đề cương mạng truyền thông công nghiệp

đề cương mạng truyền thông công nghiệp

Bài 1: Giới thiệu tổng quan Giới thiệu: a.Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì?: - Mạng truyền thơng công nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống thơng số, truyền bít nối tiếp, sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến cho phép liên kết mạng nhiều mức khác nhau, từ cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý cơng ty Tuy nhiên mạng truyền thông công nghiệp không mạng máy tính khơng mạng viễn thơng Giữa chúng có số điểm chung vài điểm khác biệt sau: + Mạng viễn thơng có phạm vi địa lý số lượng thành viên tham gia lớn nhiều, nên yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thơng, tính thời gian thực …) khác, phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng) dải sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch, ) thường phức tạp nhiều so với mạng truyền thông công nghiệp + Đối tượng mạng viễn thông bao gồm người thiết bị kỹ thuật, cong người đóng vai trị chủ yếu Vì dạng thơng tin cần trao đổi bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn dư liệu Đối tượng mạng công nghiệp túy thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm liệu Mạng truyền thông công nghiệp thực chất dạng đặc biệt mạng máy tính, so sánh với mạng máy tính thơng thường điểm giống khác sau: + Kỹ thuật truyền thông số hay truyền liệu đặc trưng chung lĩnh vực + Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng cơng nghiệp coi phần( cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất quản lý công ty) mơ hình phân cáp mạng cơng nghiệp + u cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả tương thích mơi trường cơng nghiệp mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng máy tính thơng thường, mạng máy tính thường yêu cầu cao độ bảo mật, + Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhỏ mạng Lan cho nóm vài máy tính lớn mạng Internet Trong nhiều trường hợp mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền liệu mạng viễn thông Trong đó, hệ thống mạng cơng nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt cấp u cầu tính thời gian thực, khả thực đơn giản, giá thành hạ lại đặt hàng đầu b.Vai trò mạng truyền thông công nghiệp: Một điều khiển cần ghép nối với cảm biến cấu chấp hành Giữa điều khiển hệ thống điều khiển phân tán cần trao đổi thông tin với để phối hợp thực điều khiển trình sản xuất Ở cấp cao hơn, trạm vận hành trung tâm điều khiển cần ghép nối giao tiếp với điều khiển để theo dõi, giám sát tồn trình sản xuất hệ thống điều khiển Vậy sử dụng mạng truyền thông công nghiệp có lợi ích sau: - Đơn giản hóa cấu trúc liên kết thiết bị công nghiệp: số lượng lớn thiết bị thuộc chủng loại khác ghép nối với thông qua đường truyền - Tiết kiệm dây nối công thiết kế, lắp đặt hệ thống: nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng nhiều Một số lượng lớn cáp truyền thay đường nhất, giảm chi phí đáng kế cho nguyên vật liệu công lắp đặt - Nâng cao độ tin cậy độ xác thơng tin: Khi dung phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà thiết bị khơng có cách nhận biết Nhờ kỹ thuật truyền thơng số, khơng thơng tin truyền khó bị sai lệch mà thiết bị nối mạng có them khả tự phát lỗi chuẩn đốn lỗi có Hơn nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự số số tương tự nâng cao độ xác thơng tin - Nâng cao độ linh hoạt, tính mở hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều khiện cho việc sử dụng thiets bị nhiều hang khác Việc thay thiết bị, nâng cấp mở rộng phạm vi chức hệ thống dễ dàng nhiều Khả tương tác thành phần nâng cao nhờ giao diện chuẩn - Đơn giản hóa/ tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đốn, định vị lỗi, cố thiết bị: Với đường truyền nhất, thiết bị trao đổi liệu q trình mà cịn gửi cho liệu tham số, liệu trạng thái, liệu cảnh báo liệu chuẩn đoán Các thiết bị tích hợp khả tự chuẩn đốn, trạm mạng có khả cảnh giới lẫn Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị đưa vào vận hành thực từ xa qua trạm kỹ thuật trung tâm - Mở nhiều chức khả ứng dụng hệ thống: Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dung kiến trúc điều khiển điều khiển phân tán, điều khiển giám sát chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thơng tin hệ thống điều khiển giám sát với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty c.Phân loại đặc trưng hệ thống mạng truyền thông cơng nghiệp: Để phân loại phân tích đặc trưng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mơ hình phân cấp quen thuộc cho cơng ty, xí nghiệp sản xuất Mơ hình thể nhiều phân cấp khác Ta nhận thấy cấp chức mang tính chất địi hỏi u cầu cao độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức cấp thực dựa chức cấp khơng địi hỏi thời gian phản ứng nhanh lượng thông tin cần trao đổi xử lý lớn nhiều Tương ứng với năm cấp chức bốn cấp hệ thống truyền thông Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “bus” thường dùng thay cho “mạng” với lý phần lớn hệ thống mạng phía có cấu trúc vật lý logic kiểu bus Mơ hình phân cấp chức tiện lợi cho việc thiết kế hệ thống lựa chọn thiết bị Trong thực tế ứng dụng, phân cấp chức khác chút so với trình bày đây, tùy thuộc vào mức độ tự động hóa cấu trúc hệ thống cụ thể +Bus trường, bus thiết bị: Bus trường thực khái niệm chung dùng ngành công nghiệp chế biến để hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối thiết bị thuộc cấp điều khiển ( PC, PLC) với với thiết bị cấp chấp hành hay thiết bị trường Các chức cấp chấp hành đo lường, truyền động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Các thiết bị có khả nối mạng ngõ vào/ra phân tán, thiết bị đo lường cấu chấp hành có tích hợp khả sử lý truyền thơng Một số kiểu bus trường thích hợp nối mạng thiết bị cảm biến cấu chấp hành với điều khiển gọi bus chấp hành/cảm biên Do nhiệm vụ bus trường chuyển liệu trình lên cấp điều khiển để xử lý chuyển định điều khiển xuống cấu chấp hành, yêu cầu tính thời gian thực đặt lên hàng đầu Các hệ thống bus trường sử dụng rộng rãi là: FROFIBUS, CAN, Modbus, Internetbus gần phải kể tới: Foundation Fieldbus, AS-i +Bus hệ thống, bus điều khiển: Các hệ thống mạng công nghiệp dùng để kết nối máy tính điều khiển máy tính cấp điều khiển giám sát với gọi bus hệ thống hay bus trình Khái niệm sau thường dùng lĩnh vực điều khiển trình Qua bus hệ thống mà máy tính điều khiển phối hợp hoạt động, cung cấp liệu trình cho trạm kỹ thuật trạm quan sát ( gián tiếp thông qua hệ thống quản lý sở liệu trạm chủ) nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ trạm phí Thông tin trao đổi theo chiều dọc mà theo chiều ngang Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành trạm chủ trao đổi liệu qua bus hệ thống Ngoài máy in báo cáo lưu trữ liệu kết nối qua mạng Khái niệm bus trường bus hệ thống không bắt buộc nằm khác kiểu bus sử dụng mà mục đích sử dụng hay nói cách khác thiết bị ghép nối Trong số giải pháp, kiểu bus dung cho hai cấp Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà địi hỏi tính thời gian thực có đặt cách nghiêm ngặt hay không Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm khoảng vài trăm miligiây, lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn nhiều so với bus trường Tốc độ truyền thông tiêu biểu bus hệ thống nằm phạm vi từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s Khi bus hệ thống sử dụng để ghép nối theo chiều ngang máy tính điều khiển, người ta thường dung khái niệm bus điều khiển Vai trò bus điều khiển phục vụ trao đổi liệu thời gian thực trạm điều khiển hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiển thơng thường có tốc độ truyền khơng cao, u cầu tính thời gian thực thường khắc khe +Mạng xí nghiệp: Mạng xí nghiệp thực mạng LAN bình thường có chức kết nối máy tính văn phịng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Thông tin đưa lên bao gồm trạng thái làm việc trình kỹ thuật, giàn máy hệ thống điều khiển tự động, số liệu tính tốn, thống kê diễn biến qua trình sản xuất chất lượng sản phẩm Thơng tin theo chiều ngược lại thông số thiết kế, công thức điều khiển mệnh lệnh điều hành Ngồi ra, thơng tin trao đổi mạnh theo chiều ngang máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất Khác với hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp khơng u cầu nghiêm ngặt tính thời gian thực Việc trao đổi liệu thường diễn khơng định kỳ, có số lượng lớn tới hang Mbyte Hai loại mạng dung phổ biến cho mục đích Ethernet Token-Ring sở giao thức chuẩn TCP/IP IPX/SPX +Mạng công ty: Mạng công ty nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thơng công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng mạng công ty gần với mạng viễn thông mạng máy tính diện rộng nhiều phương diện phạm vi hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông yêu cầu kỹ thuật Chức mạng công ty kết nối máy tính văn phịng xí nghiệp, cung cấp dịch vụ kết nối máy tính văn phịng với xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội với khách hàng thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet thương mại điện tử, v v Hình thức tổ chức ghép nối mạng công nghệ áp dụng đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư xí nghiệp thực hệ thống mạng mặt vật lý chia thành nhiều phạm vi nhóm mạng làm việc riêng biệt Mạng cơng ty địi hỏi tốc độ truyền thơng độ an tồn tin cậy cao Các hệ thống thiết bị điều khiển đại: a.Hệ điều khiển phân tán (Distributed Control System, DCS): - DCS giải pháp điều khiển giám sát có cấu trúc phân cấp phân tán, cung cấp trọn gói từ nhà sản xuất, sử dụng chủ yếu ngành công nghiệp chế biến Trạm điều khiển hệ DCS máy tính chun dụng điều khiển q trình, có cấu trúc module, khả xử lý số thực lớn Tương tự PLC, trạm điều khiển DCS cho phép lập trình thay đổi chương trình cách linh hoạt công cụ phần mềm mạnh Sản phẩm DCS hệ TDC2000 Honeywell đưa vào năm 1975 Từ tới nay, sản phẩm DCS liên tục phát triển tiến hố, nhiều sản phẩm đời chí khơng gắn tên DCS DCS giải pháp điều khiển phân tán, nhiên giải pháp điều khiển phân tán DCS Ta hồn tồn xây dựng hệ thống tự động hố có cấu trúc phân tán dựa DCS, PLC, IPC… Cũng phải nói rằng, đơi khó có phân biệt rạch rịi loại thiết bị điều khiển nói Ví dụ, giải pháp DCS sử dụng PLC (PLC-based DCS) IPC (PC-based DCS) cho trạm điều khiển Do có phát triển mạnh mẽ cơng nghệ máy tính, thiết bị điều khiển ngày giống chất Một khái niệm dùng rộng rãi gần hệ điều khiển lai (hybrid control system), trạm điều khiển mang dáng dấp DCS kinh điển, PLC IPC đại Sự phát triển giải pháp điều khiển đương nhiên không dừng Xu sử dụng bus trường thiết bị trường thơng minh tích hợp chức điều khiển sở tạo giải pháp điều khiển hồn tồn Và khơng biết phải gọi tên giải pháp xác gì, người ta dùng khái niệm chung chung hệ thống tự động hố q trình (Process Automation System), hệ thống tự động hố xí nghiệp (Factory Automation System) hệ thống tự động hoá kỹ thuật số (Digital Automation System) b Hệ thống điều khiển trình: - SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition hệ thống điều khiển giám sát thu thập liệu, nói cách khác hệ thống hỗ trợ người việc giám sát điều khiển từ xa, cấp cao hệ điều khiển tự động thông thường Để điều khiển giám sát từ xa hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải liệu hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface) Trong hệ thống điều khiển giám sát HMI thành phần quan trọng không cấp điều khiển giám sát mà cấp thấp người ta cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát thao tác vận hành cấp điều khiển cục Vì lý giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên hình vận hành (OP – Operator Panel), hình sờ (TP – Touch Panel), Multi Panel … chuyên dụng sử dụng nhiều chiếm vai trị quan trọng Nếu nhìn nhận SCADA theo quan điểm truyền thống hệ thống mạng thiết bị có nhiệm vụ tuý thu thập liệu từ trạm xa truyền tải khu trung tâm để xử lý Trong hệ thống hệ truyền thơng phần cứng đặt lên hàng đầu cần quan tâm nhiều Trong năm gần tiến vượt bậc công nghệ truyền thông công nghiệp công nghệ phần mềm công nghiệp đem lại nhiều khả giải pháp nên trọng tâm công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện giải pháp tích hợp hệ thống c Hệ điều khiển lai: - Xuất phát từ nhu cầu ứng dụng công nghiệp xu hướng làm giảm chi phí cho hệ thống điều khiển, gần nhà cung cấp cho đời hệ thống điều khiển gọi hệ thống điều khiển lai (Hybrid Control System) Do đời sau, kế thừa tảng công nghệ PLC DCS nên hai hệ lai pha trộn PLC DCS Hai hệ lai có khả thực trình liên tục gián đoạn, có khả quản lý khoảng 10000 ngõ vào/ra Hệ thống lai có thiết bị nhỏ hệ DCS thương phẩm tận dụng ưu điểm thiết kế hệ DCS thương phẩm Các hệ lai cung cấp việc sử dụng công nghệ Bus bao gồm Foundation Fieldbbus, AS-i, Profibus Device Net Các hệ lai thường hỗ trợ chuẩn mực OPC (OLE for Process Control), XML ODBC Chúng có ưu việc tích hợp hệ thống lập kế hoạch cho doanh nghiệp cấp thiết bị điện thoại không dây, máy nhắn tin PDA Hầu hết hệ lai trang bị chức điều khiển theo mẻ theo khối điều khiển giám sát Ngoài ra, công cụ hỗ trợ phát triển ứng dụng với nhiều chức năng, giao diện thân thiện, ngôn ngữ lập trình bậc cao chuẩn hóa giúp cho kỹ sư xây dựng phát triển ứng dụng dễ dàng nhanh chóng Hạn chế ứng dụng điều khiển lai thiết bị điều khiển nhỏ dẫn tới lưu lượng truyền thông lớn hạn chế số lượng điểm vào ra, đặc biệt hệ thống địi hỏi chu trình điều khiển nhỏ Với khả mở rộng liệu hạn chế, hệ thống lai không đủ phục vụ cho ứng dụng lớn Một số hệ điều khiển lai kể như: Delta V (Fisher-rosemount), Plantcape (Holley well), Micro I/A (Foxboro), Simatic PCS7 (Siemens), stardom (Yokogawa), Inductrial IT (ABB) Mơ hình kết nối hệ thống mở (OSI) -Mơ hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model, viết ngắn OSI Model OSI Reference Model) - tạm dịch Mơ hình tham chiếu kết nối hệ thống mở - thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông máy vi tính thiết kế giao thức mạng chúng Mơ hình phát triển thành phần kế hoạch Kết nối hệ thống mở gọi Mô hình bảy tầng OSI Tầng : Tầng vật lý ( Physical Layer) : Điều khiển việc truyền tải thật bit đường truyền vật lý Nó định nghĩa tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, phương pháp mã hóa liệu, loại đầu nối sử dụng Tầng 2: Tầng liên kết liệu (Data-Link Layer) Đảm bảo truyền tải khung liệu (frame) hai máy tính có đường truyền vật lý nối trực tiếp với Nó cài đặt chế phát xử lý lỗi liệu nhận Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer) Đảm bảo gói tin liệu (Packet) truyền từ máy tính đến máy tính cho dù khơng có đường truyền vật lý trực tiếp chúng Nó nhận nhiệm vụ tìm đường cho liệu đến đích khác mạng Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer) Đảm bảo truyền tải liệu trình Dữ liệu gởi đảm bảo khơng có lỗi, theo trình tự, khơng bị mát, trùng lắp Đối với gói tin có kích thước lớn, tầng phân chia chúng thành phần nhỏ trước gởi đi, tập hợp lại chúng nhận Tầng 5: Tầng giao dịch (Session Layer) Cho phép ứng dụng thiết lập, sử dụng xóa kênh giao tiếp chúng (được gọi giao dịch) Nó cung cấp chế cho việc nhận biết tên chức bảo mật thông tin truyền qua mạng Tầng 6: Tầng trình bày (Presentation Layer) Đảm bảo máy tính có kiểu định dạng liệu khác trao đổi thơng tin cho Thơng thường mày tính thống với kiểu định dạng liệu trung gian để trao đổi thông tin máy tính Một liệu cần gởi tầng trình bày chuyển sang định dạng trung gian trước truyền lên mạng Ngược lại, nhận liệu từ mạng, tầng trình bày chuyển liệu sang định dạng riêng Tầng 7: Tầng ứng dụng (Application Layer) Cung cấp ứng dụng truy xuất đến dịch vụ mạng Nó bao gồm ứng dụng người dùng, ví dụ Web Browser, Mail User Agent hay chương trình làm server cung cấp dịch vụ mạng Web Server, FTP Server, Mail server 4.Các thủ tục truyền thụng -Lựa chọn kiến trúc điều khiển: Điều khiển tập trung, điều khiển phân tán, điều khiển phân tán trờng -Lựa chọn giải pháp mạng: Lựa chọn giải pháp mạng phụ thuộc vào giải pháp hệ thèng, song thùc tÕ vÉn cã thĨ cã mét vµi lùa chän Th«ng thêng ta cã thĨ lùa chän mét tổ hợp giải pháp bus hệ thống bus trờng ¨n ý víi -Lùa chän c¬ chÕ giao tiÕp: Cơ chế hỏi đáp tuần tự, vào tuần hoàn hay không, chào hàng/đặt hàng, lập lịch hay không, vào theo kiện thông báo theo yêu cầu -Lựa chọn thiết bị: Đánh giá hiệu suất làm việc thiết bị sở thời gian cập nhật liệu vào ra, hiệu suất thực thuật toán điều khiển Khảo sát đặc tính truyền thông thiết bị nh tốc độ truyền, chế giao tiÕp, kiĨu giao tiÕp -ThiÕt kÕ cÊu tróc m¹ng: Sử dụng cấu trúc thích hợp nh đờng trục, đờng nhánh, mạch vòng đảm bảo yêu cầu số trạm, tốc độ khoảng cách truyền -Chọn cấu hình nguồn cho mạng: Đánh giá tính toán công suất nguồn cho phù hợp với số trạm, kiểu thiết bị cáp nối/ nối nh thoả mÃn yêu cầu chống nhiễu, cháy nổ -Đặt cấu hình mạng: Sử dụng máy tính với phần mềm cấu hình mạng, công cụ cấu hình chuyên dụng, công tắc chốt thiết bị để đặt địa chỉ, tốc độ truyền, quan hƯ giao tiÕp Các chuẩn truyền thơng Foudation Fieldbus - Foundation fielbus phát triển tổ chức Foundation Fieldbus, tổ chức phi lởi nhuận với số thành viên trăm công ty hoạt động lĩnh vực tự động hóa tồn giới Foundation Fielbus ban đầu phát hành với hai cấp độ, 31.25kbps 1Mbps Các hệ thống cao 2.5Mbps, chủ yếu dùng thay cho đường truyền kỹ thuật tương tự 4-200mA phân đoạn hỗ trợ tối đa 32 thiết bị Ở cấp tốc độ cao hơn, Foundation Fieldbus phát triển mạng enthernet sử dụng switch gọi fieldbus HSE (High speech switch Enthernet) Fieldbus HSE chủ yêu sử dụng để sử dụng để liên kết phân loại mạng Fieldbus để tạo thành hệ thống lớn nhưn ngày có nhữn thiết bị phát triển để kết nối trực tiếp vào Fieldbus HSE Foundation fieldbus trở thành chuẩn quốc tế xu hướng phát triển hệ thống tự động hóa sử dụng Foundation Fieldbus nhằm nâng cao khả tích hợp Với việc sử dụng Foundation Fieldbus, ta kết nối hệ thống điều khiển thiết bị điều khiển, đo lường chấp hành nhiều nhà sản xuất khác cách dễ dàng Ethernet: - Ethernet phát triển trung tâm nghiên cứu Palo Alto (PARC) thuộc tập đoàn Xerox (Mỹ) phát triển năm 70 kỷ 20 Ethernet sử dụng phương pháp truy cập mạng CSMA/CD Có nhiều giao thức mạng phát triển Ethernet phổ biến TCP (Transport Control Protocol) Ethernet công nghiệp (Industrial Ethernet) Ethernet công nghiệp phát triển theo hướng tận dụng ưu điểm Ethernet tốc độ cao, giá thành thấp, dễ thực dễ khắc phục nhược điểm khơng đáp ứng u cầu thời gian thực tính dự phịng Profibus: - PROFIBUS (Process Field Bus) kết dự án nghiên cứu 13 công ty viện nghiên cứu công nghệ nghiên cứu chlb Đức chủ trì năm 1987 Mục tiêu dự án phát triển mạng truyền thông kỹ thuật số để thay cho truyền thông tương tự (Analog) 4-20mA điều khiển q trình cơng nghiệp PROFIBUS sử dụng phương pháp điều khiển truy nhập Bus thẻ truyền thông theo kiểu Master-Slave PROFIBUS sử dụng môi trường truyền dẫn cáp xoắn cáp quang, kết nối 124 nút mạng phân đoạn mạng, tốc độ tối đa 12Mbps PROFIBUS có nhiều phiên PROFIBUS-PA, PROFIBUS-FMS, PROFINET PROFIBUS-DP phiên sử dụng điều khiển phổ biến PROFIBUS-DP Bài 2: Nhiễu giải pháp xử lý Giới thiệu: - Nhiễu tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố cơng suất phẳng nghĩa tín hiệu nhiễu có cơng suất tồn khoảng băng thơng Tín hiệu có tên nhiễu trắng có tính chất tương tự với ánh sáng trắng Chúng ta tạo nhiễu trắng theo lý thuyết theo định nghĩa nó, nhiễu trắng có mật độ phổ công suất phân bố khoảng tần vơ hạn phải có cơng suất vô hạn Tuy nhiên, thực tế, cần tạo nhiễu trắng khoảng băng tần hệ thống xem xét Một tín nhiễu Lưu ý nhiễu Gaussian (nhiễu có phân bố biên độ theo hàm Gaussian) nhiễu trắng Từ "Gaussan" đề cập đến phân bố xác suất giá trị (độ lớn) từ "While" đề cập đến cách phân bố cơng suất tín hiệu miền thời gian tần số Ngoài nhiễu trắng Gaussian cịn có nhiễu trắng Poisson, Cauchy, Khi miên tả hệ thống toán học hay sử dụng nhiễu AWGN (additive white Gaussian noise) loại nhiễu dễ tạo Những cố thường gặp cách giải quyết: Nhiễu trùng kênh : Là nhiều thiết bị có tần số trùng Nhiễu xuyên điều chế: Là kết hợp hai nhiều tín hiệu có tần số khác truyền qua thiết bị phi tuyến tạo tín hiệu khơng mong muốn Những tín hiệu khơng mong muốn gây nhiễu cho đài vơ tuyến điện khác Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC): Là thiết bị, hệ thống thiết bị vơ tuyến điện, điện, điện tử khơng hoạt động bình thường môi trường điện từ Một số can nhiễu EMC: Bức xạ từ thiết bị ứng dụng công nghiệp, khoa học y tế (ISM) gây nhiễu cho thiết bị Bức xạ không bảo đảm kỹ thuật điểm tiếp xúc đường dây tải điện không bao bọc trụ sứ gây nhiễu cho mạng đường đay điện đặt gần Bộ khuyến đại tín hiệu (booster) gây nhiễu cho mạng Nhiễu phát xạ không mong muốn ( bao gồm phát xạ băng phát xạ giả) : Là thiết bị phát sóng vơ tuyến điện phát phát xạ ngồi băng khơng đáp ứng qui chuẩn kỹ thuật phát xạ không mong muốn, phát xạ băng gây nhiễu cho thiết bị khác Các phương pháp cụ thể a.Sử dụng điều chế để chống nhiễu b.Sử dụng phương pháp thu để chống nhiễu c Phương pháp hàm tương quan d Dùng phản hồi để chống nhiễu Nối đất/chống nhiễu nhiễu 4.1.Nguồn gốc nhiễu điện: Nhiễu đại lượng vật lý không mong muốn tác động lên đối tượng Nguồn nhiễu tín hiệu Đại lượng nhiễu đối tượng việc này, không nhiếu việc Nhiễu có độ lớn pha khác ngẫu nhiên Nhiễu điện từ: nguồn nhiễu xuất phát từ nguồn điện từ khác từ phát sóng Radio, trun hình, nguồn sóng điện thoại dải sóng cao rộng Các nguồn số ánh sáng, rơle, motor, nguồn phóng xạ, nguồn tần số thấp điện áp cao truyền dẫn điện Ba vấn đề nhiễu điện từ: Nguồn phát, truyền dẫn, nhận song 4.2 4.3Vỏ bọc che chắn: Sử dụng cáp có vỏ bọc che chắn để chống nguồn nhiễu từ bên 4.4Tốc độ dẫn dây cáp: - Lưu lượng đến 1Gbits/s Đối với hệ thống thương phẩm đạt tới đến 50 Gbits/s với đường truyền đến 10Km 4.5 Yêu cầu nối đất : - Các dạng nối đất bản: Nguồn cách điện với đất, tải cách điện với đất, nối đất nối tiếp, nối đất hình 10 4.Xử lý cố 4.1.Mơ tả công cụ dùng: 4.2 Chi tiết trình xử lý cố: 4.3.Kết luận Bài 7: Mạng AS-i Giới thiệu: - Kết phát triển hợp tác 11 hãng sản xuất thiết bị cảm biến cấu chấp hành châu Âu (Siemens, Schneider Electric, Moeller, Festo, Bürkert, Pepperl & Fuchs ) cho đời mạng AS – i Chuyên dùng cho ghép nối điều khiển trực tiếp với thiết bị logic (rơ-le đóng cắt, van on/off, cảm biến chuyển mạch đường cáp nhất, theo chuẩn EN50295, IEC62026-2 Hiệp hội ASI International Association hỗ trợ phát triển ứng dụng Hình 7.1: Mơ hình mạng ASI International *Yêu cầu & đặc điểm chung: -Yêu cầu lưu lượng liệu thấp, tính thời gian thực ngặt nghèo -Đơn giản, tiện dụng, giá hợp lý -Khả đồng tải nguồn cho toàn cảm biến vàmột phần lớn cấu chấp hành -Bền vững môi trường cơng nghiệp khơng địi hỏi cao chất lượng đường truyền -Cấu trúc mạng tương đối linh hoạt: đường thẳng, cây, hình -Thực tế phương pháp nối dây truyền thống: 36% cố nhà máy, máy móc lỗi lắp đặt, dây (số liệu 1997, TU München) ASI giúp tiết kiệm tới 25% chi phí cáp truyền 30% chi phí tổng thể 28 2.Lớp vật lý: a.Cơ chế giao tiếp: AS-i hoạt động theo chế giao tiếp chủ-tớ Trong chu kì bus, trạm chủ thực trao đổi với trạm tớ lần theo phương pháp hỏi Trạm chủ gửi điện có chiều dài 14 bit, có chứa bit địa trạm tớ bit thông tin (dữ liệu đầu mã gọi hàm) chờ đợi trạm tớ trả lời khoảng thời gian định nghĩa trước Bức điện trả lời trạm tớ có chiều dài bit, có bit thơng tin Vì khoảng cách truyền dẫn tương đối nhỏ tốc độ truyền cố định 167 kBit/s nên thời gian chu kì bus phụ thuộc hồn tồn vào số lượng trạm ghép nối Tuy tốc độ truyền không lớn, thời gian chu kì bus tối đa đảm bảo không lớn ms b.Cấu trúc điện Cấu trúc điện AS-i xây dựng nguyên tắc đơn giản , giảm thiểu thông tin bổ trợ để tăng hiệu xuất đường truyền Thực tế, tất điện gửi từ trạm chủ có chiều dài cố định 14 bit tất điện đáp ứng từ trạm tớ có chiều dài bit Giữa lời gọi trạm chủ trả lời trạm tớ cần khoảng thời gian nghỉ dài 3-8 thời gian bit Bit điều khiển phần đầu lời gọi trạm chủ kí hiệu loại thông báo liệu, tham số, địa lệnh gọi.: 3.Lớp kết nối liệu: * Một số đặc điểm bản: -Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng -Chế độ truyền chủ yếu hai chiều gián đoạn -Ghép nối nhiều điểm, số trạm tối đa/đoạn mạng 32 -Tốc độ truyền cao (có thể tới > 10Mbps) -Khoảng cách truyền lớn (có thể tới 1200m) -Có thể dùng tới lặp (4 đoạn mạng), thực tế -Trở đầu cuối: 100 120 Ohm -Quan hệ tốc độ truyền khoảng cách truyền (sử dụng đôi dây xoắn AWG 24) Theo qui định chuẩn, kích thích tín hiệu phải đảm bảo dòng tổng cộng 60mA vừa đủ để cung cấp cho trở đầu cuối mắc song song tương ứng tải 60Ω (120Ω đầu) với điện áp tối thiểu 1,5V => 25mA ; 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua đơn vị tải (trường hợp xấu nhất) => 32mA 4.Đặc điểm hoạt động a.Mã hóa bit: -APM (Alternate Pulse Modulation): kết hợp AFP mã Manchester 29 Hình 7.5: Sơ đồ mã hóa bit mạng AS-INTERFACE b.Bảo tồn liệu: -Lớp chịu trách nhiệm hoàn toàn việc kiểm tra lỗi, dựa vào bit chẵn/lẻ kết hợp với phương pháp mã hóa bit hợp lý -Trong chu kỳ bit (6 μs) tín hiệu đường truyền bộthu lấy mẫu 16 lần=> Nhận biết dạng tín hiệu theo mã APM -Mỗi điện có chiều dài cố định, có bit đầu, bit cuối, ngăn cách thời gian nghỉ -Kiểm tra bit chẵn lẻ -Tỉ lệ lỗi cịn lại thấp Vídụ, tỉ lệ bit lỗi 0.0012 (tức khoảng 200 lỗi/s) TMTBF điện trạm chủ lớn 10 năm Ví dụ với 31 trạm tớ, trường hợp truyền lỗi chu kỳ bus có 33 điện kể điện thông báo tham số trao đổi Thời gian chu kỳ bus là: 33 x 25 bit x 6μs/bit = 4.95 ms -Nếu xuất trung bình điện bị lỗi phải gửi lại chu kỳ (khoảng 200 lỗi giây),chu kỳ bit kéo dài: 34 x 25 bit x 6μs/bit = 5.1 ms -Trong trường hợp mười điện bịlỗi phải gửi lại chu kỳ, thời gian chu kỳ bus là: 43 x 25 bit x 6μs/bit = 6.45 ms 5.Xử lý cố 5.1.Giới thiệu 5.2.Công cụ Bài 8: Mạng Profibus 30 Giới thiệu - Profibus tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 EN 50254 Trong sản xuất, ứng dụng tự động hóa q trình cơng nghiệp tự động hóa tịa nhà, mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) hoạt động hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin hệ thống tự động hóa thiết bị trường phân tán Chuẩn cho phép thiết bị nhiều nhà cung cấp khác giao tiếp với mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi RS485 chuẩn công nghiệp ứng dụng sản xuất IEC 1158-2 điều khiển q trình Profibus sử dụng Ethernet/TCP-IP Các ngăn xếp giao thức Profibus 2.1 Lớp vật lý: - Lớp vật lý PROFIBUS quy định kỹthuật truyền dẫn tín hiệu, mơi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng giao diện cơhọc Các kỹthuật truyền dẫn sử dụng RS-485- IS cáp quang (đối với DP FMS) MBP (đối với PA) RS-485-IS (IS: Intrisically Safe) phát triển sở RS - 485 để sử dụng mơi trường địi hỏi an toàn cháy nổ 2.2 Lớp kết nối liệu: - Lớp liên kết liệu PROFIBUS gọi FDL (Fieldbus Data Link), có chức kiểm sốt truy nhập bus, cung cấp dịch vụ (cấp thấp) cho việc trao đổi liệu cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn lớp vật lý 2.3 Lớp ứng dụng: - Lớp ứng dụng FMS bao gồm hai lớp FMS (Fieldbus Message Specification) LLI (Lower layer Interface), FMS tập chuẩn MMS Lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng cung cấp dịch vụ truyền thông LLI có vai trị trung gian cho FMS kết nối với lớp mà không phụ thuộc vào thiết bị riêng biệt Lớp LLI cịn có nhiệm vụ thực chức bình thường thuộc lớp - 6, ví dụ tạo ngắt nối, kiểm sốt lưu thông, PROFIBUS - FMS PROFIBUS - DP sử dụng kỹ thuật truyền dẫn phương pháp truy nhật bus, hoạt động đường truyền vật lý Mơ hình truyền thông Profibus Chỉ thực lớp 1, 2, theo mơ hình qui chiếu OSI Tuy nhiên PROFIBUS DP PA bỏ qua lớp nhằm tối ưu hóa việc trao đổi liệu q trình cấp điều khiển cấp chấp hành Một số chức thiếu bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm lớp Bên cạnh hàm dịch vụ DP sở mở rộng qui định lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI đưa số qui định chuyên biệt đặc tính chức đặc thù thiết bị cho số ứng dụng tiêu biểu 31 Mối quan hệ xử lý ứng dụng truyền thông Vùng ứng dụng hệ thống Bus trường chủ yếu xác định lựa chọn kỹ thuật truyền có Cũng yêu cầu chung dựa hệ thống Bus độ tin cậy, khoảng cách lớn tốc độ truyền cao Trong tự động hoá xử lý yêu cầu khác phải thoả mãn hoạt động vùng nguy hiểm, truyền liệu lượng cáp Bởi chưa thể thoả mãn tất các yêu cầu kỹ thuật truyền chung nên có phương pháp truyền (Physical profiles) cho PROFIBUS là: * RS 485 dùng cho ứng dụng vạn * IEC 1158-2 dùng tự động hố q trình * Cáp quang dùng chống nhiễu mạng có khoảng cách truyền lớn.Trong tài liệu kỹ thuật nâng cao, có khuynh hướng dùng thành phần Ethernet thương mại với 10Mbit/s 100Mbit/s cấp vật lý cho PROFIBUS.Các nối (Coupler) Link dùng cho việc chuyển đổi kỹ thuật truyền khác Mục tiêu truyền thông Hiệu suất -Số thiết bị tối đa: DP: 126 trạm/bus (tối đa 244 byte liệu đầu vào/đầu cho slave) PA: 32 điểm (node)/phân đoạn -Khoảng cách tối đa: DP: 93,75 Kbp — 1.200m; 500Kbp — 400m; 1,5Mbps — 200m PA: 1.900m; khoảng cách tối đa có sử dụng lặp (tối đa lặp): 9.500m -Phương thức truyền thông: DP: đồng đẳng (peer-to-peer), multicast hay master-slave theo chu kì (sử dụng kỹ thuật token passing) PA: khách/chủ (client/server), Publisher/subscriber, kiện (event) Truyền thông theo lịch biểu không theo lịch biểu -Công suất truyền thông: DP: Nguồn điện cấp tách biệt với bus truyền thơng PA: địi hỏi cấp nguồn PA để bảo vệ truyền thông số 32 Vận hành hệ thống 7.1 Cấu hình -Gán cấu hình hệ thống bao gồm trạm, địa trạm, phân phát vùng nhớ cho địa I/O, tham số bus sữ dụng thơng điệp chẩn đốn 7.2 Truyền liệu Master Slaver -PROFIBUS phân biệt hai loại thiết bị trạm chủ(master) trạm tớ(Slave) Các trạm chủ có khả kiểm sốt truyền thơng bus Một trạm chủ gửi thơng tin giữ quyền truy nhập bus Các trạm tớ truy nhập bus có yêu cầu trạm chủ Một trạm tớ phải thực dịch vụ hơn, tức xử lí giao thức đơn giản so với trạm chủ Hai phương pháp truy nhập bus áp dụng độc lập hay kết hợp Token-passing Master/Slave Nếu áp dụng độc lập, Token- passing thích hợp với mạng FMS dùng ghép nối thiết bị điều khiển máy tính giám sát đẳng quyền, Master/Slave thích hợp với việc trao đổi liệu thiết bị điều khiển với thiết bị trường cấp sử dụng mạng DP PA Khi sử dụng kết hợp nhiều trạm chủ tham gia giữ Token Một trạm chủ giữ Token đóng vai trị chủ để kiểm sốt giao tiếp với trạm tớ quản lí, tự giao tiếp trạm chủ khác mạng 7.3 An toàn bảo vệ trạm -Tính an tồn thiết bị kết hợp đặt trường -Tính an tồn ứng dụng thực thi hệ thống tự động PROFIBUS chuẩn truyền thông tuân thủ tiêu chuẩn IEC 61508, đáp ứng tiêu chuẩn tính an tồn liên quan đến truyền thông đường truyền bus Với SIL (cấp độ an tồn), đáp ứng hồn tồn u cầu ngành cơng nghiệp q trình PROFIBUS sử dụng dịch vụ chuẩn hệ thống bus cấp thấp để thực truyền thông an tồn Dữ liệu liên quan tính an tồn tiêu chuẩn truyền bus 7.4 Giao tiếp FMS DP DP: DP dạng truyền thông sử dụng nhiều Nó tối ưu hố tốc độ truyền, hiệu chi phí kết nối thiết kế đặc biệt cho truyền thông hệ thống tự động ngoại vi phân tán DP, thay phù hợp cho truyền tín hiệu song song 24V thơng thường tự động hố sản xuất truyền tín hiệu Analog 20mA Hart tự động hoá xử lý FMS: Đây dạng truyền thông đa cho công việc truyền thông theo yêu cầu FMS mang lại chức truyền thông đại cho truyền thông thiết bị thông minh (Intelligent Device) Tuy nhiên, phát triển kỹ thuật PROFIBUS việc sử dụng TCP/IP cấp Cell mà FMS ngày chiếm vai trị quan trọng tương lai Xử lý cố 8.1 Giới thiệu 8.2 Các công cụ sử dụng 8.3 Các lưu ý 33 Bài 9: Mạng Industrial Enthernet 1.Giới thiệu: - Mạng Ethernet phát triển vào năm 1970 công ty Xerox mạng thử nghiệm, sử dụng dây cáp đồng trục với tốc độ truyền tải liệu Mbps Mạng sử dụng giao thức CSMA/CD -Sự thành công dự án gây ý cho nhà sản xuất thiết bị điện tử thời Chính mà năm 1980, ba nhà sản xuất thiết bị điện tử hàng đầu Digital Equipment Coperation, Intel Corporation Xerox Corporation phát triển phiên Ethernet 1.0 với tốc độ truyền tải liệu 10 Mbps Năm 1983, chuẩn mạng IEEE 802.3 soạn thảo với nội dung tương tự chuẩn mạng Ethernet phiên 1.0 Đến năm 1985 IEEE 802.3 chuẩn hóa Sau nhiều chuẩn mạng cục khác phát triển dựa theo nguyền tắc chia sẻ đường truyền chung giao thức CSMA/CD Ethernet tên kỹ thuật thông dụng dùng kết nối mạng Lan Một số kết nối khác khơng dùng Ethernet kể kết nối trực tiếp qua cổng Com hay USB (chỉ dùng cho máy), mạng không dây (wireless), mạng Token ring, Asynchronous tansfer mode ( ATM) Do cơng ty Xerox phát minh đuợc chuẩn hóa thành tiêu chuẩn IEEE 802.3 với vài thay đổi, đa số mạng Lan dùng kỹ thuật Ethernet với dạng thường gặp Standard Ethernet tốc độ 10 Mbps Fast Ethernet với tốc độ 100Mbps Chuẩn Ethernet đòi hỏi máy phải có Ethernet adapter card (thường gọi NIC hay card mạng) kết nối trực tiếp hay qua hub cáp coaxial UTP (thường Cat 5,100BaseT), dạng topology bus hay star dùng quy thức CSMA/CD - carrier sense multiple access with collision detection - để điều khiển lưu thông data cáp 2.Một số loại tốc độ truyền thông Enthernet: - Ethernet mơi trường mạng LAN có môi trường truyền thông chia sẻ (shared media LAN) Tất trạm mạng (network station) chia tổng băng thông mạng (LAN bandwidth) Băng thông 10Mbps (megibit per second = megabit/giây), 100Mbps 1000Mbps Ngày nay, người ta dùng khái niệm Switched Ethernet (Mạng Ethernet chuyển mạch) để nói cơng nghệ mạng LAN Ethernet sử dụng Switch thay cho Hub Với Switched Ethernet, cặp máy tính Truyền Nhận có đường truyền riêng với băng thơng đầy đủ (full bandwidth) Mạng Ethernet sử dụng cáp đồng trục (coaxial cable), cáp xoắn đôi (twisted-pair cable), cáp quang (Optical Fiber) vô tuyến (wireless) Mạng Ethernet sử dụng cấu trúc Tuyến tính (bus) hình (star) Các hệ thống Ethernet 10Mb/s + 10Base5: Đây tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, dựa cáp đồng trục loại dày Tốc độ đạt 10 Mb/s, sử dụng băng tần sở, chiều dài cáp tối đa cho phân đoạn mạng 500m 34 +10Base2: Có tên khác “thin Ethernet” , dựa hệ thống cáp đồng trục mỏng với tốc độ 10 Mb/s, chiều dài cáp tối đa phân đoạn 185 m (IEEE làm tròn thành200m) + 10BaseT: Chữ T viết tắt “twisted”: cáp xoắn cặp 10BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa hệ thống cáp xoắn cặp Cat trở lên +10BaseF: F viết tắt Fiber Optic ( sợi quang) Đây chuẩn Ethernet dùng cho sợi quang hoạt động tốc độ 10 Mb/s , đời năm 1993 Các hệ thống Ethernet 100 Mb/s – Ethernet cao tốc ( Fast Ethernet ) + 100BaseT: Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s cắp xoắn cặp lẫn cáp sợi quang +100BaseX: Chữ X nói lên đặc tính mã hóa đường truyền hệ thống (sử dụng phương pháp mã hoá 4B/5B chuẩn FDDI) Bao gồm chuẩn 100BaseFXvà100BaseTX - 100BaseFX Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp sợi quang + 100BaseTX.Tốcđộ 100Mb/s, sử dụng cắp xoắn cặp 100BaseT2 100BaseT4 Các chuẩn sử dụng cặp cặp cáp xoắn cặp Cat trở lên nhiên hai chuẩn sử dụng Các hệ thống Giga Ethernet + 1000BaseX Chữ X nói lên đặc tính mã hoá đường truyền ( chuẩn dựa kiểu mã hoá 8B/10B dùng hệ thống kết nối tốc độ cao Fibre Channel phát triển ANSI) Chuẩn 1000BaseX gồm loại: -1000Base-SX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng ngắn - 1000Base-LX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng sợi quang với sóng dài - 1000Base-CX: tốc độ 1000 Mb/s, sử dụng cáp đồng + 1000BaseT: Hoạt động tốc độ Giga bit, băng tần sở cáp xoắn cặp Cat trở lên Sử dụng kiểu mã hoá đường truyền riêng để đạt tốc độ cao loại cáp 3.Industrial Enthernet: 3.1.Giới thiệu: Advantech cung cấp đầy đủ dòng sản phẩm cho giải pháp Ethernet công nghiệp bao gồm Bộ chuyển mạch Ethernet, Bộ chuyển đổi truyền thông, biến đổi tín hiệu từ Serial sang Ethernet Tính Switches/Hubs công nghiệp * Hỗ trợ chuẩn IEEE 802.3, 802.3u (10/100 Base-TX) * Bảo vệ chống nghẽn mạng * Bảo vệ ESD cho cổng Ethernet * Bảo vệ đột biến dịng điện * Tự động điều chế độ truyền liệu (Full/half duplex) * Giải pháp mạng quang cho ứng dụng khoảng cách xa chống nhiễu (100 Base-FX, Single/Multi Mode Cổng nối chuẩn SC) * Tiện lợi lắp đặt gắn tường, DIN Rail, gắn xếp chồng * Dải điện áp hoạt động rộng * Hỗ trợ nguồn vào dự phòng * Dải nhiệt độ hoạt động rộng 35 3.2.Kết nối dây cáp: + Logic: Cấu trúc bus + Vật lý: Đường thẳng hình + Mã hóa Manchester, truyền chênh lệch đối xứng (±0,85V) + Phương tiện truyền dẫn: — Cáp đồng trục: 10BASE2 (cáp mỏng), 10BASE5 (cáp dầy) — Đôi dây xoắn: 10BASE-T, 100BASE-T4, 100BASE-TX — Cáp quang: 10BASE-F, 100BASE-FX, Hình 8.1 : Mơ hình đấu nối cáp mạng ethernet Ở sơ đồ Sử dụng nhánh mạng 10BASE-2 làm xương sống: Trường hợp phải chọn Hub có mơđun mở rộng (Add- in module) 10BASE-2 36 3.3 Khung truyền thơng: Hình 8.2: Kiến trúc giao thức mạng Ethernet 3.4.Nhiễu tiếng ồn: - Để mạng Ethernet hoạt động đúng, máy trạm phải phát thông báo xung đột tới trạm xa mạng trước trạm nguồn hoàn thành việc truyền khung Khung Ethernet kích cỡ nhỏ 512 bit (64 octet) Ethernet 10Mb/s: slot Time = 51,2 us Ethernet 100Mb/s: slot Time = 5,12 us Ethernet 1000Mb/s: slot Time = 512 ns Trường hợp vi phạm thời gian slotTime, mạng Ethernet hoạt động không Mỗi lần truyền khung, máy trạm lưu khung cần truyền đệm truyền thành cơng Giả sử mạng không đáp ứng tham số slotTime Trạm truyền 512 bit thành công không bị xung đột, lúc khung xem truyền thành công bị xoá khỏi đệm Do phát xung đột bị trễ, trạm lúc muốn truyền lại khung khơng khung bị xố khỏi đệm Mạng không hoạt động Một mạng Ethernet thiết kế phải thoả mãn điều kiện sau: “ Thời gian trễ tổng cộng lớn để truyền khung Ethernet từ trạm tới trạm khác mạng phải nhỏ nửa slotTime” Thời gian trễ tổng cộng nói tới bao gồm trễ qua thành phần truyền khung: trễ truyền tín hiệu cáp nối, trễ qua repeater Thời gian trễ thành phần phụ thuộc vào đặc tính riêng chúng Các nhà sản xuất thiết bị ghi rõ thiết kế cần lựa chọn tính toán để thoả mãn điều kiện hoạt động mạng Ethernet 3.5.TCP/IP Industrial Ethernet: a)địa IP Khi sử dụng mạng cục ETHERNET không sử dụng mạng khác người sử dụng gán địa IP tuỳ ý cho máy trạm Địa IP có độ dài 32bit chia làm phần, phần 1byte,phân cách dấu chấm Dạng tổng quát: x.y.z.t với 0≤x,y,t≤255 Địa IP gồm phần thông tin:địa mạng địa máy ví dụ: server:192.168.1.1 PC1 :192.168.1.2 37 PC2 :192.168.1.3 b)mơ hình OSI Để dễ dàng cho việc nối kết trao đổi thông tin máy tính với nhau, vào năm 1983, Tổ chức tiêu chuẩn giới ISO phát triển mơ hình cho phép hai máy tính gởi nhận liệu cho Mơ hình dựa tiếp cận phân tầng (lớp),với tầng đảm nhiệm số chức Để hai máy tính trao đổi thơng tin với cần có nhiều vấn đề liên quan Ví dụ cần có Card mạng, dây cáp mạng, điện tín hiệu cáp mạng, cách thức đóng gói liệu, điều khiển lỗi đường truyền vv Bằng cách phân chia chức vào tầng riêng biệt nhau, việc viết phần mềm để thực chúng trở nên dễ dàng Mơ hình OSI giúp đồng hệ thống máy tính khác biệt chúng trao đổi thông tin 3.6.Cấu trúc: Các trường quan trọng phần mào đầu mô tả đây: + Preamble: trường đánh dấu xuất khung bit, ln mang giá trị 10101010 Từ nhóm bit này, phía nhận tạo xung đồng hồ 10 Mhz SFD (start frame delimiter): trường thực xác định bắt đầu khung Nó ln mang giá trị 10101011 + Các trường Destination Source: mang địa vật lý trạm nhận gửi khung, xác định khung gửi từ đâu gửi tới đâu LEN: giá trị trường nói lên độ lớn phần liệu mà khung mang theo FCS mang CRC (cyclic redundancy checksum): phía gửi tính tốn trường trước truyền khung Phía nhận tính tốn lại CRC theo cách tương tự Nếu hai kết trùng nhau, khung xem nhận đúng, ngược lại khung coi lỗi bị loại bỏ + Truy nhập bus: CSMA/CD + Cơ chế giao tiếp chủ yếu: Tay đôi (peer-to-peer), tự do, không cần đặt cấu hình trước (giao thức cấp u cầu đặt cấu hình) + Hỗ trợ gửi đồng loạt (broadcast) gửi theo nhóm (multicast): — Bit địa nhận = 1: gửi đồng lọat gửi theo nhóm — Tất bit = 1: gửi đồng loạt + Địa MAC: 48 bit, bit 46 phân biệt địa toàn cục địa cục => địa dùng được? 38 Hình 8.2 : sơ đồ kết nối truyền thông mạng ethernet 4.Xử lý cố: 4.1.Giới thiệu 4.2.Các vấn đề lỗi 4.3.Dụng cụ 4.4.Các vấn đề giải 4.5.Kết luận Bài 10: Mạng truyền thông Radio wireless Giới thiệu: - Sự đời Internet khiến giá thành hệ thống thông tin sử dụng mơ hình truy cập sóng vơ tuyến trở nên rẻ nhanh Nhưng đến thập niên 1980, mơ hình trở nên thơng dụng nhu cầu hệ thống truyền dẫn vô tuyến tốc độ cao ngày tăng Với hệ thống thông tin vơ tuyến, truy cập hệ thống 24/24h mà không cần đường truyền cố định riêng biệt sử dụng thiết bị di động Sự đời thiết bị trải phổ WLAN tích hợp radio/modem/máy tính cho phép chúng ứng dụng khắp nơi Cơng nghệ chìa khóa để phát triển mạng LAN MAN không dây tốc độ cao cho phép Internet trở thành mạng đường trục hệ thống thông tin quốc gia Mặc dù mong ước gặp vài trở ngại, lẽ vấn đề cần đặt hầu hết người sử dụng hệ thống khơng dây gần khơng có kiến thức truyền sóng vơ tuyến (RF) Khi tiến hành thiết lập tuyến truyền dẫn vô tuyến, họ thường thiếu kiến thức anten, đường truyền sóng, q trình truyền sóng Thiết bị truyền thơng Radio: -Truyền thông MDS SD9: Cuối tháng 9/2009, GE Digital Energy thuộc tập đoàn GE cho mắt sản phẩm có tên gọi MDS SD9 Sản phẩm coi giải pháp hiệu lĩnh vực truyền thơng khơng dây cơng nghiệp Nó truyền nhận tín hiệu khoảng cách tương đối lớn dải tần radio phổ 39 biến, cho phép người sử dụng dễ dàng giao tiếp với mạng IP/Ethernet lẫn điều khiển dùng giao tiếp nối tiếp Với khả hỗ trợ truyền thông IP/Ethernet truyền thông nối tiếp, SD9 giúp cho nhà máy tăng cường hiệu suất, độ linh hoạt hệ thống truyền thơng Đồng thời, việc nâng cấp từ giao tiếp nối tiếp sang giao tiếp IP/ Ethernet trở nên dễ dàng hơn, bảo đảm độ tin cậy độ an toàn toàn nhà máy MDS SD9 sử dụng ứng Hình 9.1: Truyền thơng MDS SD9 dụng thu thập liệu như: giám sát điều khiển máy biến thế, giám sát điều khiển thông số máy bơm, máy nén khí, máy đo lưu lượng dùng cơng nghiệp dầu khí đốt, điều khiển PLC, thiết bị đo nhà máy xử lý nước thải nhiều ngành công nghiệp khác Ngồi việc thực giao thức IP/Ethernet, MDS SD9 cịn mã hóa AES 128 bit Nó cịn có hai cổng nối tiếp, thực truyền thông khoảng cách lên tới 50 dặm Bên cạnh đó, thiết bị hỗ trợ chế độ sleep để tiết kiệm điện Đây thực sản phẩm ấn tượng GE Digital Energy -Máy phát hình bán dẫn VHF/UHF: Đặc điểm VHF/UHF: -Đặc tính truyền lan VHF lý tưởng cho thông tin liên lạc mặt đất khoảng cách gần, với tầm hoạt động nhìn chung xa tầm nhìn thẳng từ máy phát Không giống tần số cao (HF), tầng điện ly khơng gây phản xạ tín hiệu vơ tuyến VHF việc truyền dẫn bị hạn chế khu vực định (không gây nhiễu cho đường truyền hàng ngàn km) VHF bị ảnh hưởng tạp âm khí nhiễu từ thiết bị điện dải tần Nhưng dễ dàng bị chặn lại tính chất mặt đất HF tần số thấp hơn, bị ảnh hưởng tồn nhà vật thể khác nhỏ đáng kể so với tần số UHF -Thu phát tín hiệu vơ tuyến TV kiểu điểm-điểm bị ảnh hưởng nhiều yếu tố Chẳng hạn độ ẩm khơng khí, gió mặt trời, vật cản vật lý (núi, tòa nhà), thời gian ngày ảnh hưởng tới việc truyền dẫn tín hiệu gây suy giảm tín hiệu điểm thu Độ ẩm khơng khí hấp thụ phần lượng loại sóng vơ tuyến Khí hấp thụ phần lượng làm suy hao cường độ tín hiệu truyền xa Tần số cao suy hao truyền qua mơi trường khí lớn Các tín hiệu TV dùng tần số UHF nói chung thường bị suy hao độ ẩm khơng khí lớn so với băng tần thấp hơn, chẳng hạn tín hiệu TV dùng VHF Tầng điện ly phản xạ số sóng vơ tuyến, giúp sóng vô tuyến truyền xa hơn, điều gọi truyền dẫn sóng trời, tần số nhỏ LF, HF… thường dùng chế độ sóng trời Tín hiệu truyền 40 hình UHF khơng dùng chế độ sóng trời này, nên khoảng cách thu phát nhỏ so với HF hay LF Ưu điểm truyền dẫn UHF anten nhỏ gọn, bước sóng UHF nhỏ, nên kích thước anten so sánh với bước sóng Các anten nhỏ dùng cho băng tần cao Nhược điểm UHF khoảng cách thu phát ngắn, thường tầm nhìn thẳng anten trạm phát truyền hình Các modurm radio * Modem radio : Hình 9.3: Modem radio a.RipEX - Đài phát modem Router: 83 kbps / 25 kHz 10 watt, - 40 đến +70 ° C × ETH, x COM, x USB 5x đầu cuối máy chủ - SW chuyển đổi COM / ETH SW tính phím - Trả tiền bạn phát triển Giao diện web, nhúng chẩn đoán & quản lý mạng Bản địa IP thiết bị (Router Bridge) b.MR400 - Đài phát modem: 22 kbps 25 / kHz, 132 kbps / 200 kHz 25 W ETH 1x, 4x COM, I / O Khơng có Linux, Khơng có Windows - Cực kỳ nhanh chóng khởi động (3 giây) Quản lý mạng SW RANEC Tự động back-up tuyến đường Mạng di động Lai mạng tương thích với MG100, GPRS ph -Các lỗi Mạng Wi-Fi Wi-Fi, mạng không dây ngày trở nên phổ biến với xu sử dụng laptop người Dù tiện lợi khơng dây, truy cập cách di động mạng không dây mang đến cho người dùng lỗi khó chịu Nếu bạn khơng hiểu bệnh nó, khó để khắc phục biết, dễ dàng trở bàn tay Sau vài cố có mạng Wi-Fi cách khắc phục +Quên mật bảo mật WEP WPA 41 Đây trường hợp xảy bối cảnh bạn kết nối Internet với máy tính lạ khơng nhớ khóa bảo mật Router gì? Có nhiều cách giúp bạn dễ dàng tìm khóa bảo mật WEP WPA đừng lo lắng Để tìm khóa bảo mật Windows Vista Windows 7, bạn cần mở danh sách mạng khơng dây có sẵn Trong Vista, kích Start > Connect To Windows 7, kích biểu tượng Network góc bên phải hình Sau kích phải vào tên mạng, chọn Properties, kích tab Security Tích vào hộp chọn Show Characters, thấy khóa bảo mật Router +Quên mật Router Để thay đổi thiết lập Router, bạn nhập địa IP Router vào trình duyệt web đăng nhập username password Trong trình cài đặt số Router, bạn gặp nhắc nhở cần thay đổi mật mặc định Nếu không chắn tạo mật mới, trước tiên bạn nên thử với mật mặc định Hầu hết Router Linksys D-Link thường sử dụng username password "admin", sử dụng "admin" cho username mật để trống Ở danh sách số username password mặc định hay dùng, bạn vào để tra cứu +Phải thực kết nối sau khởi động lại Bạn thực thứ với máy tính laptop để kết nối trở lại với mạng không dây sau khởi động lại Khóa bảo mật lưu Windows hay quản lý kết nối cho adapter không dây Tuy nhiên trường hợp bạn cài đặt quản lý kết nối hãng khác khơng làm việc, chắn lúc bạn gặp vấn đề việc thực tự động kết nối lại Nếu rơi vào trường hợp này, bạn thử hủy bỏ cài đặt quản lý kết nối thơng qua tiện ích Add/Remove Programs Control Panel Tra cứu tên hãng Router không dây remove chương trình có liên quan đến hãng Thao tác giúp bạn giữ driver cài đặt cho adapter không dây Nếu gặp vấn đề, thực theo dẫn nhà sản xuất để cài đặt lại phần mềm họ 42 ... giám sát với thông tin điều hành sản xuất quản lý công ty c.Phân loại đặc trưng hệ thống mạng truyền thông công nghiệp: Để phân loại phân tích đặc trưng hệ thống mạng truyền thơng cơng nghiệp, ta... Hai loại mạng dung phổ biến cho mục đích Ethernet Token-Ring sở giao thức chuẩn TCP/IP IPX/SPX +Mạng công ty: Mạng công ty nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông công ty sản xuất công nghiệp. .. gần tiến vượt bậc công nghệ truyền thông công nghiệp công nghệ phần mềm công nghiệp đem lại nhiều khả giải pháp nên trọng tâm công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA lựa chọn công cụ phần mềm