hiện ra rất phong phú nhưng có 1 nguyên nhân đặc biệt nhất, hay gặp nhất chính là hiện tượng nhiễu điện tử bên ngoài. Một số nguyên nhân cho hiện tượng này có thể kể đến như ghép cảm ứng ở tần số của nguồn điện, nhiễu tần số do phát tia lửa điện, ghép nối điện dung ở các đường dây khác,…
Khi xảy ra lỗi, hệ thống bus phải đảm bảo được các lỗi đường truyền tín hiệu phải được nhận biết để người sử dụng có cách khắc phục kịp thời. Chính vì vậy mà thông tin sẽ được bổ sung vào khi cung cấp cùng dữ liệu được truyền, điều này giúp hệ thống kiểm tra, rà soát được dữ liệu thông tin khi tiếp nhận.
Trường hợp truyền tín hiệu không đồng bộ
Đối với trường hợp truyền tín hiệu không đồng bộ, với mỗi bit chẵn lẻ bổ sung sẽ được truyền tương ứng với một ký tự. Bit chẵn lẻ này được xây dựng nhằm đáp ứng cho các điều kiện chẵn lẻ. Một phương pháp khác để phát hiện lỗi chính là tạo ra một ký tự đặc biệt. Có thể kiểm tra lượng phép toán cụ thể được lấy ra từ tất cả hệ thống dữ liệu. Lúc này, trạm tổng nhận dữ liệu sẽ phát hiện được có lỗi truyền hay không bằng việc so sánh các ký tự kiểm tra nó nhận được với ký tự kiểm tra nó tính toán được. Với trường hợp này, các bit chẵn lẻ chỉ cho phép nhận dạng được một số lẻ các bit lỗi.
Để khắc phục sự cố đó, bên nhận sẽ gửi đi một lệnh xác nhận lại quá trình truyền không xảy ra lỗi hoặc xảy ra lỗi khi truyền. Cùng mục đích đó, hệ thống máy phát sẽ kiểm tra, dò lại xem hệ thống máy thu đã xác nhận được việc nhận dữ liệu tại khoảng thời gian xác định hay chưa. Nếu vượt quá thời gian quy định hay lỗi truyền được phát hiện thì bên gửi sẽ lặp lại quá trình truyền theo số lần được quy định trước đó.
V. Tìm hiểu về giao thức giao tiếp truyền thông M-Bus, cổng giao tiếp RS232
1. Những đặc điểm cơ bản
- Giao thức Z-Mbus được kết nối với cổng giao tiếp RS232 của Seneca Z-TWS4, Z-PASS2-S, S6001-RTU và một số bộ điều khiển khác.
- Giao thức cũng cho phép hỗ trợ mạng M-Bus bằng cách cấp nguồn lên tới 25 M-Bus tại mỗi thiết bị trên mỗi mô-đun. Ngoài ra, với cổng Micro USB trên bo mạch, bạn có thể truy cập vào hệ thống M-Bus từ máy tính.
- Từ giao diện máy chủ được tích hợp trong bộ điều khiển Seneca. Nó có thể quét, kiểm tra cấu hình, xem xét đến các thiết bị trong Z-MBUS.
- Việc quản lý các thiết bị M-Bus được thực hiện thông qua các công cụ tích hợp trong cấu hình máy chủ.
- M-Bus là hệ thống bus chính có tính năng đo lường năng lượng. Quản lý thông minh các đồng hồ đo nhiệt, tiêu thụ nước, điện, khí đốt, cảm biến và các thiết bị truyền động.
2. Thông số kỹ thuật
- Nguồn điện sử dụng: 11..40 Vdc, 19..28 Vac (tương đương với 50-60 Hz) từ cả hai đầu của thiết bị và đầu nối IDC10 phía sau.
- Công suất tiêu thụ: 2,4 W
- Đèn Led hiển thị trạng thái nguồn điện khi truyền, nhận dữ liệu từ trên cổng M-BUS
- Kết nối: Thiết bị có thể kết nối với đầu nối vít 3 chiều có thể tháo rời.
- Mức độ bảo vệ: IP20
- Nhiệt độ hoạt động thích hợp: Từ -20 độ C đến 70 độ C
- Kích thước tiêu chuẩn thiết bị:100mm x 17,5mm x 112mm
- Trọng lượng tối đa: 140g
- Thiết bị được làm từ chất liệu nhựa cao cấp màu đen PA6, giúp hạn chế được những va đập từ môi trường tác động
Như vậy, bài viết trên đã cung cấp cho người đọc những thông tin hữu ích nhất về tiêu chuẩn quốc tế M-Bus, tổng hợp tất cả các kiến thức về chuẩn giao tiếp truyền thông M-Bus và giới thiệu đến các bạn giao thức truyền thông Z-Mbus,… Tất cả những kiến thức trên của chúng tôi hy vọng đã giúp ích được rất nhiều cho những thắc mắc và bổ sung kiến thức công nghệ cho các bạn. Hãy làm cuộc sống trở lên nhiều màu sắc khi biết thêm các thông tin các bạn nhé!
