Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp (Nghề Cơ điện tử Trung cấp)

Trong bài nêu lên khái quát vấn đề điều khiển trong công nghiệp,giúp sinh viên có thêm một tầm nhìn mới mẽ về một cách thức điều khiểncông nghiệp trong một tương lai gần ở nước ta.Mục ti

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI

GIÁO TRÌNH

MÔ ĐUN 21: MẠNG TRUYỀN THÔNG

CÔNG NGHIỆP NGHỀ: CƠ ĐIỆN TỬ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số:……/ QĐ-CĐCG-KT& KĐCL ngày … tháng …

năm … của Hiệu trưởng trường Cao đẳng cơ giới.

Quảng Ngãi

(Lưu hành nội bộ)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thểđược phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo vàtham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinhdoanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI MỞ ĐẦU

Mạng truyền thông công nghiệp là một trong những mô đun chuyên

môn mang tính nâng cao thuộc nghề Cơ điện tử Mô đun này có ý nghĩa quyếtđịnh đến kỹ năng cũng như kiến thức của người học Sau khi học tập mô đunnày, người học có đủ kiến thức để học tập tiếp các mô đun nâng cao trong hệthống cơ điện tử

Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống mô đun/ mônhọc của chương trình đào tạo nghề Cơ điện tử để giảng dạy ở cấp trình độTrung cấp nghề Ngoài ra, tài liệu cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắnhạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhânlực tham khảo Mô đun này được triển khai sau các môn học, mô đun Thiết bị

và hệ thống tự động, Vi điều khiển, Gia công cơ khí trên máy công cụ, Điềukhiển khí nén - thủy lực, Lắp đặt vận hành hệ thống cơ điện tử, Mạng truyềnthông công nghiệp Công việc lắp đặt, vận hành hay sửa chữa mạch điện trongmáy công nghiệp là một trong những yêu cầu bắt buộc đối với công nhânnghề Cơ điện tử Mô dun này có ý nghĩa quyết định để hình thành kỹ năngcho người học làm tiền đề để người học tiếp thu các kỹ năng cao để thực hiệnthực tập và báo cáo tốt nghiệp

Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh Tác giả rất mongnhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoànthiện hơn

Tham gia biên soạn

1 BÙI QUANG TOẢN Chủ biên

2 …………

3 ……… ….

MỤC LỤC

Lời mở đầu

Mục lục

Giáo trình mô đun.

Bài 1: Giới thiệu tổng quan

1 Giới thiệu

2 Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại

3 Mô hình kết nối hệ thống mở

4 Các thủ tục truyền thông

5 Các chuẩn truyền thông

Bài 2: Nhiễu và giải pháp

1 Giới thiệu

2 Những sự cố thường gập và cách giải quyết

3 Các phương pháp cụ thể

4 Nối đất/chống nhiễu và nhiễu

Bài 3: Chuẩn truyền thông RS232

1 Chuẩn truyền thông RS232

2 Các yếu tố của RS232

3 Hoạt động của giao diện RS232

4 Các hạn chế

5 Xử lý sự cố

Bài 4: Chuẩn truyền thông RS485

1 Chuẩn truyền thông RS485

1 Giới thiệu tổng quan

2 Cấu trúc giao thức Modbus

3 Các mã số chức năng

4 Xử lý các sự cố

2 3 5

12

1319253536

41

42434344

50

5152555556

62

6365

73

747577798184

90

919294100

2 Các ngăn xếp giao thức Profibus

3 Mô hình truyền thông Profibus

4 Mối quan hệ giữa xử lý ứng dụng và truyền thông

5 Mục tiêu của truyền thông

123

124125126127131132132133

135

136137139148

166

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUNTên mô đun: MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Mã mô đun: MĐ 21

Thời gian thực hiện mô đun: 75 giờ; ( Lý thuyết: 25 giờ; Thực hành, thảo luận, thí nghiệm, bài tập: 46 giờ; kiểm tra: 4 giờ)

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: Sau khi học xong mô đun

này học viên có năng lực

+ Mô đun này cần phải học sau khi đã học xong các môn học cơ sở ngành

và nên học sau mô-đun kỹ thuật số, kỹ thuật cảm biến, PLC cơ bản

- Tính chất:

+ Là mô đun tự chọn

- Trong mọi lĩnh vực sản xuất, đặc biệt là các ngành công nghiệp, việc sửdụng các máy móc để giải phóng sức lao động của con người ngày càng phổbiến Để nắm bắt và làm chủ các trang thiết bị ngày càng hiện đại đòi hỏi cán

bộ kỹ thuật phải có những kiến thức cơ bản về công nghệ, bên cạnh đó là các

kỹ năng vẽ, đọc sơ đồ, phân tích và chẩn đoán sai hỏng để có thể vận hành,bảo trì, bảo dưỡng và sửa chữa hiệu quả các trang thiết bị đó

- Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề

B2.Lắp ráp và vận hành mạng công nghiệp trong hệ thống cơ điện tử.B3.Khắc phục các lỗi của các phần tử cơ khí, điện và phần mềm của

Tên môn họcc, mô đun chỉ (*) Số tín

Thời gian học tập (giờ)

Tổng số

Trong đó

Lý Thuyết

Thực hành/

thực tập/ thí nghiệm /bài tập

Kiểm tra

II Các môn học, mô đun

MĐ 21 Mạng truyền thông công

Kiểm tra

3 Chuẩn truyền thông RS232 4 3 1

hành, bộ dụng cụ nghề điện, thiết bị điện công nghiệp,…

3.4 Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về các mạch trang bị

điện trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp

4 Nội dung và phương pháp đánh giá:

4.1 Nội dung:

- Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức

- Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng

- Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người họccần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơgiới như sau:

+ Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2)

Chuẩn đầu ra đánh giá

Số cột

Thời điểm kiểm tra

Vấn đáp vàthực hànhtrên môhình

- Điểm mô đun là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của

mô đun nhân với trọng số tương ứng Điểm mô đun theo thang điểm 10 làmtròn đến một chữ số thập phân

5 Hướng dẫn thực hiện mô đun

5.1 Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp Cơ điện tử

5.2 Phương pháp giảng dạy, học tập mô đun

5.2.1 Đối với người dạy

* Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu,

thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏithảo luận nhóm…

* Thực hành:

- Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.

- Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập: Giáoviên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học

- Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứngdụng các hệ truyền động dùng mạng truyền thông, các loại thiết bịđiều khiển

* Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra.

* Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên

trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cảnhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm

5.2.2 Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau:

- Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp Các tài liệu tham khảo sẽđược cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thưviện, tài liệu )

- Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả

- Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp Nếu người học vắng

>30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau

- Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữalàm việc theo nhóm và làm việc cá nhân Một nhóm gồm 2-3 người học sẽđược cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành Mỗi ngườihọc sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đãphân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận củanhóm

- Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ

- Tham dự thi kết thúc mô đun

- Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học

6 Tài liệu tham khảo

[1].Mạng truyền thông công nghiệp Hoàng Minh Sơn, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật -Hà Nội 2006

[2] CANopen specification, CAN in automation http://ww.can-cia.de/[3].Werner Kriesel, O.W Madelung (Biên tập) : AS-Iterface, Das Aktuator-sensorinterface die automation Hanser – Verlag, munchen – Wien, 1994

[4].Profinet, profibus siemens

http://www.automation.siemens.com/mcms/automation/de/

industriellekommunikation/profinet/seiten/default.aspx

BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Mã bài: MĐ21-01 Giới thiệu:

Trong bài nêu lên khái quát vấn đề điều khiển trong công nghiệp,giúp sinh viên có thêm một tầm nhìn mới mẽ về một cách thức điều khiểncông nghiệp trong một tương lai gần ở nước ta.

Mục tiêu:

- Mô tả cấu trúc và thiết bị điều khiển hiện đại

- Danh sách các hệ thống truyền thông công nghiệp

- Các thành phần thiết yếu

Phương pháp giảng dạy và học tập bài 1

(diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ cáccấu trúc và thiết bị điều khiển hiện đại

- Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học

Điều kiện thực hiện bài học

- Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn

- Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác

- Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình,tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan

- Các điều kiện khác: Không có

Kiểm tra và đánh giá bài học

- Nội dung:

 Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêukiến thức

 Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng

 Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người họccần:

+ Nghiên cứu bài trước khi đến lớp

+ Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập

+ Tham gia đầy đủ thời lượng môn học

+ Nghiêm túc trong quá trình học tập

- Phương pháp:

 Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)

 Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có

 Kiểm tra định kỳ thực hành: không có

Nội dung chính:

1 Giới thiệu

1.1.Mạng truyền thông công nghiệp là gì?

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống thông số, truyền bít nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty

Tuy nhiên mạng truyền thông công nghiệp không hẳn là mạng máy tính

và cũng không là mạng viễn thông Giữa chúng có một số điểm chung và vài điểm khác biệt sau:

+ Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực …) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng) dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch, ) thường phức tạp hơn nhiều so với mạng truyền thông công nghiệp

+ Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó cong người đóng vai trò chủ yếu Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dư liệu Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm duy nhất là dữ liệu

+Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở các điểm giống nhau và khác nhau như sau:

+ Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của 2 lĩnh vực

+ Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần( ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty) trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp

+ Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong môi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường yêu cầu cao hơn về độ bảo mật,

+ Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau có thể nhỏ như mạng Lan cho một nóm vài máy tính hoặc lớn như mạng Internet Trong nhiều trường hợp mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp

Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt là ở các cấp dưới thì các yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản, giá thành

hạ lại được đặt ra hàng đầu

1.2 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp:

Một bộ điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển cả quá trình sản xuất Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển Vậy nếu sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp sẽ có những lợi ích sau:

- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: một sốlượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhauthông qua một đường truyền duy nhất

- Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: nhờ cấu trúc đơngiản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều Một số lượng lớn cáp

truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, giảm chi phí đáng kế chonguyên vật liệu và công lắp đặt.

- Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: Khi dung phươngpháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nộidung thông tin mà các thiết bị không có cách nào nhận biết Nhờ kỹ thuậttruyền thông số, không những thông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn mà cácthiết bị nối mạng còn có them khả năng tự phát hiện lỗi và chuẩn đoán lỗi nếu

có Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự số và sốtương tự nâng cao độ chính xác của thông tin

- Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạngchuẩn hóa quốc tế tạo điều khiện cho việc sử dụng các thiets bị nhiều hangkhác nhau Việc thay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năngcủa hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều Khả năng tương tác giữa các thànhphần được nâng cao nhờ giao diện chuẩn

- Đơn giản hóa/ tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đoán, định vị lỗi, sự

cố các thiết bị: Với một đường truyền duy nhất, không những các thiết bị cóthể trao đổi dữ liệu quá trình mà còn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số,

dữ liệu trạng thái, dữ liệu cảnh báo và dữ liệu chuẩn đoán Các thiết bị có thểtích hợp khả năng tự chuẩn đoán, các trạm trong mạng cũng có thể có khảnăng cảnh giới lẫn nhau Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnhđịnh thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua một trạm kỹthuật trung tâm

- Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống: Sửdụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dung các kiến trúc điềukhiển mới như điều khiển phân tán, điều khiển giám sát hoặc chuẩn đoán lỗi

từ xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và giám sát vớithông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty

Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp:

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

Hình 1.1 Tháp mạng truyền thông công nghiệp

Ta nhận thấy càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất

cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, về thời gian phản ứng Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới tuy không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh nhưng lượng thông tin cần trao đổi và xử lý lớn hơn nhiều

Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông

Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thì thuật ngữ “bus” thường được dùng thay cho “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 sẽ rất tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Trong thực tế ứng dụng, sự phân cấp chức năng có thể khác một chút so với trình bày ở đây, tùy thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc hệ thống cụ thể

1.3 Bus trường, bus thiết bị:

Bus trường thực ra là một khái niệm chung được dùng trong các ngành công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật

truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển ( PC, PLC) với nhau

và với các thiết bị ở cấp chấp hành hay các thiết bị trường Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết Các thiết bị có khả năng nối mạng là các ngõ vào/ra phân tán, các thiết bị đo lường hoặc cơ cấu chấp hành có tích hợp khả năng sử lý truyền thông Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển cũng được gọi là bus chấp hành/cảm biên

Do 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,

vì vậy yêu cầu về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là: FROFIBUS, CAN, Modbus, Internetbus và gần đây phải kể tới: Foundation Fieldbus, AS-i

1.4.Bus hệ thống, bus điều khiển:

Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus

hệ thống hay bus quá trình Khái niệm sau thường chỉ được dùng trong lĩnh vực điều khiển quá trình Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thểphối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát ( có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phí trên Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc mà còn theo chiều ngang Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống Ngoài ra các máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể được kết nối qua mạng này

Khái niệm bus trường và bus hệ thống không bắt buộc nằm ở sự khác nhau về kiểu bus được sử dụng mà ở mục đích sử dụng hay nói cách khác là ởcác thiết bị ghép nối Trong một số giải pháp, một kiểu bus duy nhất dung cho

cả hai cấp này

Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực có được đặt ra một cách nghiêm ngặt hay không Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong khoảng một vài trăm miligiây, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằm trong phạm vi từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s.

Khi bus hệ thống được sử dụng chỉ để ghép nối theo chiều ngang giữa các máy tính điều khiển, người ta thường dung khái niệm bus điều khiển Vai trò của bus điều khiển là phục vụ trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạmđiều khiển trong một hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiển thông thường có tốc độ truyền không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực thường rất khắc khe

1.5 Mạng xí nghiệp:

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của quá trình kỹ thuật, các giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các sốliệu tính toán, thống kê về diễn biến qua trình sản xuất và chất lượng sản phẩm Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Ngoài ra, thông tin cũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất

Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, nhưng có khi số lượng lớn tới hang Mbyte Hai loại mạng được dung phổ biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX

1.6 Mạng công ty:

Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng của mạng công ty gầnvới một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên

các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ kết nối các máy tính văn phòng với xí nghiệp, cung cấp các 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, cung cấp các dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử, v v Hình thức tổ chức ghép nối mạng cũng như các công nghệ được áp dụng rất

đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất 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

2 Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại

2.1.Cấu trúc hệ thống

Hệ điều khiển phân tán(Distributed Control System, DCS):

DCS là một giải pháp điều khiển và giám sát có cấu trúc phân cấp vàphân tán, được cung cấp trọn gói từ một nhà sản xuất, được sử dụng chủ yếutrong các ngành công nghiệp chế biến Trạm điều khiển trong một hệ DCS làcác máy tính chuyên dụng trong điều khiển quá trình, có cấu trúc module, khảnăng xử lý số thực lớn Tương tự như PLC, các trạm điều khiển DCS cũngcho phép lập trình và thay đổi chương trình một cách rất linh hoạt bằng cáccông cụ phần mềm mạnh Sản phẩm DCS đầu tiên là hệ TDC2000 do

Honeywell đưa ra vào năm 1975 Từ đó tới nay, các sản phẩm DCS liên tụcđược phát triển và tiến hoá, nhiều sản phẩm mới ra đời thậm chí không cònđược gắn cái tên DCS DCS là một giải pháp điều khiển phân tán, tuy nhiênkhông phải bất cứ giải pháp điều khiển phân tán nào cũng là DCS Ta hoàntoàn có thể xây dựng các hệ thống tự động hoá có cấu trúc phân tán dựa trênnền DCS, PLC, IPC… Cũng phải nói rằng, đôi khi cũng khó có sự phân biệtrạch ròi giữa các loại thiết bị điều khiển nói trên Ví dụ, một giải pháp DCS

có thể sử dụng PLC (PLC-based DCS) hoặc IPC (PC-based DCS) cho cáctrạm điều khiển của nó Do có sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ máy

tính, các thiết bị điều khiển ngày càng giống nhau hơn về bản chất Một kháiniệm được dùng rộng rãi gần đây là hệ điều khiển lai (hybrid control system),trong đó mỗi trạm điều khiển có thể mang dáng dấp của một DCS kinh điển,một PLC hoặc một IPC hiện đại Sự phát triển các giải pháp điều khiển đươngnhiên cũng không chỉ dừng ở đó Xu thế sử dụng bus trường và các thiết bịtrường thông minh tích hợp chức năng điều khiển cơ sở đã tạo ra các giảipháp điều khiển hoàn toàn mới Và khi không biết phải gọi tên giải pháp đóchính xác là gì, người ta sẽ dùng các khái niệm chung chung như hệ thống tựđộng hoá quá trình (Process Automation System), hệ thống tự động hoá xínghiệp (Factory Automation System) hoặc hệ thống tự động hoá kỹ thuật số(Digital Automation System) thống điều khiển quá trình:

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển bằng DCS YOKOGAWA Hệ

SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition là một hệ thốngđiều khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗtrợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điềukhiển tự động thông thường Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệSCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diệnngười – máy (HMI – Human Machine Interface)

Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quantrọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người tacũng cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vậnhành ở cấp điều khiển cục bộ Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên cácmàn hình vận hành (OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel),

Hình 1.3 Hệ thống điều khiển bằng SCADA

Multi Panel chuyên dụng được sử dụng nhiều và chiếm vai trò quantrọng hơn.Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống thì nó là một

hệ thống mạng và thiết bị có nhiệm vụ thuần tuý là thu thập dữ liệu từ cáctrạm ở xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý Trong các hệ thống nhưvậy thì hệ truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quantâm nhiều hơn Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ

lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xâydựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện vàcác giải pháp tích hợp hệ thống Hệ điều khiển lai (SCADA và DCS) :

Xuất phát từ nhu cầu các ứng dụng công nghiệp và xu hướng làm giảmchi phí cho các hệ thống điều khiển, gần đây các nhà cung cấp đã cho ra đời

hệ thống điều khiển mới gọi là hệ thống điều khiển lai (Hybrid ControlSystem)

Do ra đời sau, kế thừa nền tảng công nghệ của cả PLC và DCS nên cảhai hệ lai là sự pha trộn PLC và DCS Hai hệ lai có khả năng thực hiện đượccác quá trình liên tục và gián đoạn, có khả năng quản lý được khoảng 10000ngõ vào/ra.Hệ thống lai có các thiết bị nhỏ hơn các hệ DCS thương phẩmnhưng tận dụng các ưu điểm thiết kế của hệ DCS thương phẩm.Các hệ laicung cấp việc sử dụng công nghệ Bus bao gồm Foundation Fieldbbus, AS-i,Profibus và Device Net.Các hệ lai thường hỗ trợ các chuẩn mực OPC (OLEfor Process Control), XML và ODBC.Chúng cũng có rất ưu thế trong việctích hợp hệ thống lập kế hoạch cho doanh nghiệp các cấp thiết bị như điệnthoại không dây, máy nhắn tin và PDA

Hầu hết các hệ lai đều được trang bị các chức năng điều khiển theo mẻtheo khối và điều khiển giám sát Ngoài ra, các công cụ hỗ trợ phát triển ứngdụng với nhiều chức năng, giao diện thân thiện, ngôn ngữ lập trình bậc cao đãđược chuẩn hóa giúp cho các kỹ sư xây dựng phát triển một ứng dụng dễdàng và nhanh chóng hơn

Hạn chế của ứng dụng điều khiển lai là do các thiết bị điều khiển nhỏdẫn tới lưu lượng truyền thông lớn và nó sẽ hạn chế số lượng điểm vào ra, đặcbiệt khi hệ thống đòi hỏi chu trình điều khiển nhỏ Với khả năng mở rộng dữliệu hạn chế, các hệ thống lai cũng không đủ phục vụ cho các ứng dụng lớn.Một số hệ điều khiển lai có thể kể ra như: Delta V (Fisher-rosemount),Plantcape (Holley well), Micro I/A (Foxboro), Simatic PCS7 (Siemens),stardom (Yokogawa), Inductrial IT (ABB)

2.2.Chức năng hệ thống

Hình 1.4 Hệ thống điều khiển bằng FCS

Hệ điều khiển FCS (Field control system) là hệ đều khiển cao cấp sửdụng các bus trường xử lý các tín hiệu thông minh.Khi sử dụng hệ điều khiểnFCS có thể tiết kiệm vật liệu công suất lắp đặt và nâng cao hiệu năng độ tincậy của hệ thống nhờ điều khiển tại chổ giảm tải bus

Hình 1.5 Hệ thống điều khiển bằng FCS

Ngoài ra trong công nghiệp còn có hệ điều khiển giám sát cục bộ, hệthống điều khiển giám sát trung tâm phẳng và phân cấp

Hình 1.6 Điều khiển giám sát cục bộ

Hình 1.7 Điều khiển giám sát trung tâm phẳng

Hình 1.8 Điều khiển giám sát trung tâm phân cấp

Thiết bị điều khiển khả trình:

Thiết bị khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bịđiều khiển logic có khả năng lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt cáclệnh điều khiển logic thông qua ngôn ngữ lập trình.Các PLC đầu tiên xuấthiện vào năm 1968, là hệ thống đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặpnhiều khó khăn trong việc vận hành.Vì vậy các nhà thiết kế đã từng bước cảitiến chúng gọn nhẹ, dễ vận hành hơn Tuy nhiên việc lập trình cho hệ thốngcòn khó khăn do lúc này không có các thiết bị ngoại vi hỗ trợ cho công việclập trình.Các PLC hiện nay đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu của người sử dụng, từkích thước gọn nhẹ, kết nối lập trình đơn giản, cho đến khả năng điều khiển

đa dạng

3 Mô hình kết nối hệ thống mở

Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model, viết ngắn là SI Model hoặc OSI Reference Model) - tạm dịch là Mô hình tham

chiếu kết nối các hệ thống mở - là một thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lýgiải một cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính

và thiết kế giao thức mạng giữa chúng Mô hình này được phát triển thành một phần trong kế hoạch Kết nối các hệ thống mở (Open Systems

Interconnection) do ISO và IUT-T khởi xướng Nó còn được gọi là Mô hình bảy tầng của OSI

3.1 Mô hình hệ thống mở:

Mô hình OSI mô tả phương thức truyền tin từ các chương trình ứng dụng của một hệ thống máy tính đến các chương trình ứng dụng của một hệ thống khác thông qua các phương tiện truyền thông vật lý Thông tin từ một ứng dụng trên hệ thống máy tính A sẽ đi xuống các lớp thấp hơn, cuối cùng qua các thiết bị vật lý đến hệ thống máy tính B Sau đó ở hệ thống B, thông tin sẽ đi từ lớp thấp nhất đến cao nhất - chính là ứng dụng của hệ thống máy tính B Như vậy mỗi lớp trong hai hệ thống máy tính A, B đều truyền thông với nhau qua một giao thức (Protocol) nào đó

Mô hình OSI gồm có 7 lớp: Lớp ứng dụng, lớp biểu diễn dữ liệu, lớp kiểm soát nối, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý Sau đây là mô tả các lớp trong mô hình OSI

Hình 1.9 Mô hình hệ thống mở

3.2 Chức năng các lớp

Tầng 1: Vật lý (Physical)

Tầng vật lý (Physical layer) là tầng dưới cùng của mô hình OSI là Nó

mô tả các đặc trưng vật lý của mạng: Các loại cáp được dùng để nối các thiết

bị, các loại đầu nối được dùng , các dây cáp có thể dài bao nhiêu v.v Mặtkhác các tầng vật lý cung cấp các đặc trưng điện của các tín hiệu được dùng

để khi chuyển dữ liệu trên cáp từ một máy này đến một máy khác của mạng,

kỹ thuật nối mạch điện, tốc độ cáp truyền dẫn

Tầng vật lý không qui định một ý nghĩa nào cho các tín hiệu đó ngoàicác giá trị nhị phân 0 và 1 Ở các tầng cao hơn của mô hình OSI ý nghĩa củacác bit được truyền ở tầng vật lý sẽ được xác định

Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10 baseT định rõ các đặc

trưng điện của cáp xoắn đôi, kích thước và dạng của các đầu nối, độ dài tối đacủa cáp…

Khác với các tầng khác, tầng vật lý là không có gói tin riêng và do vậykhông có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển, dữ liệu được truyền đitheo dòng bit Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quyđịnh về phương thức truyền (đồng bộ, phi đồng bộ), tốc độ truyền…

Các giao thức được xây dựng cho tầng vật lý được phân chia thànhphân chia thành hai loại giao thức sử dụng phương thức truyền thông dị bộ(asynchronous) và phương thức truyền thông đồng bộ (synchronous)

- Phương thức truyền dị bộ: không có một tín hiệu quy định cho sự

đồng bộ giữa các bit giữa máy gửi và máy nhận, trong quá trình gửi tín hiệumáy gửi sử dụng các bit đặc biệt START và STOP được dùng để tách các xâubit biểu diễn các ký tự trong dòng dữ liệu cần truyền đi Nó cho phép một ký

tự được truyền đi bất kỳ lúc nào mà không cần quan tâm đến các tín hiệuđồng bộ trước đó

- Phương thức truyền đồng bộ: sử dụng phương thức truyền cần có

đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận, nó chèn các ký tự đặc biệt như SYN(Synchronization), EOT (End Of Transmission) hay đơn giản hơn, một cái

"cờ " (flag) giữa các dữ liệu của máy gửi để báo hiệu cho máy nhận biết được

dữ liệu đang đến hoặc đã đến

Tầng 2: Liên kết dữ liệu (Data link)

Tầng liên kết dữ liệu (data link layer) là tầng mà ở đó ý nghĩa được gáncho các bít được truyền trên mạng Tầng liên kết dữ liệu phải quy định đượccác dạng thức, kích thước, địa chỉ máy gửi và nhận của mỗi gói tin được gửiđi.Nó phải xác định cơ chế truy nhập thông tin trên mạng và phương tiện gửimỗi gói tin sao cho nó được đưa đến cho người nhận đã định

Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức liên kết dựa trên cách kết nốicác máy tính, đó là phương thức "một điểm - một điểm" và phương thức "mộtđiểm - nhiều điểm".Với phương thức "một điểm - một điểm" các đườngtruyền riêng biệt được thiết lâp để nối các cặp máy tính lại với nhau Phươngthức "một điểm - nhiều điểm " tất cả các máy phân chia chung một đườngtruyền vật lý.Các đường truyền kết nối kiểu "một điểm - một điểm" và "mộtđiểm - nhiều điểm"

Hình 1.10 Các kiểu liên kết dữ liệu

Tầng liên kết dữ liệu cũng cung cấp cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản đểđảm bảo cho dữ liệu nhận được giống hoàn toàn với dữ liệu gửi đi.Nếu mộtgói tin có lỗi không sửa được, tầng liên kết dữ liệu phải chỉ ra được cáchthông báo cho nơi gửi biết gói tin đó có lỗi để nó gửi lại

Các giao thức tầng liên kết dữ liệu chia làm 2 loại chính là các giaothức hướng ký tư và các giao thức hướng bit Các giao thức hướng ký tự đượcxây dựng dựa trên các ký tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn nào đó (nhưASCII hay EBCDIC), trong khi đó các giao thức hướng bit lại dùng các cấu

trúc nhị phân (xâu bit) để xây dựng các phần tử của giao thức (đơn vị dữ liệu,các thủ tục…) và khi nhận, dữ liệu sẽ được tiếp nhận lần lượt từng bit một.

Tầng 3: Mạng (Network)

Tầng mạng (network layer) nhắm đến việc kết nối các mạng với nhaubằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin từ một mạng này đến mộtmạng khác.Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trongmạng, các gói này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đíchcuối cùng.Nó luôn tìm các tuyến truyền thông không tắc nghẽn để đưa các góitin đến đích

Tầng mạng cung các các phương tiện để truyền các gói tin qua mạng,thậm chí qua một mạng của mạng (network of network).Bởi vậy nó cần phảiđáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạngkhác nhau.hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là chọn đường (routing) vàchuyển tiếp (relaying) Tầng mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loạimạng khác nhau như mạng Ethernet với mạng Token Ring khi đó phải dùngmột bộ tìm đường (quy định bởi tầng mạng) để chuyển các gói tin từ mạngnày sang mạng khác và ngược lại

Đối với một mạng chuyển mạch gói (packet - switched network) - gồmtập hợp các nút chuyển mạch gói nối với nhau bởi các liên kết dữ liệu Cácgói dữ liệu được truyền từ một hệ thống mở tới một hệ thống mở khác trênmạng phải được chuyển qua một chuỗi các nút.Mỗi nút nhận gói dữ liệu từmột đường vào (incoming link) rồi chuyển tiếp nó tới một đường ra (outgoinglink) hướng đến đích của dữ liệu.Như vậy ở mỗi nút trung gian nó phải thựchiện các chức năng chọn đường và chuyển tiếp

Việc chọn đường là sự lựa chọn một con đường để truyền một đơn vị dữliệu (một gói tin chẳng hạn) từ trạm nguồn tới trạm đích của nó Một kỹ thuậtchọn đường phải thực hiện hai chức năng chính sau đây:

- Quyết định chọn đường tối ưu dựa trên các thông tin đã có về mạng tạithời điểm đó thông qua những tiêu chuẩn tối ưu nhất định

- Cập nhật các thông tin về mạng, tức là thông tin dùng cho việc chọnđường, trên mạng luôn có sự thay đổi thường xuyên nên việc cập nhật làviệc cần thiết.

Hình 1.11.Mô hình chuyển vận các gói tin trong mạng chuyễn mạch gói

Người ta có hai phương thức đáp ứng cho việc chọn đường là phương thức xử lý tập trung và xử lý tại chỗ

- Phương thức chọn đường xử lý tập trung được đặc trưng bởi sự tồn tại

của một (hoặc vài) trung tâm điều khiển mạng, chúng thực hiện việc lập

ra các bảng đường đi tại từng thời điểm cho các nút và sau đó gửi cácbảng chọn đường tới từng nút dọc theo con đường đã được chọn đó.Thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ cần cậpnhập và được cất giữ tại trung tâm điều khiển mạng

- Phương thức chọn đường xử lý tại chỗ được đặc trưng bởi việc chọn

đường được thực hiện tại mỗi nút của mạng Trong từng thời điểm, mỗinút phải duy trì các thông tin của mạng và tự xây dựng bảng chọn đườngcho mình Như vậy các thông tin tổng thể của mạng cần dùng cho việcchọn đường cần cập nhập và được cất giữ tại mỗi nút

Thông thường các thông tin được đo lường và sử dụng cho việc chọn đường bao gồm:

- Trạng thái của đường truyền.

- Thời gian trễ khi truyền trên mỗi đường dẫn

- Mức độ lưu thông trên mỗi đường

- Các tài nguyên khả dụng của mạng

Khi có sự thay đổi trên mạng (ví dụ thay đổi về cấu trúc của mạng do sự

cố tại một vài nút, phục hồi của một nút mạng, nối thêm một nút mới hoặc thay đổi về mức độ lưu thông) các thông tin trên cần được cập nhật vào các

cơ sở dữ liệu về trạng thái của mạng

Hiện nay khi nhu cầu truyền thông đa phương tiện (tích hợp dữ liệu văn bản, đồ hoạ, hình ảnh, âm thanh) ngày càng phát triển đòi hỏi các công nghệ truyền dẫn tốc độ cao nên việc phát triển các hệ thống chọn đường tốc độ cao đang rất được quan tâm

Tầng 4: Vận chuyển (Transport)

Tầng vận chuyển cung cấp các chức năng cần thiết giữa tầng mạng và các tầng trên.nó là tầng cao nhất có liên quan đến các giao thức trao đổi dữ liệu giữa các hệ thống mở Nó cùng các tầng dưới cung cấp cho người sử dụng các phục vụ vận chuyển

Tầng vận chuyển (transport layer) là tầng cơ sở mà ở đó một máy tính của mạng chia sẻ thông tin với một máy khác.Tầng vận chuyển đồng nhất mỗi trạm bằng một địa chỉ duy nhất và quản lý sự kết nối giữa các trạm.Tầng vận chuyển cũng chia các gói tin lớn thành các gói tin nhỏ hơn trước khi gửi

đi Thông thường tầng vận chuyển đánh số các gói tin và đảm bảo chúng chuyển theo đúng thứ tự

Tầng vận chuyển là tầng cuối cùng chịu trách nhiệm về mức độ an toàntrong truyền dữ liệu nên giao thức tầng vận chuyển phụ thuộc rất nhiều vào bản chất của tầng mạng Người ta chia giao thức tầng mạng thành các loại sau:

- Mạng loại A: Có tỷ suất lỗi và sự cố có báo hiệu chấp nhận được (tức

là chất lượng chấp nhận được) Các gói tin được giả thiết là không bị mất

Tầng vận chuyển không cần cung cấp các dịch vụ phục hồi hoặc sắp xếp thứ

tự lại

- Mạng loại B: Có tỷ suất lỗi chấp nhận được nhưng tỷ suất sự cố cóbáo hiệu lại không chấp nhận được Tầng giao vận phải có khả năng phục hồilại khi xẩy ra sự cố

- Mạng loại C: Có tỷ suất lỗi không chấp nhận được (không tin cậy)hay là giao thức không liên kết Tầng giao vận phải có khả năng phục hồi lạikhi xảy ra lỗi và sắp xếp lại thứ tự các gói tin

Trên cơ sở loại giao thức tầng mạng chúng ta có 5 lớp giao thức tầng vận chuyển đó là:

- Giao thức lớp 0 (Simple Class - lớp đơn giản): cung cấp các khả năng

rất đơn giản để thiết lập liên kết, truyền dữ liệu và hủy bỏ liên kết trên mạng

"có liên kết" loại A Nó có khả năng phát hiện và báo hiệu các lỗi nhưngkhông có khả năng phục hồi

- Giao thức lớp 1 (Basic Error Recovery Class - Lớp phục hồi lỗi cơ bản) dùng với các loại mạng B, ở đây các gói tin (TPDU) được đánh số.

Ngoài ra giao thức còn có khả năng báo nhận cho nơi gửi và truyền dữ liệukhẩn So với giao thức lớp 0 giao thức lớp 1 có thêm khả năng phục hồi lỗi

- Giao thức lớp 2 (Multiplexing Class - lớp dồn kênh) là một cải tiến

của lớp 0 cho phép dồn một số liên kết chuyển vận vào một liên kết mạngduy nhất, đồng thời có thể kiểm soát luồng dữ liệu để tránh tắc nghẽn Giaothức lớp 2 không có khả năng phát hiện và phục hồi lỗi Do vậy nó cần đặttrên một tầng mạng loại A

- Giao thức lớp 3 (Error Recovery and Multiplexing Class - lớp phục hồi lỗi cơ bản và dồn kênh) là sự mở rộng giao thức lớp 2 với khả năng phát

hiện và phục hồi lỗi, nó cần đặt trên một tầng mạng loại B

- Giao thức lớp 4 (Error Detection and Recovery Class - Lớp phát hiện

và phục hồi lỗi) là lớp có hầu hết các chức năng của các lớp trước và còn bổ

sung thêm một số khả năng khác để kiểm soát việc truyền dữ liệu

Tầng 5: Giao dịch (Session)

Tầng giao dịch (session layer) thiết lập "các giao dịch" giữa các trạm trên mạng, nó đặt tên nhất quán cho mọi thành phần muốn đối thoại với nhau

và lập ánh xa giữa các tên với địa chỉ của chúng Một giao dịch phải được thiết lập trước khi dữ liệu được truyền trên mạng, tầng giao dịch đảm bảo chocác giao dịch được thiết lập và duy trì theo đúng qui định

Tầng giao dịch còn cung cấp cho người sử dụng các chức năng cần thiết

để quản trị các giao dịnh ứng dụng của họ, cụ thể là:

- Điều phối việc trao đổi dữ liệu giữa các ứng dụng bằng cách thiết lập

và giải phóng (một cách lôgic) các phiên (hay còn gọi là các hội thoạidialogues)

- Cung cấp các điểm đồng bộ để kiểm soát việc trao đổi dữ liệu

Áp đặt các qui tắc cho các tương tác giữa các ứng dụng của người sửdụng

- Cung cấp cơ chế "lấy lượt" (nắm quyền) trong quá trình trao đổi dữliệu Trong trường hợp mạng là hai chiều luân phiên thì nẩy sinh vấn đề:hai người sử dụng luân phiên phải "lấy lượt" để truyền dữ liệu Tầnggiao dịch duy trì tương tác luân phiên bằng cách báo cho mỗi người sửdụng khi đến lượt họ được truyền dữ liệu Vấn đề đồng bộ hóa trong tầnggiao dịch cũng được thực hiện như cơ chế kiểm tra/phục hồi, dịch vụ nàycho phép người sử dụng xác định các điểm đồng bộ hóa trong dòng dữliệu đang chuyển vận và khi cần thiết có thể khôi phục việc hội thoại bắtđầu từ một trong các điểm đó Ở một thời điểm chỉ có một người sử dụng

đó quyền đặc biệt được gọi các dịch vụ nhất định của tầng giao dịch,việc phân bổ các quyền này thông qua trao đổi thẻ bài (token) Ví dụ: Ai

có được token sẽ có quyền truyền dữ liệu, và khi người giữ token traotoken cho người khác thi cũng có nghĩa trao quyền truyền dữ liệu chongười đó Tầng giao dịch có các hàm cơ bản sau:

- Give Token cho phép người sử dụng chuyển một token cho một người

sử dụng khác của một liên kết giao dịch

- Please Token cho phép một người sử dụng chưa có token có thể yêu

Tầng trình bày cũng có thể được dùng kĩ thuật mã hóa để xáo trộn các

dữ liệu trước khi được truyền đi và giải mã ở đầu đến để bảo mật.Ngoài ratầng biểu diễn cũng có thể dùng các kĩ thuật nén sao cho chỉ cần một ít byte

dữ liệu để thể hiện thông tin khi nó được truyền ở trên mạng, ở đầu nhận,tầng trình bày bung trở lại để được dữ liệu ban đầu

Tầng 7: Ứng dụng (Application)

Tầng ứng dụng (Application layer) là tầng cao nhất của mô hình OSI,

nó xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI và giải quyếtcác kỹ thuật mà các chương trình ứng dụng dùng để giao tiếp với mạng

Để cung cấp phương tiện truy nhập môi trường OSI cho các tiến trình ứngdụng, Người ta thiết lập các thực thể ứng dụng (AE), các thực thể ứng dụng

sẽ gọi đến các phần tử dịch vụ ứng dụng (Application Service Element - viếttắt là ASE) của chúng.Mỗi thực thể ứng dụng có thể gồm một hoặc nhiều cácphần tử dịch vụ ứng dụng Các phần tử dịch vụ ứng dụng được phối hợp trongmôi trường của thực thể ứng dụng thông qua các liên kết (association) gọi làđối tượng liên kết đơn (Single Association Object - viết tắt là SAO) SAO

điều khiển việc truyền thông trong suốt vòng đời của liên kết đó cho phéptuần tự hóa các sự kiện đến từ các ASE thành tố của nó.

Khi dữ liệu đươc chuyển qua mỗi tầng ở bên nhận, tiêu đề được loại bỏlần lượt

Khi việc truyền dữ liệu được thực hiện xong, kênh truyền thông đượcđóng lại (kết nối bị ngắt)

Các tài nguyên truyền thông được giải phóng và quá trình xử lý đượchoàn thành

Các tiêu đề được thêm vào bởi tầng (N) được gọi là tầng thông tin điềukhiển giao thức PCI tầng (N), và dữ liệu của người dùng tầng (N) được gọi làđơn vị dữ liệu dịch vụ SDU tầng (N) Dữ liệu gộp cả hai phần được gọi PDUtầng (N) (đơn vị dữ liệu giao thức) Có nghĩa PDU tầng (N) được hỗ trợ bởiSDU tầng (N-1)

Foundation Fieldbus, ta có thể kết nối trong cùng một hệ thống điều khiển cácthiết bị điều khiển, đo lường và chấp hành của nhiều nhà sản xuất khác nhaumột cách dễ dàng.

Hình 1.14 Hình chuẩn truyền thông Ethernet Profibus:

PROFIBUS (Process Field Bus) là kết quả của dự án nghiên cứu của 13công ty và 5 viện nghiên cứu do bộ công nghệ và nghiên cứu chlb Đức chủ trìnăm 1987 Mục tiêu của dự án là phát triển một mạng truyền thông kỹ thuật

số để thay thế cho truyền thông tương tự (Analog) 4-20mA trong điều khiểnquá trình công nghiệp PROFIBUS sử dụng phương pháp điều khiển truynhập Bus thẻ bài và truyền thông theo kiểu Master-Slave PROFIBUS sửdụng môi trường truyền dẫn là cáp xoắn hoặc cáp quang, có thể kết nối 124nút mạng trong một phân đoạn mạng, tốc độ tối đa là 12Mbps PROFIBUS cónhiều phiên bản như PROFIBUS-PA, PROFIBUS-FMS, PROFINET vàPROFIBUS-DP nhưng phiên bản sử dụng trong điều khiển phổ biến làPROFIBUS-DP

Hình 1.15 Hình chuẩn truyền thông PROFIBUS D

5.3 Modbus:

Modbus là một trong những giao thức trong hệ thống mạng côngnghiệp vì tính đơn giản và độ tin cậy của nó Modbus thực chất là giao thứcnằm ở lớp ứng dụng của mô hình OSI, do đó Frame truyền của Modbus cóthể truyền trên các chuẩn khác nhau như : RS232, RS422, RS485 và Ethernet

Trên những chuẩn truyền khác nhau mà ta có các loại :

Modbus serial : Bao gồm Modbus RTU và Modbus ASCII được truyềntrên các chuẩn truyền thông như : RS232, RS485, RSS422 Modbus TCP :truyền thông trên nền Ethernet