Giáo Trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp.pdf

Nghề Điện tử công nghiệp GT MTTCN 01 2015 docx / / / /soft/offic2019/Product%20key%20office%202019 docx 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép[.]

KHÁI QUÁT VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Giới thiệu

3 Các thành phần của mạng AS-I 0.5 0.5

7 Giao tiếp giữa S7-200 và CP 243-2 2 2

1 Bài 1: Khái quát về mạng truyền thông công nghiệp 4 2 2

BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Bài viết này giới thiệu tổng quan về lĩnh vực điều khiển trong công nghiệp, giúp sinh viên có cái nhìn mới và toàn diện về các phương pháp điều khiển công nghiệp hiện đại Việc hiểu rõ các công nghệ điều khiển đang ngày càng phát triển sẽ giúp sinh viên nắm bắt xu hướng tương lai của ngành công nghiệp tại Việt Nam Điều khiển tự động đóng vai trò quan trọng trong nâng cao năng suất, chất lượng sản phẩm và tối ưu hóa quá trình sản xuất Nhờ những tiến bộ trong công nghệ, ngành điều khiển công nghiệp hứa hẹn mang lại nhiều cơ hội việc làm và thúc đẩy sự phát triển kinh tế của đất nước trong thời gian tới.

- Hiểu các vấn đề cơ bản trong mạng truyền thông

- Phân biệt được các mạng trong công nghiệp, các ứng dụng và tầm quang trọng của hệ mở

- Chủ động, sáng tạo an toàn cẩn thận trong quá trình học tập

Mạng truyền thông công nghiệp là hệ thống kết nối các thiết bị công nghiệp thông qua các hệ thống truyền bít nối tiếp, giúp liên kết các cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển và giám sát Các mạng này cho phép liên kết ở nhiều cấp độ khác nhau, từ cảm biến nhỏ lẻ đến hệ thống máy tính điều hành doanh nghiệp, nâng cao hiệu quả quản lý và vận hành sản xuất Mạng truyền thông công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa và IoT công nghiệp, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao năng suất Các hệ thống mạng này hiện nay được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy, xí nghiệp và các hệ thống tự động hóa công nghiệp hiện đại.

Về cơ sở kỹ thuật, mạng công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông có nhiều đểm tương đồng tuy nhiên cũng có các điểm khác biệt sau:

Mạng viễn thông có phạm vi địa lý rộng lớn và số lượng thành viên tham gia đông đảo hơn, dẫn đến yêu cầu về kỹ thuật như cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, và tính năng thời gian thực ngày càng phức tạp Các phương pháp truyền thông sử dụng trong mạng viễn thông cũng đa dạng hơn, bao gồm truyền tải dải rộng, dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, và chuyển mạch, nhằm đáp ứng tốt hơn các nhu cầu về hiệu suất và độ tin cậy trong giao tiếp toàn cầu.

Mạng viễn thông phục vụ cả con người và các thiết bị kỹ thuật, trong đó con người đóng vai trò chủ yếu Các dạng thông tin cần trao đổi qua mạng bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu, đảm bảo đáp ứng mọi nhu cầu truyền tải thông tin đa dạng.

Trong mạng công nghiệp, các thiết bị chủ yếu hoạt động dựa trên việc truyền tải dữ liệu, vì vậy dữ liệu là yếu tố quan trọng nhất Các kỹ thuật truyền thông phổ biến trong lĩnh vực này rất đa dạng, nhưng kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế độ bit nối tiếp vẫn là đặc trưng nổi bật của mạng công nghiệp, đảm bảo hiệu quả và độ tin cậy trong truyền tải thông tin giữa các thiết bị công nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, được thiết kế để hoạt động trong các môi trường công nghiệp, khác với mạng máy tính thông thường về một số điểm như khả năng chịu đựng điều kiện khắc nghiệt và yêu cầu về độ tin cậy cao Do đó, mạng truyền thông công nghiệp có thể được so sánh với mạng máy tính thông thường về cơ bản đều truyền dữ liệu giữa các thiết bị, nhưng chúng khác nhau về mục đích sử dụng, phạm vi hoạt động và các tiêu chuẩn kỹ thuật Mạng truyền thông công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các hệ thống điều khiển và tự động hóa trong ngành công nghiệp, đảm bảo hiệu quả vận hành và khả năng mở rộng của hệ thống.

+ Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung

Mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp đóng vai trò là một phần quan trọng trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp, hỗ trợ các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý doanh nghiệp.

Trong môi trường công nghiệp, mạng truyền thông công nghiệp đòi hỏi tính năng thời gian thực, độ tin cậy cao và khả năng tương thích vượt trội so với mạng máy tính thông thường, vốn yêu cầu cao về bảo mật Mạng máy tính có phạm vi rộng, từ mạng LAN nhỏ của vài máy tính đến mạng Internet lớn, và thường xuyên sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của các mạng viễn thông để mở rộng kết nối Tuy nhiên, các hệ thống mạng công nghiệp hiện nay thường hoạt động độc lập, có phạm vi hẹp và tập trung vào các ứng dụng công nghiệp đặc thù, đảm bảo sự ổn định và chính xác trong quá trình vận hành.

Ứng dụng

Trong hệ thống điều khiển công nghiệp, bộ điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành để đảm bảo hoạt động chính xác Các bộ điều khiển trong hệ thống phân tán cũng cần trao đổi thông tin để phối hợp thực hiện quá trình sản xuất một cách hiệu quả Ngoài ra, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển phải kết nối và giao tiếp với các bộ điều khiển nhằm theo dõi, giám sát toàn bộ hệ thống sản xuất Việc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp mang lại nhiều lợi ích quan trọng như đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị, giúp các thiết bị thuộc nhiều chủng loại khác nhau được kết nối qua một đường truyền duy nhất, tối ưu hóa hiệu quả vận hành và nâng cao khả năng giám sát hệ thống.

Tiết kiệm dây nối và giảm chi phí thiết kế, lắp đặt hệ thống nhờ cấu trúc đơn giản và tối ưu hóa Việc thay thế nhiều dây truyền bằng một đường duy nhất giúp giảm vật tư và chi phí lắp đặt đáng kể, làm cho quá trình thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng và tiết kiệm hơn.

Kỹ thuật truyền thông số giúp nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin bằng cách giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu so với phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển Các thiết bị truyền thông số còn có khả năng tự phát hiện và chẩn đoán lỗi, giúp đảm bảo dữ liệu truyền đi không bị sai lệch Ngoài ra, việc loại bỏ nhiều lần chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số còn nâng cao độ chính xác của thông tin, góp phần đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu.

Hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế giúp nâng cao độ linh hoạt và tính mở của hệ thống, tạo điều kiện dễ dàng sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau Việc thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng hệ thống trở nên thuận tiện hơn nhờ khả năng tương tác cao qua các giao diện chuẩn Đặc biệt, hệ thống đơn giản hóa công tác tham số hóa, chẩn đoán, định vị lỗi và xử lý sự cố các thiết bị nhờ một đường truyền duy nhất, cho phép các thiết bị trao đổi dữ liệu quá trình, dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và chuẩn đoán một cách hiệu quả Các thiết bị còn có thể tích hợp khả năng tự chuẩn đoán, các trạm trong mạng có thể cảnh giới lẫn nhau, nâng cao tính tự động và khả năng vận hành ổn định Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, hiệu chỉnh thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua trung tâm kỹ thuật, giúp tiết kiệm thời gian và tăng độ chính xác trong quản lý hệ thống.

Hệ thống mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới nhờ việc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, giúp triển khai các kiến trúc điều khiển hiện đại như điều khiển phân tán, giám sát từ xa và chuẩn đoán lỗi qua Internet Đồng thời, hệ thống tích hợp thông tin điều khiển và giám sát với dữ liệu điều hành sản xuất, quản lý công ty, nâng cao hiệu quả vận hành và khả năng phản ứng nhanh chóng với các sự cố.

Phân loại các cấp tự động hóa

Để phân loại và phân tích đặc trưng của các hệ thống mạng truyền thông doanh nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc thường được áp dụng trong các công ty, xí nghiệp sản xuất Mô hình này giúp xác định các thành phần chính, chức năng và cấu trúc của hệ thống mạng trong môi trường doanh nghiệp Việc hiểu rõ các đặc điểm của hệ thống mạng truyền thông doanh nghiệp là yếu tố then chốt để nâng cao hiệu quả hoạt động, bảo mật và tối ưu hóa quy trình kinh doanh Áp dụng mô hình phân cấp giúp dễ dàng quản lý, mở rộng và nâng cấp hệ thống mạng phù hợp với quy mô và mục tiêu của doanh nghiệp.

Mô hình này thể hiện nhiều phân cấp khác nhau theo từng chức năng:

Tháp mạng truyền thông công nghiệp

Các chức năng ở cấp dưới thường mang tính chất cơ bản và đòi hỏi sự nhanh nhạy, phản ứng tức thì để đảm bảo hoạt động hiệu quả Trong khi đó, các chức năng ở cấp trên không yêu cầu phản ứng gấp, nhưng lại cần xử lý và trao đổi lượng lớn thông tin để hỗ trợ quyết định và quản lý tổng thể.

Trong hệ thống truyền thông, có bốn cấp chức năng tương ứng với năm cấp của hệ thống Đặc biệt, từ cấp điều khiển giám sát trở xuống, thuật ngữ “bus” thường được sử dụng để chỉ các đường truyền dữ liệu, giúp tối ưu hóa quá trình giao tiếp và điều khiển trong hệ thống tự động hóa.

“mạng” với lý do phần lớn hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu bus

Mô hình phân cấp chức năng là phương pháp hữu ích trong việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị phù hợp Trong thực tế, sự phân cấp chức năng có thể linh hoạt khác so với lý thuyết ban đầu, tùy thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc hệ thống cụ thể, giúp tối ưu hóa hiệu quả hoạt động và dễ dàng triển khai các giải pháp kỹ thuật.

Bus trường, bus thiết bị:

Bus trường là hệ thống bus nối tiếp sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị điều khiển như PC, PLC với các thiết bị ở cấp chấp hành hoặc trong ngành công nghiệp chế biến Các chức năng chính của cấp chấp hành bao gồm đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu khi cần thiết Các thiết bị có khả năng nối mạng thường là các ngõ vào/ra phân tán, thiết bị đo lường hoặc cơ cấu chấp hành tích hợp khả năng xử lý truyền thông Một số loại bus trường phù hợp để kết nối các cảm biến và cơ cấu chấp hành với bộ điều khiển, thường được gọi là bus chấp hành/cảm biến.

Trong hệ thống điều khiển tự động, nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, do đó yêu cầu về tính năng thời gian thực rất quan trọng Các hệ thống bus trường phổ biến nhất hiện nay bao gồm PROFIBUS, CAN, Modbus, Internetbus, cùng với các hệ thống mới như Foundation Fieldbus và AS-i, mang lại khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy cho các ứng dụng công nghiệp.

Bus hệ thống, bus điều khiển:

Các hệ thống mạng công nghiệp, còn gọi là bus hệ thống hoặc bus quá trình, được sử dụng để kết nối các máy tính điều khiển với các máy tính trong hệ thống giám sát và điều khiển Qua bus hệ thống, các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, trao đổi dữ liệu quá trình với trạm kỹ thuật, trạm quan sát và các trạm điều khiển khác, giúp cung cấp thông tin cần thiết và nhận lệnh điều khiển từ xa Thông tin trong hệ thống không chỉ trao đổi theo chiều dọc giữa các cấp, mà còn theo chiều ngang giữa các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và trạm chủ, tạo nên một mạng lưới liên kết chặt chẽ Ngoài ra, các thiết bị như máy in báo cáo và thiết bị lưu trữ dữ liệu cũng có thể kết nối qua mạng này để đảm bảo hoạt động linh hoạt và hiệu quả của hệ thống công nghiệp.

Bus trường và bus hệ thống khác nhau chủ yếu ở mục đích sử dụng và các thiết bị kết nối, mặc dù trong một số giải pháp, một kiểu bus có thể được sử dụng cho cả hai Bus hệ thống đòi hỏi các tính năng về thời gian thực tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, trong đó thời gian phản hồi thường chỉ trong vài trăm mili giây và lưu lượng trao đổi thông tin cao hơn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông của bus hệ thống phổ biến nằm trong khoảng từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s, đáp ứng nhu cầu truyền dữ liệu nhanh và đảm bảo hiệu năng hệ thống.

Bus điều khiển được sử dụng để kết nối các máy tính điều khiển theo chiều ngang trong hệ thống phân tán, đảm bảo trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển Tuy tốc độ truyền của bus điều khiển thường không cao, nhưng nó đòi hỏi tính năng thời gian thực rất khắt khe để đáp ứng yêu cầu của hệ thống.

Mạng xí nghiệp là một mạng LAN giúp kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Thông tin được truyền tải gồm trạng thái vận hành của quá trình kỹ thuật, các giàn máy, hệ thống điều khiển tự động, số liệu phân tích và thống kê về quá trình sản xuất cùng chất lượng sản phẩm Ngoài ra, các thông số thiết kế, công thức điều khiển và lệnh điều hành cũng được trao đổi qua lại Thông tin còn được truyền mạnh mẽ theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất, đảm bảo tác nghiệp hiệu quả và liên tục.

Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không đòi hỏi nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực, khi việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ và có thể lên tới hàng Megabyte Hai loại mạng phổ biến được sử dụng cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, dựa trên các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX, đảm bảo khả năng truyền tải dữ liệu linh hoạt và hiệu quả trong môi trường doanh nghiệp.

Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp, với đặc trưng gần giống mạng viễn thông hoặc mạng máy tính diện rộng về phạm vi và hình thức dịch vụ Chức năng chính của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng trong các xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng, như thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh Ngoài ra, mạng công ty còn cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử, giúp tăng cường hoạt động liên kết và trao đổi dữ liệu Các hình thức tổ chức nối mạng và công nghệ sử dụng rất đa dạng, phù hợp với từng đầu tư của xí nghiệp, thường được xây dựng dựa trên một hệ thống mạng duy nhất để tối ưu hóa hiệu quả.

11 về mặt vật lý nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt

Mạng công ty đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn tin cậy cao.

Thực hành

- Sinh viên chia nhóm từ 4 đến 6 sinh viên để thảo luận nhóm

- Ghi nhận kết quả thảo luận của nhóm

- Cử đại diện báo cáo kết quả thảo luận trước lớp

Câu 1: So sánh các cấp tự động hóa trong nhà máy

Câu 2: Trình bày ứng dụng của mạng truyền thông công nghiệp

Những trọng tâm cần chú ý trong bài

- Khái niệm về mạng truyền thông công nghiệp

- Ứng dụng của mạng truyền thông công nghiệp

- Phân loại các cấp tự động hóa trong nhà máy của mạng truyền thông công nghiệp

Bài tập mở rộng và nâng cao

- Trình bày sự khác biệt giữa mạng truyền thông công nghiệp và mạng viễn thông

- Nêu các ví dụ về sử dụng các chuẩn truyền thông? chuẩn nào được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay?

Yêu cầu về đánh giá kết quả học tập bài 1

- Về kiến thức: Mô tả được cấu trúc mạng truyền thông trong công nghiệp

- Về kỹ năng: Trình bày được các chuẩn truyền thông

Trong quá trình thực tập, ứng viên thể hiện rõ năng lực tự chủ và trách nhiệm cao, có tác phong công nghiệp, ý thức tổ chức kỷ luật tốt, đồng thời thể hiện khả năng làm việc độc lập cũng như phối hợp hiệu quả trong nhóm.

- Về kiến thức: Được đánh giá bằng hình thức kiểm tra viết, trắc nghiệm

- Về kỹ năng: Hệ thống được các cấp tự động hóa trong nhà máy của mạng truyền thông công nghiệp

- Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Đánh giá phong cách học tập

CÁC THÀNH PHẦN TIÊU BIỂU TRONG HỆ THỐNG MẠNG

Các hệ thống mạng tiêu biểu

PROFIBUS là một bus trường được phát triển tại Đức từ năm 1987 và chính thức hoá trong tiêu chuẩn DIN 19245 Tiêu chuẩn này sau đó trở thành tiêu chuẩn châu Âu EN 50170 vào năm 1996 và tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158 vào đầu năm 2000, nhằm thúc đẩy quảng bá và phát triển các sản phẩm tương thích PROFIBUS trên toàn cầu Để hỗ trợ và phổ biến công nghệ PROFIBUS, Hội người dùng PROFIBUS (PNO) đã được thành lập nhằm thúc đẩy việc sử dụng và phát triển hệ thống này PROFIBUS định nghĩa các đặc tính của một hệ thống bus dùng để kết nối các thiết bị trường với các thiết bị điều khiển và giám sát, đồng thời cho phép các thiết bị điều khiển tự động, trạm kỹ thuật và các thiết bị hiển thị quá trình cùng hoạt động trên cùng một mạng bus Hệ thống này có đặc điểm là nhiều chủ (Multi Master), và có hai loại thiết bị chính được phân biệt rõ ràng để đảm bảo hoạt động hiệu quả.

Các thiết bị chủ (master) có khả năng kiểm soát việc truyền thông trên bus, đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra một cách hiệu quả và an toàn Một trạm chủ (master) có thể gửi thông tin khi giữ quyền truy cập bus, đảm bảo không còn xung đột dữ liệu Trạm chủ còn được gọi là trạm tích cực, vì nó chủ động điều khiển quá trình truyền thông trên hệ thống.

Các thiết bị tớ (slave) gồm các thiết bị như cảm biến, bộ truyền dữ liệu phân tán và cơ cấu chấp hành, không có quyền truy cập trực tiếp vào bus, mà chỉ nhận dạng hoặc phản hồi lại thông tin từ trạm chủ khi có yêu cầu Trạm tớ được gọi là trạm thụ động vì nó thực hiện ít dịch vụ hơn, xử lý giao thức đơn giản hơn so với trạm chủ, giúp giảm chi phí sản xuất.

PROFIBUS bao gồm ba loại chính: PROFIBUS – FMS, PROFIBUS – DP và PROFIBUS – PA, phù hợp với các nhu cầu công nghiệp khác nhau PROFIBUS – FMS chủ yếu dùng để kết nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát, trong khi đó PROFIBUS – DP được tối ưu hóa cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển PROFIBUS – PA đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng tự động hoá trong môi trường dễ cháy nổ, như công nghiệp chế biến Mặc dù chi phí thiết bị còn cao, nhưng PROFIBUS vẫn là giải pháp chuẩn và đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng yêu cầu cao về tính năng thời gian thực.

Controller Area Network (CAN) được phát triển bởi Bosch và Intel nhằm mục đích kết nối mạng trong các phương tiện giao thông cơ giới, thay thế hệ thống kết nối điểm-điểm truyền thống và được chuẩn hóa trong tiêu chuẩn ISO 11898 Trong các dòng xe lớn, chiều dài dây dẫn trong hệ thống này có thể lên tới vài km, khiến tổng trọng lượng dây lên đến hàng trăm kilogram, qua đó thể hiện rõ hiệu quả của hệ thống bus CAN trong việc giảm tải trọng dây dẫn Nhờ tốc độ truyền dữ liệu cao và khả năng kết nối ngắn hạn, CAN mang lại nhiều lợi ích về hiệu suất và tiết kiệm vật liệu cho các phương tiện hiện đại.

13 đặc tính kỹ thuật khác mà công nghệ này cũng đã tham nhập được vào một số lĩnh vực tự động hoá quá trình công nghiệp

DeviceNet là hệ thống bus do hãng Allen–Bradley phát triển dựa trên chuẩn CAN, dùng để kết nối các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành Sau này, chuẩn DeviceNet đã chuyển sang dạng mở dưới sự quản lý của hiệp hội ODVA và được dự thảo chuẩn hoá IEC 62026-3, mở rộng khả năng tương thích trong ngành tự động hóa DeviceNet không chỉ là một giao thức cho lớp ứng dụng của CAN mà còn bổ sung các chi tiết về lớp vật lý và hỗ trợ các phương thức giao tiếp peer-to-peer hoặc master/slave Cấu hình mạng của DeviceNet theo dạng đường trục hoặc đường nhánh, trong đó chiều dài của đường nhánh hạn chế dưới 6m và tốc độ truyền dữ liệu quy định là 125 Kbps, 250 Kbps, và 500 Kbps, tương ứng với chiều dài tối đa của đường trục là 500m, 250m, và 100m giúp tối ưu hiệu suất truyền thông trong hệ thống tự động hóa.

Một mạng DeviceNet cho phép kết nối tối đa 64 trạm, trong đó mỗi thành viên được gán một địa chỉ MAC-ID trong khoảng từ 0 đến 63 Khác với tiêu chuẩn CAN, DeviceNet sử dụng MAC-ID để xác định từng thiết bị trong mạng Việc thêm hoặc loại bỏ các trạm trong mạng DeviceNet có thể thực hiện dễ dàng mà không cần tắt nguồn, giúp nâng cao tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Modbus là giao thức do hãng Modicon phát triển, hoạt động ở lớp ứng dụng theo mô hình ISO/OSI, có thể thực hiện qua các giao thức vận chuyển như TCP/IP, MAP, Modbus Plus, và RS232 Giao thức này định nghĩa các dịch vụ gửi nhận dữ liệu quá trình, điều khiển và chẩn đoán, giúp các bộ điều khiển của Modicon dùng chung ngôn ngữ giao tiếp Modbus mô tả quy trình giao tiếp theo kiểu yêu cầu/ phản hồi giữa bộ điều khiển và thiết bị khác, tạo ảnh hưởng lớn đến các hệ PLC của nhiều nhà sản xuất Trong các hệ thống SCADA, Modbus thường được sử dụng qua cáp RS-232 để kết nối các thiết bị cuối như PLC, PC, RTU với thiết bị truyền dữ liệu như modem, nhằm đảm bảo việc thu thập dữ liệu và điều phối hệ thống hiệu quả.

Ghép các mạng

Để duy trì thông tin liên tục giữa các subnet trong quá trình truyền dữ liệu, cần sử dụng các phần tử ghép đặc biệt phù hợp với mức độ phức tạp của mạng Tùy thuộc vào sự khác biệt và yêu cầu của các subnet ghép, các thiết bị kết nối mạng như Repeater, Bridge hoặc Gateway sẽ được sử dụng để đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và liên tục.

Repeater hoạt động bằng cách sao chép lại thông tin nhận được qua cáp, sau đó gửi đến phía bên phải để khuếch đại tín hiệu Tất cả các lớp của trạm truyền thông không thể nhìn thấy hoạt động của repeater, nghĩa là lớp vật lý của hai mạng phải tương thích và giống nhau Thường xuyên, repeater được sử dụng để mở rộng phạm vi của một subnet hiện có, ví dụ như trong các hệ thống mạng bus sử dụng repeater để duy trì tín hiệu mạnh và ổn định trong quá trình truyền tải dữ liệu.

Hình 2.1: Hệ thống bus sử dụng repeater

Các cầu nối (bridge) được sử dụng để kết nối các subnet cùng giao thức trong lớp Data Link (LLC), giúp liên kết các mạng cục bộ có cấu trúc khác nhau Trong môi trường truyền dữ liệu, kỹ thuật truy cập bus (MAC) của các subnet liên kết có thể khác nhau, đòi hỏi sử dụng bridge để đảm bảo hoạt động thông suốt Các bridge thường được áp dụng khi các mạng nội bộ có kiến trúc khác nhau hoặc cần kết nối các cấu trúc đặc biệt qua các ứng dụng đặc thù.

Hình 2.2: Hệ thống bus sử dụng bridge

Router được sử dụng để kết nối các mạng ISO khác nhau ở các lớp 1 và 2, đồng thời đảm bảo tối ưu hóa đường truyền dữ liệu Quá trình routing giúp xác định con đường truyền tối ưu dựa trên tiêu chí như khoảng cách ngắn nhất hoặc độ trễ thấp nhất, nhằm nâng cao hiệu quả truyền thông Router thay đổi địa chỉ nguồn và đích tại lớp mạng để định tuyến dữ liệu chính xác đến đích mong muốn, đảm bảo mạng hoạt động liên tục và hiệu quả.

Hình 2.3: Hệ thống bus sử dụng router

Gateway là thiết bị dùng để kết nối các mạng có cấu trúc khác nhau, cho phép liên kết hai subnet bất kỳ trong hệ thống mạng Trong mô hình tiêu chuẩn ISO, nhiệm vụ của gateway là chuyển đổi các giao thức ở các lớp khác nhau, đảm bảo khả năng giao tiếp hiệu quả giữa các mạng Ngoài ra, gateway còn giúp kết nối các mạng tuân thủ tiêu chuẩn ISO với các mạng không sử dụng tiêu chuẩn này, nâng cao khả năng mở rộng và tích hợp trong hệ thống mạng.

Hình 2.4: Hệ thống bus sử dụng gateway

Mạng Simatic

SIMATIC NET là hệ thống mạng truyền thông chuyên nghiệp của Siemens, cho phép kết nối hiệu quả giữa các bộ điều khiển Siemens, máy tính chủ và trạm làm việc Hệ thống này bao gồm các mạng truyền thông, thiết bị truyền dữ liệu, phương pháp truyền dữ liệu, cùng các giao thức và dịch vụ giúp truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị một cách ổn định Ngoài ra, SIMATIC NET còn cung cấp các module kết nối mạng LAN như CP (Communication Processor) hoặc IM (Interface Module) để mở rộng khả năng kết nối và tích hợp trong hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Hệ thống SIMATIC NET của SIEMENS cung cấp giải pháp truyền thông mở, tối ưu hóa quá trình tự động hóa trong các môi trường công nghiệp khác nhau Các hệ thống này hỗ trợ tích hợp dễ dàng và đảm bảo hiệu suất cao cho mọi cấp trong hệ thống tự động hóa công nghiệp Với khả năng kết nối đa dạng, SIMATIC NET giúp nâng cao hiệu quả vận hành và linh hoạt trong quá trình sản xuất.

The SIMATIC NET communication system is built on multiple international standards, including ISO/OSI (International Standardization Organization / Open System Interconnection) It primarily relies on local area networks (LANs), which can be implemented using various technologies such as electrical, optical, wireless, or a combination of these methods, ensuring flexible and reliable connectivity across industrial networks.

Trong tổ chức điều hành và quản lý sản xuất, mạng công nghiệp được phân chia thành nhiều cấp nhằm đáp ứng các yêu cầu chức năng khác nhau Cụ thể, các cấp bao gồm cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến – đối tượng Phương pháp tổ chức hệ thống này được SIMATIC hỗ trợ bằng các loại sub-net khác nhau để đảm bảo kết nối và điều phối hiệu quả các thành phần hệ thống.

Các yêu cầu cho tự động hóa được phân loại theo cấp tự động hóa như hình sau:

Ở cấp quản trị mạng, các công việc giám sát đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng đến toàn bộ hoạt động hệ thống Các nhiệm vụ chính bao gồm lưu trữ dữ liệu, quản lý thông số quá trình, tối ưu hóa hiệu suất hệ thống, phân tích dữ liệu để đưa ra các quyết định chính xác Ngoài ra, công việc còn liên quan đến xuất báo cáo, in ấn và truyền tải thông tin nhằm đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả và liên tục.

Ở cấp này, các chức năng tự động hóa và tối ưu hóa được xử lý tự động nhằm nâng cao hiệu quả sản xuất PLC, PC và HMI được kết nối trực tiếp với nhau, tạo thành hệ thống tích hợp giúp vận hành linh hoạt và dễ dàng giám sát quy trình.

Cấp field là cấp kết nối giữa các thiết bị đo lường, báo hiệu và các PLC trong hệ thống tự động hóa Tại cấp này, các thiết bị truyền thông phân cấp được sắp xếp để nhiều thiết bị trường truyền dữ liệu với một master, đảm bảo truyền thông hiệu quả giữa các máy móc và PLC Đây là cầu nối quan trọng giúp điều khiển và phản hồi từ các thiết bị trường đến hệ thống điều khiển trung tâm, đảm bảo hoạt động liên tục và chính xác của toàn bộ hệ thống tự động hóa.

Cấp của Actuator và Sensor là cấp kết nối trong hệ thống, nơi master truyền thông giao tiếp với các thiết bị này qua mạng con (subnet) Đặc điểm nổi bật của cấp này là thời gian phản hồi nhanh, phù hợp với các ứng dụng yêu cầu tốc độ cao, đồng thời truyền tải dữ liệu với kích thước nhỏ, đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy trong trao đổi thông tin.

PPI (Point to Point Interface) là phương pháp truyền thông nối tiếp điểm tới điểm, giúp kết nối trực tiếp giữa hai thiết bị tự động hóa Hệ thống này có thể liên kết giữa các thiết bị tự động hóa với nhau hoặc kết nối thiết bị với máy tính và các thiết bị truyền thông khác, đảm bảo truyền dữ liệu hiệu quả và chính xác trong các ứng dụng công nghiệp.

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

Cổng vật lý RS 232C (V24)20mA (TTY) RS 422/485

Tốc độ truyền 300 bit/s á 76,8 Kbit/s cho cổng RS 232C;300 bit/s á 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 hệ thống SIMATIC, chuyên dùng cho cấp trường hoặc phân xưởng có yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn Mạng MPI chỉ kết nối được với một số thiết bị SIMATIC như S7, M7 và C7 Việc thiết lập mạng MPI nhằm mục đích kết nối hạn chế các trạm, tối đa không quá 32, với dung lượng truyền thông nhỏ và tốc độ truyền tối đa đáp ứng yêu cầu vận hành hiệu quả trong môi trường công nghiệp.

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 qua bảng dữ liệu toàn cục (GD - Global Data) là phương pháp hiệu quả để thiết lập kênh truyền thông giữa các trạm trong mạng Phương pháp này giúp xác định rõ các kết nối và cấu hình truyền thông trước khi tiến hành truyền dữ liệu, đảm bảo quá trình trao đổi thông tin diễn ra thuận lợi và ổn định Việc sử dụng bảng dữ liệu toàn cục là yếu tố quan trọng trong việc tối ưu hóa hiệu suất mạng và giảm thiểu lỗi trong quá trình liên lạc giữa các thiết bị.

Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau

Các thông số kỹ thuật của mạng MPI:

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 S7 Bảng dữ liệu truyền thông toàn cục (GD)

AS-i (Actuator Sensor Interface) là giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành với mạng chỉ có một chủ duy nhất, hoạt động theo phương pháp Master-Slave tối ưu cho hệ thống đơn chủ Cấu trúc của AS-i khá đơn giản khi các cảm biến và cơ cấu chấp hành đều là thiết bị số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), trong khi các thiết bị analog cần sử dụng bộ chuyển đổi tín hiệu của Siemens Trong mạng AS-i chỉ có trạm chủ (Master) có quyền điều khiển và quản lý quá trình truyền thông, khi trạm chủ gọi từng trạm con (Slave) theo thứ tự để gửi hoặc nhận dữ liệu Phương pháp này đảm bảo sự kiểm soát tập trung, giúp tối ưu hóa quá trình thu thập và xử lý dữ liệu trong hệ thống điều khiển tự động.

Những tính chất đặc trưng của AS-i:

AS-i là một mạng tối ưu dành cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số, giúp quá trình trao đổi dữ liệu diễn ra dễ dàng và hiệu quả Dữ liệu được truyền qua đường dẫn trực tiếp từ các cảm biến và cơ cấu chấp hành tới trạm chủ, đồng thời cung cấp nguồn cấp điện cho các cảm biến trong hệ thống Đây là giải pháp lý tưởng để nâng cao hiệu suất tự động hóa trong các hệ thống công nghiệp hiện đại.

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

- 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

Mạng Ethernet công nghiệp (IE) là hệ thống mạng chuyên dụng cho cấp quản lý và phân xưởng, nhằm truyền thông giữa máy tính và các hệ thống tự động hóa Nó cho phép trao đổi lượng lớn thông tin trên phạm vi rộng, đáp ứng yêu cầu của các quá trình sản xuất tự động Các bộ xử lý truyền thông trong mạng IE luôn kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng hay không trước khi gửi dữ liệu, đảm bảo tính hiệu quả và tránh xung đột Trong trường hợp hai trạm gửi dữ liệu cùng lúc gây ra xung đột mạng, hệ thống sẽ ngừng gửi ngay lập tức và thử lại sau một khoảng thời gian ngẫu nhiên theo luật toán học, đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra một cách ổn định và tin cậy.

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)

Phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn, CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), đảm bảo các thành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bình đẳng với nhau This technique giúp kiểm soát truy cập vào đường truyền, giảm thiểu xung đột dữ liệu và tối ưu hiệu suất mạng CSMA/CD là tiêu chuẩn quan trọng để duy trì sự liên tục và ổn định trong môi trường mạng công nghiệp.

Mạng PROFIBUS

PROFIBUS - Process Field Bus Đây là một chuẩn truyền thông được

Siemens bắt đầu phát triển từ năm 1987 theo tiêu chuẩn DIN 19245, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển hệ thống truyền thông công nghiệp PROFIBUS được thiết lập dựa trên phương pháp hệ truyền thông mở (Open Communication Network), không phụ thuộc vào nhà sản xuất, phù hợp cho cấp phân xưởng và cấp trường Mạng PROFIBUS tuân theo tiêu chuẩn EN 50170, giúp kết nối các bộ điều khiển PLC, thiết bị I/O phân tán, máy tính lập trình PC/PG, cơ cấu chấp hành và các thiết bị của hãng khác, đảm bảo tính linh hoạt và mở rộng trong hệ thống tự động hóa công nghiệp.

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

PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) là giao thức truyền thông chuyên dụng cho các thiết bị truyền dữ liệu nhỏ với tốc độ cao, phù hợp để kết nối giữa thiết bị trong trường và máy tính điều khiển Được phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu về thời gian truyền dữ liệu chính xác và nhanh chóng, PROFIBUS – DP chủ yếu hoạt động theo cơ chế Master/Slave, cho phép tối đa 126 trạm trong một mạng Giao thức này hỗ trợ cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master) và có tốc độ truyền dữ liệu lên đến 12 Mbit/s, giúp đảm bảo hiệu suất cao trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, như kết nối các thiết bị đo, truyền động và van phân tán.

PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) cho phép trao đổi lượng thông tin trung bình giữa các thành viên trong mạng theo chế độ bình đẳng Đây là giao thức chủ yếu dùng để kết nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát trong hệ thống tự động hóa PROFIBUS – FMS hoạt động chủ yếu ở các lớp 1, 2, và 7 của mô hình OSI, phù hợp với đặc điểm truyền dữ liệu không định kỳ trong các ứng dụng điều khiển và giám sát.

PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế đặc biệt cho các khu vực nguy hiểm, đảm bảo truyền dẫn an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo tiêu chuẩn IEC 61158-2 Đây là sự mở rộng của PROFIBUS – DP, phù hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong ngành công nghiệp hóa chất và dầu khí Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) giúp tích hợp dễ dàng mạng PROFIBUS PA với mạng PROFIBUS DP, nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả trong hệ thống tự động hóa công nghiệp.

20 bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA

Thực hành

- Sinh viên chia nhóm từ 4 đến 6 sinh viên để thảo luận nhóm

- Ghi nhận kết quả thảo luận của nhóm

- Cử đại diện báo cáo kết quả thảo luận trước lớp

Câu hỏi 1: Trình bày các hệ thống mạng tiêu biểu

Câu hỏi 2: Trình bày ưu khuyết điểm của các hệ thống mạng

- Lịch sử ra đời của mỗi hệ thống mạng

- Cấu trúc cơ bản của một hệ thống mạng

- Trình bày sự khác biệt giữa các hệ thống mạng

- Nêu các ví dụ về sử dụng các hệ thống mạng? hệ thống mạng nào được dùng nhiều nhất và rộng rãi nhất hiện nay?

- Về kiến thức: Mô tả được các mạng truyền thông tiêu biểu trong công nghiệp

- Về kỹ năng: Lựa chọn đúng thiết bị đúng kết nối mạng

Trong quá trình thực tập, nhân viên thể hiện tác phong công nghiệp, có ý thức tổ chức kỷ luật cao và năng lực tự chủ trong công việc Họ có khả năng làm việc độc lập hiệu quả và đồng thời phối hợp tốt khi làm việc nhóm, đảm bảo hoàn thành nhiệm vụ đúng tiến độ và chất lượng.

- Về kỹ năng: Lựa chọn đúng thiết bị đúng kết nối mạng trong mạng truyền thông công nghiệp

MẠNG PROFIBUS

Giới Thiệu

Mạng truyền thông công nghiệp là hệ thống kết nối các thiết bị công nghiệp thông qua các hệ thống truyền số, truyền bít nối tiếp để nâng cao hiệu quả vận hành Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều cấp độ khác nhau, từ cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát đến các hệ thống quản lý cấp cao như máy tính điều hành xí nghiệp và doanh nghiệp Việc triển khai mạng truyền thông công nghiệp giúp tối ưu hóa quá trình vận hành, nâng cao khả năng kiểm soát và giám sát tự động trong môi trường công nghiệp hiện đại.

Mạng viễn thông có phạm vi địa lý rộng lớn và số lượng thành viên tham gia lớn hơn nhiều so với mạng truyền thông công nghiệp Do đó, các yêu cầu kỹ thuật như cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, và tính năng thời gian thực đòi hỏi phải cao hơn để đáp ứng nhu cầu của hệ thống Ngoài ra, các phương pháp truyền thông sử dụng trong mạng viễn thông, như truyền tải dải rộng, dải cơ sở, điều biến, dồn kênh và chuyển mạch, cũng phức tạp hơn nhiều so với các công nghệ trong mạng truyền thông công nghiệp, nhằm đảm bảo hiệu quả và ổn định trong phạm vi rộng lớn.

Mạng viễn thông phục vụ cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó con người đóng vai trò chủ yếu Do đó, các loại thông tin cần trao đổi qua mạng viễn thông bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu để đáp ứng nhu cầu liên lạc đa dạng.

Trong mạng công nghiệp thuần túy, các thiết bị công nghiệp đóng vai trò chính, tập trung vào dữ liệu như là yếu tố quan trọng nhất Kỹ thuật truyền thông phổ biến trong mạng viễn thông đa dạng và phong phú, tuy nhiên, kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế độ bit nối tiếp vẫn là đặc trưng nổi bật của mạng công nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có cấu trúc và chức năng phù hợp với yêu cầu của các hệ thống tự động hóa công nghiệp Tuy nhiên, điểm khác biệt chính là mạng truyền thông công nghiệp được thiết kế để hoạt động trong môi trường công nghiệp khắc nghiệt, đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy cao hơn mạng máy tính thông thường Cả hai loại mạng đều chia sẻ các điểm giống nhau về chức năng truyền dữ liệu và cấu trúc cơ bản, nhưng mạng truyền thông công nghiệp ưu tiên các tiêu chuẩn về khả năng mở rộng, chống nhiễu và khả năng vận hành liên tục trong điều kiện khắc nghiệt.

Mạng máy tính trong công nghiệp đóng vai trò là phần quan trọng trong hệ thống điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý doanh nghiệp Đây là thành phần cốt lõi trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp, giúp kết nối các thiết bị và hệ thống tự động hóa, tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu quả quản lý Việc sử dụng mạng máy tính công nghiệp đảm bảo khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng, tin cậy và an toàn trong môi trường công nghiệp hiện đại.

Trong môi trường công nghiệp, mạng truyền thông yêu cầu cao về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích, vượt xa so với mạng máy tính thông thường Trong khi đó, mạng máy tính lại đặt ra yêu cầu cao hơn về bảo mật và có phạm vi hoạt động rất đa dạng, từ mạng LAN nhỏ chỉ vài máy tính đến mạng Internet rộng lớn Nhiều mạng máy tính sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông để mở rộng phạm vi, còn các hệ thống mạng công nghiệp thường hoạt động độc lập với phạm vi hẹp, phù hợp với yêu cầu cụ thể của ngành công nghiệp.

Trong hệ thống điều khiển công nghiệp, bộ điều khiển cần được kết nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành để thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị Các bộ điều khiển trong hệ thống phân tán cần giao tiếp với nhau để phối hợp thực hiện quá trình sản xuất một cách hiệu quả Ngoài ra, các trạm vận hành tại trung tâm điều khiển cũng cần liên kết, giao tiếp với các bộ điều khiển để giám sát và theo dõi toàn bộ quá trình sản xuất Việc sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp mang lại nhiều lợi ích, trong đó có việc đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp với nhau, giúp các thiết bị của nhiều chủng loại khác nhau được kết nối qua một đường truyền duy nhất, nâng cao hiệu quả và độ tin cậy của hệ thống điều khiển.

Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống nhờ vào cấu trúc đơn giản giúp quá trình thiết kế trở nên dễ dàng hơn Việc sử dụng một đường truyền duy nhất thay cho nhiều dây cáp truyền thống giảm đáng kể chi phí vật liệu và công lắp đặt Điều này không chỉ tối ưu hóa chi phí mà còn nâng cao tính hiệu quả trong thi công hệ thống.

Kỹ thuật truyền thông số nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin bằng cách giảm tác động của nhiễu trong quá trình truyền Nhờ đó, các thiết bị có khả năng tự phát hiện và chẩn đoán lỗi, đảm bảo dữ liệu truyền đi ít bị sai lệch hơn so với phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển Ngoài ra, việc hạn chế các lần chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số giúp nâng cao độ chính xác của thông tin truyền tải.

Hệ thống mạng đạt tiêu chuẩn quốc tế với khả năng mở rộng và linh hoạt cao, cho phép sử dụng các thiết bị từ các hãng khác nhau một cách dễ dàng Việc thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng hệ thống trở nên thuận tiện hơn nhờ giao diện chuẩn hóa, nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần Đặc biệt, hệ thống đơn giản hóa quá trình tham số hóa, chẩn đoán, định vị lỗi và xử lý sự cố thiết bị, với một đường truyền duy nhất cho phép các thiết bị trao đổi dữ liệu quá trình, dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và dữ liệu chuẩn đoán Các thiết bị còn tích hợp khả năng tự chuẩn đoán, giúp các trạm trong mạng giám sát và phát hiện lẫn nhau Quá trình cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị và vận hành có thể thực hiện dễ dàng từ xa thông qua trung tâm kỹ thuật, nâng cao hiệu quả và tiết kiệm thời gian.

Hệ thống sử dụng mạng truyền thông công nghiệp mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới, bao gồm các kiến trúc điều khiển như điều khiển phân tán, điều khiển giám sát và chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet Việc tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất cùng quản lý công ty giúp nâng cao hiệu quả vận hành và quản lý sản xuất an toàn, linh hoạt hơn.

3 Phân loại các cấp tự động hóa Để phân loại và phân tích đặc trưng của các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp sản xuất

Các chức năng ở cấp dưới thường mang tính cơ bản và yêu cầu cao về độ nhanh nhạy cũng như thời gian phản ứng ngắn Trong khi đó, các chức năng cấp trên dựa trên hoạt động của các chức năng cấp dưới, nhưng lại xử lý lượng thông tin lớn hơn nhiều, mặc dù không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh như ở cấp dưới.

Trong hệ thống truyền thông, có bốn cấp dựa trên năm cấp chức năng khác nhau Trong đó, từ cấp điều khiển giám sát trở xuống, thuật ngữ “bus” thường được sử dụng để mô tả các giao diện truyền dữ liệu liên kết các thiết bị lại với nhau Việc áp dụng bus trong hệ thống giúp tối ưu hóa quá trình truyền thông, tăng tính linh hoạt và mở rộng khả năng kết nối của các thiết bị trong hệ thống điều khiển và giám sát.

“mạng” với lý do phần lớn hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu bus

Công nghệ Profibus

PROFIBUS là chuẩn fieldbus phổ biến trong tự động hóa công nghiệp, giúp truyền thông hiệu quả giữa các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau mà không cần điều chỉnh giao tiếp Đây là giải pháp lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu thời gian phản hồi nhanh và các công tác truyền thông phức tạp trong quá trình sản xuất và tự động hóa.

PROFIBUS supports various communication protocols such as DP and FMS, allowing flexibility for different industrial applications Depending on the specific needs, transmission technologies like RS485, IEC 1158-2, or fiber optic cables can be utilized as physical profiles to ensure reliable and efficient data transfer.

Giao thức truyền thông profibus được định nghĩa sao cho người người sử dụng truyền nối tiếp dữ liệu của chúng thông qua môi trường chung

DP (Distributed Periphery) là giao thức phổ biến và được sử dụng rộng rãi trong ngành tự động hóa Nó được tối ưu hóa về tốc độ, hiệu suất cao và chi phí kết nối thấp, ảnh hưởng đến hiệu quả truyền thông giữa các hệ thống tự động và các thiết bị ngoại vi phân bố.

FMS (Field Message Specification): Đây là giao thức truyền thông vạn năng cho nhiều chức năng ứng dụng để truyền thông giữa các thiết bị có tính thông minh

Bus truyền thông Profibus đòi hỏi độ tin cậy truyền cao, khả năng truyền xa và tốc độ truyền dữ liệu lớn để đáp ứng yêu cầu tự động hóa trong sản xuất Trong quá trình tự động hóa, hệ thống còn phải hoạt động an toàn trong vùng nguy hiểm và cấp năng lượng qua cùng một dây truyền chung Hiện tại, có ba phương pháp truyền dẫn Profibus phổ biến nhất để đảm bảo hiệu quả và an toàn trong các ứng dụng công nghiệp.

- Truyền RS-485 cho các ứng dụng trong tự động hóa sản xuất

- Truyền IEC 1158-2 cho ứng dụng tự động hóa quá trình

- Sợi quang cải thiện tính nhiễu điện và những khoảng cách mạng lớn

Truyền dẫn RS-485 thường được sử dụng phổ biến bởi PROFIBUS nhờ vào khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng, độ ổn định cao và chi phí lắp đặt thấp Các ứng dụng dựa trên RS-485 thường đơn giản, tiết kiệm chi phí và phù hợp cho các hệ thống cần truyền tải dữ liệu tốc độ cao mà không yêu cầu thiết bị đắt tiền.

Tốc độ truyền dữ liệu của hệ thống có thể dao động từ 9.6 Kbps đến 12 Mbps, phù hợp với nhiều yêu cầu khác nhau Một tốc độ truyền duy nhất sẽ được thiết lập cho tất cả các thiết bị trên bus khi hệ thống sẵn sàng hoạt động, đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong quá trình truyền tải dữ liệu.

Tất cả các thiết bị được kết nối vào cấu trúc bus, với tối đa 32 trạm (Master hoặc Slave) trên mỗi segment Bus cần được kết thúc bằng kết thúc bus tích cực (active bus terminator) tại đầu và cuối mỗi segment để đảm bảo tín hiệu truyền tải chính xác Để tránh lỗi trong quá trình hoạt động, đầu kết thúc bus luôn được cung cấp điện liên tục, đảm bảo hệ thống vận hành ổn định và tin cậy.

Hình 3.1: Kết nối đường cáp truyền dữ liệu

Khi số lượng trạm vượt quá 32 hoặc cần mở rộng mạng, chúng ta phải sử dụng các repeater để liên kết các đoạn bus lại với nhau Hình 3.1 mô tả các trạm DTE (Data Terminal Equipment) trên các bus được kết nối qua hai repeater nhằm đảm bảo mở rộng mạng một cách hiệu quả.

Chiều dài tối đa của cáp phụ thuộc vào tốc độ truyền: tốc độ truyền càng cao thì chiều dài cáp càng giảm như bảng 3.1

Hình 3.2: Các đoạn bus nối nhau bằng các repeater.1

PROFIBUS truyền đồng bộ với tiêu chuẩn IEC 1158-2, có tốc độ truyền chính xác 31.25Kbps, phù hợp cho các ứng dụng tự động hóa quy trình Công nghệ này đáp ứng các yêu cầu quan trọng trong ngành kỹ thuật hóa dầu và hóa chất, đặc biệt về an toàn và cấp năng lượng qua bus sử dụng chung cáp truyền công nghệ 2 dây Nhờ đó, PROFIBUS có thể được áp dụng cả trong các khu vực nguy hiểm, nâng cao độ an toàn và hiệu quả vận hành.

Bảng 3.1 Tốc độ truyền - chiều dài cáp truyền RS-485

KBaud rate Max Segment length Max Expansion

Các đặc tính của công nghệ truyền IEC 1158-2: số trạm nối trên một segment là

Hệ thống bao gồm 32 trạm và repeater, có khả năng mở rộng tối đa lên đến 4 bộ để tăng cường số lượng trạm trên mạng Các thiết bị này được trang bị lớp bảo vệ chống nổ an toàn, đảm bảo hoạt động ổn định trong mọi điều kiện Ngoài ra, chúng còn hỗ trợ cấp nguồn từ xa thông qua các đường dữ liệu, giúp giảm thiểu công tác vận hành và bảo trì, nâng cao hiệu quả của hệ thống mạng.

Cáp sợi quang được sử dụng trong hệ thống PROFIBUS để đảm bảo truyền dẫn dữ liệu nhanh, ổn định trong các môi trường có nhiễu điện cao Nó giúp cách ly điện hiệu quả và mở rộng khoảng cách truyền dữ liệu tối đa, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp đòi hỏi độ chính xác cao Các loại sợi quang có đặc tính khác nhau, phù hợp với nhiều yêu cầu kỹ thuật của các hệ thống truyền dẫn dữ liệu trong công nghiệp.

Sợi thủy tinh MM Khoảng cách trung bình 2-3 km

Sợi thủy tinh SM Khoảng cách xa >15 km

Sợi tổng hợp Khoảng cách ngắn

Sợi PCS/HSC Khoảng cách ngắn >500m

Các thành phần quang sợi PROFIBUS của nhiều nhà sản xuất cho phép xây dựng các liên kết quang sợi dự phòng, đảm bảo hệ thống vẫn hoạt động liên tục trong trường hợp gặp sự cố Những thiết bị này có khả năng tự động chuyển đổi sang đường truyền vật lý khác, nâng cao độ tin cậy và khả năng dự phòng của mạng PROFIBUS trong các ứng dụng công nghiệp Việc tích hợp các thành phần quang sợi này giúp mở rộng khả năng kết nối và giảm thiểu rủi ro mất liên lạc trong hệ thống tự động hóa công nghiệp.

24 khi có hư hỏng Nhiều nhà sản xuất cũng cung cấp các coupler giữa các link truyền RS-485 và sợi quang

PROFIBUS cho phép kết nối các thiết bị điều khiển qua truyền nối tiếp từ cấp cell đến cấp field, tạo điều kiện tích hợp nhiều hệ thống tự động hóa và kỹ thuật Hệ thống này có khả năng hỗ trợ nhiều master và slave, giúp ghép nối các trạm hiển thị và các thiết bị ngoại vi phân bố trên cùng một bus PROFIBUS đặc biệt phân biệt các loại thiết bị khác nhau để tối ưu hóa quá trình truyền dữ liệu và điều khiển trong hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Thiết bị master xác định việc truyền dữ liệu trên bus, có khả năng gửi các thông điệp mà không cần yêu cầu từ bên ngoài khi giữ quyền truy cập Master còn được gọi là các trạm tích cực hoặc các nút tích cực, đóng vai trò quan trọng trong quá trình điều khiển và quản lý dữ liệu trên hệ thống mạng.

Thiết bị slave là các ngoại vi như thiết bị I/O, các bộ truyền động và cảm biến đo lường, không có quyền truy cập trực tiếp vào bus và chỉ phản hồi khi nhận hoặc gửi thông điệp theo yêu cầu từ master Hai phương pháp truy cập bus phổ biến, là Token-passing và master/slave, có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp phù hợp với từng hệ thống Phương pháp Token-passing thích hợp cho mạng FMS dùng để kết nối các thiết bị điều khiển và máy tính giám sát, đảm bảo quyền truy cập công bằng Trong khi đó, phương pháp master/slave thích hợp cho việc trao đổi dữ liệu giữa thiết bị điều khiển chính và các thiết bị cấp dưới sử dụng mạng DP hoặc PA, tối ưu hóa hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống tự động hóa.

Một bức điện trong giao thức thuộc lớp 2 của Profibus được gọi là khung (frame) Có 4 loại khung như sau:

Khung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu

SD1 DA SA FC FCS ED

Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu

SD3 DA SA FC DU FCS ED

Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1 246 byte dữ liệu

SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED

Truyền thông với PROFIBUS -DP

4.1 Truyền thông với Profibus-DP

Kết nối các thiết bị vào PLC

Truyền các lượng dữ liệu nhỏ và nhanh, do:

- Truyền thông master/slave tuần hoàn

- Giao tiếp với giao thức được đơn giản hóa

Hình 3.3: Giao thức đơn giản

Trao đổi dữ liệu theo 2 khung: Master gửi dữ liệu đến các slave

Các slave thông báo và trả dữ liệu về master

Các hệ thống có thể cài đặt một hoặc nhiều master bằng PROFIBUS-DP, đem lại tính linh hoạt cao cho hệ thống automation Hệ thống có khả năng kết nối tối đa 126 thiết bị bao gồm cả master và slave trên cùng một bus, giúp mở rộng quy mô và nâng cao hiệu quả vận hành Việc sử dụng PROFIBUS-DP giúp đảm bảo khả năng truyền dữ liệu nhanh chóng, ổn định và dễ dàng mở rộng hệ thống khi cần thiết.

Cấu hình thiết bị là quá trình thiết lập hệ thống bao gồm xác định số lượng trạm, gán địa chỉ trạm phù hợp để đảm bảo hoạt động chính xác Bên cạnh đó, việc phân bổ vùng nhớ cho các địa chỉ I/O giúp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống Các tham số bus được cấu hình để tương thích và truyền dữ liệu hiệu quả giữa các thành phần Ngoài ra, cấu hình còn bao gồm các thông điệp chẩn đoán giúp phát hiện và xử lý lỗi nhanh chóng, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định và tin cậy.

Mỗi hệ thống PROFIBUS-DP bao gồm nhiều loại thiết bị cài đặt tùy theo tính năng hoạt động Cơ bản có 3 loại được phân theo công việc:

DP master class là bộ điều khiển tập trung giúp trao đổi thông tin và dữ liệu hiệu quả với các trạm phân bố theo một chu kỳ thông điệp đã được lập trình sẵn Hệ thống này thường được ứng dụng trong các thiết bị như PLC, CNC và điều khiển robot, nhằm đảm bảo quá trình truyền dữ liệu diễn ra chính xác và ổn định Với khả năng quản lý tập trung, DP master class tối ưu hóa hoạt động của hệ thống tự động hóa công nghiệp.

Trong quá trình khởi động hệ thống, các thiết bị kiểu này đóng vai trò là thiết bị lập trình, thiết bị đặt cấu hình hoặc chẩn đoán hệ thống DP Chúng được sử dụng để thiết lập và cấu hình hệ thống, đảm bảo hoạt động chính xác và hiệu quả của hệ thống phân phối dữ liệu Việc sử dụng các thiết bị này giúp chuẩn bị hệ thống DP vận hành ổn định và sẵn sàng cho các tác vụ tiếp theo.

DP slaves: Một DP slave là một thiết bị I/O mà đọc thông tin nhập từ quá trình xuất dữ liệu ra quá trình

Hệ thống một master: chỉ có một master tích cực trên bus

Hệ thống nhiều master: có nhiều master trên bus như có thêm thiết bị đặt cấu hình…

4.2 Truyền thông với PROFIBUS-FMS

- Kết nối các PLC với nhau, có thể kết nối các thiết bị field

- Chuyển các lượng dữ liệu lớn

- Hoạt động nhiều master: gửi chủ quyền từ master này đến master kia

Hình 3.4: Giao thức master - master

FMS là ngôn ngữ truyền thông theo thông điệp, giúp chuẩn hóa ý nghĩa của dữ liệu (ngữ nghĩa) cũng như các dạng khuôn dữ liệu giúp cấu trúc thông điệp (cú pháp) Protocol FMS đảm bảo tính nhất quán và hiệu quả trong việc truyền tải thông điệp, góp phần nâng cao khả năng giao tiếp trong hệ thống Việc chuẩn hóa này không chỉ nâng cao độ chính xác mà còn giúp tối ưu hóa quá trình xử lý dữ liệu, đảm bảo truyền dữ liệu một cách rõ ràng và phù hợp theo chuẩn quốc tế.

Các ứng dụng liên quan giữa 2 cộng sự truyền thông trong PROFIBUS-FMS là:

- VFD (Virtual Field Device) = thiết bị field ảo

- Truy cập đối tượng (ví dụ các biến)

Mạng PROFIBUS-DP

Đặc điểm của PROFIBUS-DP:

- Giao tiếp truyền thông tuần hoàn và nhanh với các thiết bị trường field

- Tốc độ truyền dữ liệu đến 12 Mbps

Thời gian đáp ứng nhanh đo được với 10 trạm ET200 có mỗi trạm 32 I/O là 0,35ms, đảm bảo xử lý dữ liệu hiệu quả và chính xác trong hệ thống tự động Đối với các yêu cầu thời gian đáp ứng ít chính xác hơn, có thể tích hợp các thiết bị DP và FMS trên cùng một hệ thống bus, giúp tối ưu hóa chi phí và đơn giản hóa mạng lưới truyền dữ liệu.

Trong quá trình trao đổi dữ liệu trên mạng, nguyên tắc chính là thực hiện ánh xạ biến qua vùng biến V (Variable Memory) để đảm bảo truy cập dữ liệu chính xác Việc cấp phát vùng nhớ cho các bộ điều khiển phải tuân thủ trật tự của vùng nhớ nhằm tránh xung đột và tranh chấp dữ liệu trong quá trình truy xuất hoặc nhận dữ liệu Đồng thời, cần nắm rõ số lượng các I/O của hệ thống để sử dụng bộ nhớ hiệu quả, đảm bảo hoạt động liên tục và không bị gián đoạn.

Chương trình sử dụng EM277 – S7-200 kết nối với S7-300 qua profibus

200 kết nối với S7-300 qua profibus 2 2

1 Giới thiệu chung về vị trí của mạng

3 Các thành phần của mạng AS-I 0.5 0.5

7 Giao tiếp giữa S7-200 và CP 243-2 2 2

1 Bài 1: Khái quát về mạng truyền thông công nghiệp 4 2 2

BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Bài viết này tổng quan về vai trò của hệ thống điều khiển trong công nghiệp, giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các phương pháp điều khiển hiện đại và tiềm năng phát triển trong tương lai gần tại Việt Nam Điều khiển công nghiệp đóng vai trò cốt lõi trong tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí vận hành Nhờ những tiến bộ công nghệ như tự động hóa và trí tuệ nhân tạo, ngành công nghiệp Việt Nam đang ngày càng tiến gần hơn đến kỷ nguyên số hóa và tự động hóa toàn diện Hiểu rõ các xu hướng điều khiển hiện đại sẽ giúp sinh viên có cái nhìn toàn diện về các giải pháp công nghiệp tiên tiến sắp tới, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế đất nước.

- Hiểu các vấn đề cơ bản trong mạng truyền thông

- Phân biệt được các mạng trong công nghiệp, các ứng dụng và tầm quang trọng của hệ mở

- Chủ động, sáng tạo an toàn cẩn thận trong quá trình học tập

Mạng truyền thông công nghiệp là hệ thống kết nối các thiết bị công nghiệp thông qua các hệ thống truyền dữ liệu, truyền bít nối tiếp Các mạng này cho phép liên kết các cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát, cũng như các hệ thống cấp điều hành trong doanh nghiệp Các mạng truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay hỗ trợ giao tiếp ở nhiều mức độ khác nhau, từ cảm biến nhỏ đến hệ thống quản lý doanh nghiệp toàn diện Nhờ đó, các hệ thống này đảm bảo hiệu quả vận hành, giám sát chính xác và tối ưu hóa quá trình sản xuất công nghiệp.

Mạng viễn thông có phạm vi địa lý rộng lớn và số lượng thành viên tham gia ngày càng tăng, đòi hỏi các yêu cầu kỹ thuật phức tạp hơn như cấu trúc mạng tối ưu, tốc độ truyền dữ liệu nhanh và tính năng thời gian thực đáng tin cậy Các phương pháp truyền thông trong mạng viễn thông như truyền tải dải rộng, dải cơ sở, điều biến, dồn kênh và chuyển mạch cũng mang tính đa dạng và phức tạp hơn nhiều so với mạng công nghiệp, phù hợp với quy mô và yêu cầu của hệ thống.

Mạng viễn thông phục vụ đối tượng chính là con người và các thiết bị kỹ thuật, trong đó con người đóng vai trò chủ yếu Các dạng thông tin cần trao đổi qua mạng bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu, nhằm đáp ứng nhu cầu liên lạc và truyền tải thông tin đa dạng của người dùng.

Trong mạng công nghiệp thuần túy, dữ liệu là yếu tố quan trọng nhất vì các thiết bị công nghiệp chủ yếu truyền tải thông tin liên quan đến hoạt động sản xuất và điều khiển Kỹ thuật truyền thông trong mạng công nghiệp rất đa dạng, phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau Tuy nhiên, kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế độ bit nối tiếp vẫn là phương pháp đặc trưng và phổ biến nhất trong các mạng công nghiệp, đảm bảo truyền tải dữ liệu hiệu quả và ổn định.

Mạng truyền thông công nghiệp là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe trong điều kiện công nghiệp Mặc dù có những điểm tương đồng với mạng máy tính thông thường về khả năng kết nối và truyền dữ liệu, mạng truyền thông công nghiệp còn có những khác biệt đáng kể về tính năng như độ bền, khả năng chịu nhiễu và độ tin cậy cao hơn để phù hợp với môi trường công nghiệp khắc nghiệt.

Mạng máy tính trong công nghiệp là thành phần quan trọng trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp, đóng vai trò trong các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý doanh nghiệp.

Các mạng truyền thông công nghiệp đặt ra yêu cầu cao hơn về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong môi trường công nghiệp so với mạng máy tính thông thường Trong khi đó, mạng máy tính thường xuyên đòi hỏi về độ bảo mật, với phạm vi rộng có thể là mạng LAN nhỏ vài máy hoặc mạng Internet lớn Ngoài ra, mạng máy tính có thể gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông để mở rộng phạm vi, còn các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập với phạm vi hoạt động tương đối hẹp.

Trong hệ thống điều khiển công nghiệp, bộ điều khiển cần được kết nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành để thu thập dữ liệu và điều khiển thiết bị Các bộ điều khiển trong hệ thống phân tán cần trao đổi thông tin để phối hợp thực hiện quá trình sản xuất một cách hiệu quả Tại cấp trung tâm, các trạm vận hành phải được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để giám sát toàn bộ quy trình sản xuất và hệ thống điều khiển Việc sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp mang lại nhiều lợi ích quan trọng, trong đó đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp, cho phép nhiều thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được kết nối thông qua một đường truyền duy nhất, tăng tính linh hoạt và tối ưu hóa hoạt động sản xuất.

Thiết kế hệ thống đơn giản giúp tiết kiệm dây nối và giảm thiểu công lắp đặt, nhờ vào cấu trúc tối ưu Việc sử dụng một đường truyền duy nhất thay vì nhiều cáp truyền thống giúp giảm đáng kể chi phí nguyên vật liệu và công lắp đặt, nâng cao hiệu quả và tiết kiệm chi phí cho dự án.

Kỹ thuật truyền thông số giúp nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin bằng cách giảm thiểu ảnh hưởng của nhiễu so với phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, vốn dễ bị thay đổi nội dung do nhiễu Các thiết bị mạng có khả năng tự phát hiện và chuẩn đoán lỗi, tăng tính ổn định của dữ liệu truyền đi Việc loại bỏ nhiều lần chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số cũng góp phần nâng cao độ chính xác của thông tin được truyền tải.

Hệ thống mạng chuẩn quốc tế giúp nâng cao tính linh hoạt và khả năng mở rộng, dễ dàng thay thế, nâng cấp và tích hợp các thiết bị từ nhiều hãng khác nhau Giao diện tiêu chuẩn làm tăng khả năng tương tác giữa các thành phần, đơn giản hóa quá trình tham số hóa, chẩn đoán và định vị lỗi thiết bị Với một đường truyền duy nhất, các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu quá trình, dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và chuẩn đoán, đồng thời tích hợp khả năng tự chuẩn đoán và cảnh báo lẫn nhau trong mạng Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị và vận hành có thể thực hiện từ xa qua trung tâm kỹ thuật, giúp tiết kiệm thời gian và nâng cao hiệu quả vận hành.

Việc mở rộng nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới cho hệ thống nhờ vào việc sử dụng mạng truyền thông công nghiệp giúp triển khai các kiến trúc điều khiển tiên tiến như điều khiển phân tán, giám sát từ xa qua Internet và chuẩn đoán lỗi hiệu quả Phương pháp này còn tích hợp thông tin hệ thống điều khiển và giám sát với dữ liệu điều hành sản xuất cũng như quản lý công ty, nâng cao khả năng điều hành và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

3 Phân loại các cấp tự động hóa Để phân loại và phân tích đặc trưng của các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp sản xuất

Các chức năng của cấp dưới thường mang tính chất cơ bản hơn, đòi hỏi độ nhanh nhạy và thời gian phản ứng ngắn Trong khi đó, các chức năng cấp trên không yêu cầu phản ứng nhanh nhưng lại xử lý lượng thông tin lớn hơn nhiều dựa trên các chức năng cấp dưới Điều này cho thấy sự phân chia rõ ràng giữa các cấp trong hệ thống, nơi các cấp cao hơn tập trung vào xử lý dữ liệu lớn và ra quyết định dựa trên các thông tin thu thập được từ cấp dưới.

Thực hành

Sinh viên thực hiện theo yêu cầu sau:

1 Thực hiện Config trạm S7-300 master

2 Viết chương trình theo yêu cầu của câu 1

- Hiểu được cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mạng Profibus

- Khai báo, viết được chương trình điều khiển sử dụng giao tiếp giữa S7-200 và

Câu 1: Trình bày các thông số kỹ thuật của EM277

Câu 2: Trình bày cách thiết lập địa chỉ và ý nghĩa của các đèn báo hiệu

- Về kiến thức: Mô tả được cấu trúc và nguyên lý hoạt động của mạng Profibus

- Về kỹ năng: Khai báo, viết được chương trình

Trong quá trình thực hành, ý thức tổ chức kỷ luật và tác phong công nghiệp thể hiện rõ năng lực tự chủ và trách nhiệm của người học Khả năng làm việc độc lập cùng với khả năng phối hợp làm việc nhóm đóng vai trò quan trọng, giúp nâng cao hiệu quả và chất lượng công việc Điều này phản ánh sự tự giác và ý thức trách nhiệm trong môi trường thực tập, đáp ứng yêu cầu của công việc và phát triển kỹ năng chuyên môn.

- Về kỹ năng: Khai báo, viết chương trình

MẠNG AS-I

Tiêu đề	Giáo Trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp
Tác giả	Nguyễn Tuấn Khanh
Trường học	Cần Thơ University
Chuyên ngành	Điện tử công nghiệp
Thể loại	Giáo trình môn học
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Cần Thơ

Định dạng
Số trang	63
Dung lượng	3,25 MB