I. MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
Là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dungh để ghép nối các thiết bị công nghiệp.
Ghép nối thiết bị, trao đổi thông tin với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.
vĐặc trưng
- Phân cấp thành nhiều bậc khác nhau như mô hình phân cấp trong các công ty, xí nghiếp sản xuất.
+ Càng ở những cấp dưới: Mang tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi cao hơn về độ nhanh nhạỵ, thời gian phản ứng nhanh.
+ Càng ở những cấp trên: thực hiện dựa trên các chức năng của các cấp dưới. Ko cần đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh, nhưng cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều.
vPhân loại
- Bus trường, bus thiết bị
- Bus hệ thống, bus điều khiển
- Mạng xí nghiệp
- Mạng công ty
Ø [+] Bus trường:
- Đơn giản mô hình đấu nối dây
- Tiết kiệm dây dẫn
- Độ tin cậy và chính xác
- Độ linh hoạt và mở rộng hệ thống
- Đơn giản hóa, tiện lợi hóa trong việc tham số hóa, chuẩn đoán định vị lỗi, sự cố của thiết bị.
- Mở ra nhiều chức năng mở rộng của hệ thống
vBus trường:
- Là K/N chung dùng trong các ngành CN chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, bus truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển và các thiết bị ở cấp chấp hành.
- Các hệ thống bus trường được sử dụng: PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-Net, Modbus và gần đây là Foundation Fieldbus, DeviceNet, AS-I, EIB và BitBus
vBus hệ thống: Các hệthống mạng CN được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp Đ/K giám sát với nhau được gọi là Bus hệ thống.
vMạng xí nghiệp: là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành SX với cấp điều khiển giám sát.
vMạng công ty: Kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp,cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hang như viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp các dịch vụ INTERNET, thương mại điện tử,…
vCấu trúc bus: Tất cả các thành viên của mạng đều nối trực tiếp vào một đường dây chung
- Đặc điểm: Sử dụng 1 đường dây duy nhất cho tất cả các trạm, tiết kiệm cáp dẫn và công lắp đặt
- Các kiểu cấu hình: daisy-chain , trunk-line/drop-line và mạch vòng không tích cực.
vCấu trúc mạch vòng tích cực: các thành viên trong mạng được nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín.
- Các kiểu cấu hình :
+ Không có Đ/K trung tâm
+ Có Đ/K trung tâm
vCấu trúc hình sao:
- Cấu trúc mạng có một trạm trung tâm quan trọng hơn tất cả các nút khác, nút này sẽ Đ/K hoạt động truyền thông của toàn mạng. Các thành viên khác được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm.
- Nhược điểm:
+ Sự cố ở trạm trung tâm sẽ làm tê liệt toàn bộ các hoạt động truyền thông của mạng
+ Tốn dây.
vCấu trúc cây
- Là sự liên kết của nhiều mạng con có cấu trúc đường thẳng, mạch vòng hoặc hình sao.
- Đặc trưng: là Sự phân cấp đường dẫn.
Gồm có 7 lớp
- Lớp ứng dụng: là lớp trên cùng trong mô hình OSI. Có chức năng cung cấp các dịch vụ cao cấp ( trên cơ sở các giao thức cao cấp) Cho người sử dụng và các chương trình ứng dụng.
- Lớp biểu diến dữ liệu: Chuyển đổi các dạng biểu diễn dữ liệu khác nhau về cú pháp thành một dạng chuẩn, nhằm tạo cho các đối tác truyền thông có thể hiểu được nhau, mặc dù chúng sử dụng các dữ liệu khác nhau.
- Lớp kiểm soát nối: Kiểm soát mối liên kết truyền thông giữa các chương trình ứng dụng, bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối giữa các ứng dụng đối tác.
- Lớp vận chuyển: Cung cấp các dịch vụ cho việc thực hiện vận chuyển dữ liệu giữa các chương trình ứng dụng một cách tin cậy, bao gồm cả trách nhiệm khắc phục lỗi và Đ/K lưu thông.
- Lớp mạng: Tìm đường tối ưu cho việc vận chuyển dữ liệu, giải phóng sự phụ thuộc của các lớp bên trên vào phương thức chuyển giao dữ liệu và công nghệ chuyển mạch dùng để kết nối các hệ thống khác nhau.
- Lớp liên kết dữ liệu: Truyền dẫn dữ liệu một cách tin cậy trong qua mối liên kết vật lý, trong đó bao gồm việc điều khiển việc truy nhập môi trường truyền dẫn và bảo toàn dữ liệu.
- Lớp vật lý: Lớp dưới cùng trong mô hình phân lớp, chức năng truyền thông của một trạm thiết bị. Lớp này đảm nhiệm toàn bộ công việc truyền dẫn dữ liệu bằng phương tiện vật lý.
2.1. KIẾN TRÚC GIAO THỨC TCP/IP.
Có 5 lớp:
- Lớp ứng dụng: Thực hiện chức năng hỗ trợ cần thiết cho nhiều ứng dụng khác nhau
+ FPT: Chuyển giao File
+ TELNET: Làm việc với trạm chủ từ xa
+SMTP: chuyển thư điện tử
+SNMP: quản trị mạng
+DNS: Phục vụ quản lý và tra cứu danh sách tên và địa chỉ INTERNET
- Lớp Vận chuyển: Cơ chế đảm bảo dữ liệu được vận chuyển một cách tin cậy hoàn toàn không phụ thuộc vào đặc tính của các ứng dụng sử dụng dữ liệu.
- Lớp INTERNET: Có Chức năng chuyển giao giữa nhiều mạng được liện kết với nhau.
- Lớp truy nhập mạng: Lớp truy nhập mạng liên quan tới việc trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thiết bị trong cùng một mạng. Các chứng năng bao gồm việc kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn, kiểm lỗi và lưu thông dữ liệu.
- Là một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến nhất trong các hệ thống bus trường. Thực chất cả NRZ và RZ đều là các phương pháp điều chế xung.
- Ưu điểm: Tín hiệu có tần số thường thấp hơn nhiều so với tần số nhịp bus.
- Nhược điểm:
+ Không thích hợp cho việc đồng bộ hóa.
+ Tín hiệu không được triệt tiêu dòng một chiều
+Không có khả năng đồng tải nguồn
+Tần số cao nhất của tín hiệu chính bằng tần số nhịp bus
- Đây là một trong phương pháp điều chế pha xung, tham số thông tin được thể hiện qua các sườn xung.(Bit 1 đc mã hóa bằng sườn lên, 0 sườn xuống).
- Uư Điểm:
+ Có thể đồng bộ hóa bên gửi và bên nhận
+ Triệt tiêu dòng 1 chiều
+ Rất Bền với nhiễu
- Nhươc: Nhiễu xạ của tín hiệu tương đối lớn.
- Thuộc nhóm các PP điều chế vị trí xung. Từ 0 sang 1 được mã hóa bằng xung sườn lên, 1-0 sườn xuống.( or có thể ngược lại)
- Uư ĐIỂM:
+ Tần số thấp
+Ko tồn tại dòng 1 chiều
+Rất bền với nhiễu xạ bên ngoài
- Nhược: Ko mangthông tin đồng bộ hóa
- Đây chính là PP điều chế tần số tín hiệu mạng, hay truyền tải dải mạng.( Bit 0 thì 2chu kỳ sin, bit 1 thì 1 chu kỳ hình sin).
- Ưu: Dùng để đồng bộ nhịp, bền vững với tác động của nhiễu. Nhờ tính chất điều hòa của tín hiệu mà dòng 1 chiều được triệt tiêu nên sử dụng chính đường truyền để đồng tải nguồn nuôi các thiết bị kết nối mạng.
- Nhược:Tần số cao, gây nhiễu mạnh, tốc độ chậm
1.1. PHương thức truyền dẫn tín hiệu
vTruyền dẫn không đối xứng: Sử dụng điện áp của 1 dây dẫn so với đất để thể hiện các trạng thái logic (1 và 0) của một tín hiệu số.
- Ưu: Tiết kiệm đc số lượng dây dẫn và linh kiện ghép nối.
- Nhược: Chống nhiễu kém, tốc độ truyền thấp.
vTruyền dẫn chênh lệch đối xứng
- Sử dụng điện áp giữa 2 dây dẫn (A&B hay dây – và +) để biểu diễn các trạng thái logic (1 và 0) của tín hiệu, ko phụ thuôc vào đất.
- ƯU: Tín hiệu ít bị sai lệch, dùng đôi dây xoắn giảm nhiễu đáng kể, tốc độ cao, phạm vi rộng,…
- V0D : Điện áp chênh lệch đầu ra. Tiêu chuẩn quy định tối thiểu phải đạt 1,5V Tại đầu ra. 200mV là điện áp thấp nhất để xác định trạng thái logic của tín hiệu.
- V0S: Điện áp chế độ chung đầu ra
- VCM: Điện áp chế độ chung
- VVGP: Chênh lệch điện áp đất.
vTrở đầu cuối
- Được chọn có giá trị tương đương với trở kháng đặc trưng(trở kháng song) của cáp truyền.
vĐặc tính điện: Sử dụng tin hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây và đất.
- Mức điện áp: Dao động trong khoảng -15v tới 15V.. 3V-15V với giá trị logic 0. -15V tới -3V giá trị logic 1
- Tốc độ đa số là: 19,2 kBd ( chiều dài cho phép 30-50m)
- ƯU: Công suất phát tương đối thấp.
vGiao diện cơ
- Chuẩn EIA/TIA-232F. Quy định 3 loại giắc cắm DB-9, DB-25, ALT-A(26 chân)
vChế độlàm việc: Làm việc 2 chiều toàn phần, cần thối thiểu 3 dây dẫn, 2 dây nối chéo các đầu thu phát của 2 trạm và 1 dây đất.
- PP chênh lệch đối xứng 2 dây A&B
- Ưu : Giảm nhiễu,tang chiều dài dây-1200m
+ Điện dương ứng với trạng thái logic 0 và ngược lại
+Đơn giản, tốc độ lớn hơn
+Điện áp chung: VCM :là 7V
- Nhược: Ghép 1 mạng đơn giản ĐIỂM-ĐIỂM, 1 trạm phát.
- PP chênh lệch đối xứng 2 dây A&B
- Uư: Ko cần bộ lặp, ghép nối nhiều điểm
+ Điện áp chung: VCM :là -7V đến 12 V
+ Tối thiểu:
+Có 32 trạm tham gia( đơn vị), ứng với 32 bộ thu phát hoặc nhiều hơn
+Khoảng cách: 1200m
+Tốc độ: 10Mbit/s -12Mb/s.
+ Cáp đôi dây xoắn: 100-120
- ƯU: Đồng tải nguồn, đồng bộ trong chế độ truyền, dùng cáp 2 đôi dây xoắn. Điện trở đầu cuối 100
vCáp đôi dây xoắn: 2 dây đồng xoắn cách điện với nhau
- Giảm nhiễu xạ, nếu tính toán cẩn thận thì không gây nhiễu bên ngoài, giá rẻ, dễ dùng
- Tryền tới 3000m nếu dùng bộ lặp
- STP cho truyền (1…10mb/s)
- UTP: 167kbit/s 200m
vCáp đồng trục
- Ưu: chống nhiễu từ bên ngoài, xuyên âm không khí tốc độ truyền lớn.: 1-2Gbit/s
- Cáp quang: 20g bit/s hàng chục km không cần bộ loc không gây nhiễu độ bảo mật cao
vCap quang:Sử dung trong các lĩnh vực đòi hỏi tốc độ truyền rất cao, phạm vi truyền dẫn lớn hoặc trong môi trường chịu tác động mạnh của nhiễu.
- Tốc độ tối đa có thể lên tới 20Gbit/s
- Chiều dài cáp dẫn lên tới hang chục , thậm chí hang tram km mà ko càn 1 bộ lặp hay khuếch đại tính hiệu.
- Tính năng kháng nhiễu, tính tương thích điện từ.
- Ko chịu tác động của nhiễu ngoại cảnh: trường điện từ, song vô tuyến,..
vVô tuyến:Sử dụng trong lĩnh vực ko thể sử dụng cap truyền hoặc với chi phí rất cao. Khai thác dàu mỏ,theo dõi khí tượng thủy văn,.. tốc độ 10Mbit/s từ vài m đến hàng chục km giá rẻ chi phí lắp đặt thấp
- Bộ lặp: sao chép, khuếch đại hồi phục tính hiệu mang thông tin trên đường truyền
- Cầu nối: liên kết mạng con có cấu trúc khác nhau
- Router: liên kết mạng trên cơ sở lớp 3 theo mô hình tham chiếu osi
- Gate way: chuyển đổi giao thức ở cấp cao thường dùng phần mền ở cấp 7
- Phát triển tại đức do 21 công ty hợp tác
- Profibus định nghĩa các đặc tính hệ thống bus cho phép liên kết nhiều thiết bị khác nhau có yêu cầu về tính năng thời gian
- Profibus có 3 giao thức:
+ Profibus – FMS
+ Profibus – DP
+ Profibus- PA
- Kỹ thuật truyền dẫn:
+ RS-485: Theo tiêu chuẩn IEC 61158 quy định
Tốc độ:9,6 kbit/s-12Mbit/s
Cấu trúc: đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh. Daisy-chain.
Cáp truyền: Đôi dây xoắn có bảo vệ (STP)
Chiều dài tối đa: 100-1200m
Số lượng trạm: mỗi đoạn mạng là 32
Chế độ truyền tải ko đồng bộ và hai chiều ko đồng bộ
PP mã hóa bit NRZ
+ RS-485IS với (DP & FMS)
Ưu: cho phép truyền tốc độ cao, phù hợp với MT àn toàn cháy nổ.
Ghép nối có thể Tối đa 32 trạm
+ Cáp quang(MBP & PA): ứng dụng trong các linh vực có MT nhiễu mạnh, đòi hỏi phạm vi phủ mạng lớn
Cáp sử dụng: Sợi thủy tinh, Sợi chất dẻo.
Liên kết điểm-điểm nên cấu truc mạng chỉ là hình sao or mạch vòng
+ Truyền dẫn với: MBP. Trong ngành CN chế biến, xăng dầu, hóa chất, MT làm việc nhạy cảm với xung điện.
- Do busch và intel phát triển
- Thay thế việc nối mạng điểm- điểm cổ điển nhờ tốc độ truyền dẫn cao và khoãng cách ngắn
- Định nghĩa lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI là LLC và MAC. Đó là 2 giao thức chính
- Hệ thống bus được hãng allen-Bradlay phát triễn dựa trên CAN dùng nối mạng cho các thiết bị đơn giản cấp chấp hành. Giao thức lớp ứng dụng của CAN
- Hoạt động dựa trên mô hình sản xuất/ người dùng, tốc độ 125kbit/s
- Do modicon phát triển thuộc lớp ứng dụng của mô hình tham chiếu OSI
- Modbus định nghĩa là 1 tập hợp rộng các dịnh vụ .Phục vụ, trao đổi dữ liệu quá trình điều khiển, chuẩn đoán:
- Có 3 loại giao tiếp:
+ TCP/IP, MODBUS PLUS, MAP
+ Chế độ ASCII : Ưu: cho phép khoảng trống giữa 2 ký tự là 1 giây
+ Chế độ RTU: Ưu: hiệu suất cao hơn nhưng phải được truyền thành 1 dòng liên tục
- Modbus plus: dựa trên giao thức modbus cấp tường và cấp điều khiển
+ Ưu: rẻ dễ lắp đặt và vận hành 500m phạm vi. Với RS-485 thì tốc độ 1mbit/s
- Do hãng phoenix contact phát triển
- Liên kết nhiều chủng loại thiết bị khác nhau giá thành vừa phải có đặc tính thời gian không thua kém các hệ thống khác
- Lớp vật lý, liên kết dữ liệu, ứng dụng.
- Do 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành có tên tuổi(simens,ag…)
- Kết nối các thiết bị cảm biến và chấp hành với cấp điều khiển.
- Lớp 1.
7.1. FOUNDATION FELDBUS: (1-2-7)
- Do ISP & Word Fip phát triển vào năm 1993
- Dựa trên profibus và word fip
- Lớp 1 ,2 ,7
- Là tên gọi của 1 sản phẩm của Xerox
- Liên kết mạng ở các giao thức khác nhau
- Lớp vật lý có 2 lớp con là LLC MAC
- Do FF phát triển: tốc độ 100Mbit/s
- Liên kết mạng ở các giao thức khác nhau với tốc độ truyền cao hơn
- Ở lớp vật lý của MAC
vChủ/tớ.(Master/Slave)
Trong phương pháp chủ/tớ, một trạm chủ (master) có trách nhiệm chủ động phân
chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ (slave). Các trạm tớ đóng vai trò bị động,
chỉ có quyền truy nhập bus và gửi tín hiệu đi khi có yêu cầu. Trạm chủ có thể
dùng phương pháp hỏi vòng tuần tự (polling) theo chu kỳ để kiểm soát toàn bộ hoạt
động giao tiếp của cả hệ thống.
vTDMA: mỗi trạm được phân một thời gian truy nhập bus nhất định. Về nguyên tắc, TDMA Có thể phân chia thứ tự truy nhập bus theo vị trí sắp xếp của các trạm trong mạng, theo thứ tự địa chỉ, hoặc theo tính chất của các hoạt động truyền thông.
vToken Passing: Token là một bức điện ngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt để phân biệt với các bức điện mang thông tin nguồn, được dùng tương tự như một chìa khóa. Một trạm được quyền truy nhập bus và gửi thông tin đi chỉ trong thời gian nó được giữ token.
vCSMA/CD:làmộtphươngpháp nổitiếngcùngvớimạngEthernet.
- Nguyên tắc làm việc:
+ Mỗi trạm vẫn phải nghe đường dẫn để so sánh tín hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem có xảy ra xung đột hay không
+ Mỗi trạm đều phải tự nghe đường dẫn (carrier sense), nếu đường dẫn rỗi (không có tín hiệu) thì mới được phát.
+ Trong trường hợp xảy ra xung đột, mỗi trạm đều phải hủy bỏ bức điện của mình, chờ một thời gian ngẫu nhiên và thư gửi lại.
vCSMA/CA: CSMA/CA là thuật ngữ viết tắt từ Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance. Tương tự như CSMA/CD, mỗi trạm đều phải nghe đường dẫn trước khi gửi cũng như sau khi gửi thông tin.
VIII. CRC