GIÁO TRÌNH
MẠNG TRUYỀN THƠNG CƠNG NGHIỆP
NGHỀ : ĐIỆN CƠNG NGHIỆP
TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG
Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ
Trang 3phép dùng nguyên bảng hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo
Trang 4Bài 1: Giới thiệu tổng quan Bài 2: Nhiễu và giải pháp xử lý Bài 3: Chuẩn truyền thông RS232 Bài 4: Chuẩn truyền thông RS485 Bài 5: Cáp quang
Bài 6: Mạng Modbus
Bài 7: Mạng AS-I Actuator Sensor Interface Bài 8: Mạng Industrial Enthernet
Trang 5TRANG
LỜI GIỚI THIỆU 2
MỤC LỤC 3
MÔ ĐUN MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP 7
BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN 9
1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp là gì?: 9
1.2 Vai trị của mạng truyền thơng cơng nghiệp: 10
1.3 Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp: 11
2 Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại: 14
2.1 Hệ điều khiển phân tán(Distributed Control System, DCS): 14
2.2 Hệ thống điều khiển quá trình: 16
2.3 Hệ điều khiển lai (SCADA và DCS) : 17
2.4 Các hệ điều khiển khác: 18
2.5 Thiết bị điều khiển khả trình: 20
3 Các mơ hình kết nối hệ thống mở: 20
3.1 Các tầng hệ thống mở: 21
3.2 Nguyên tắc định nghĩa các tầng trong hệ thống mở 21
3.3 Các giao thức trong mơ hình 22
3.4 Truyền dữ liệu trong mơ hình 23
3.5 Vai trò và chức năng chủ yếu của các tầng 23
4 Các thủ tục truyền thông 30
5 Các chuẩn truyền thông 31
5.1 Foudation Fieldbus 31
5.2 Ethernet: 32
5.3 Profibus: 33
5.4 Modbus: 33
5.5 Câu hỏi ôn tập : 34
BÀI 2: NHIỄU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ 35
1 Giới thiệu: 35
2 Những sự cố thường gặp và cách giải quyết: 36
3 Nhiễu và các giải pháp xử lý: 36
3.1 Nguồn gốc của nhiễu điện: 36
3.2 Vỏ bọc che chắn: 37
3.3 Tốc độ dẫn của dây cáp: 37
3.4 Yêu cầu nối đất : 37
3.5 Kỹ thuật triệt nhiễu 38
3.6 Câu hỏi ôn tập : 42
Trang 65 Xử lý sự cố: 47
5.1 Giới thiệu: 47
5.2 Các phương pháp tiếp cận: 48
5.3 Kiểm tra thiết bị: 48
5.4 Giải quyết vấn đề cơ bản : 50
5.5 Tóm tắt: 51
5.6 Câu hỏi ôn tập: 51
BÀI 4: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485 52
1 Chuẩn truyền thông RS485 : 52
1.1 Đặc tính điện học : 53
1.2 Các đặc trưng của RS485: 54
2 Xử lý sự cố: 54
2.1 Giới thiệu: 54
2.2 Chuẩn truyền thông RS485 và RS422: 54
2.3 Lắp đặt truyền thông RS485: 56
2.4 Các vấn đề nhiễu: 58
2.5 Kiểm tra thiết bị: 58
2.6 Tóm tắt: 60
2.7 Câu hỏi ôn tập: 60
BÀI 5 : CÁP QUANG 61
1 Giới thiệu: 61
2 Các thiết bị: 62
3 Các thông số cơ bản: 63
4 Các loại 65
5 Loại cáp quang bình thường: 66
5.1 Cáp trên không 66
5.2 Cáp ngầm (trong đất, nước): 67
5.3 Cáp trong nhà: 68
6 Kết nối cáp: 68
6.1 Suy giảm kết nối: 68
6.2 Sự kết nối: 69
6.3 Xử lý kết nối: 70
6.4 Xử lý sự cố: 73
6.5 Thực hành đấu nối cáp quang bằng máy Fujikura FSM-50S: 73
6.6 Câu hỏi ôn tập: 82
BÀI 6: MẠNG MODBUS 83
1 Giới thiệu tổng quan: 83
2 Cấu trúc giao thức Modbus: 84
Trang 73.2 Các mã chức năng Modbus 86
3.3 Cài đặt mạng modbus: 90
4 Xử lý các sự cố 91
4.1 Các vấn đề và lỗi cơ bản 91
4.2 Mô tả các công cụ được dùng: 92
4.3 Chi tiết quá trình xử lý sự cố: 92
4.4 Kết luận: 99
4.5 Bài tập thực hành: 99
BÀI 7: MẠNG AS-I (ACTUATOR SENSOR INTERFACE) 100
1 Giới thiệu: 100
2 Lớp vật lý: 101
2.1 Cơ chế giao tiếp: 101
2.2 Cấu trúc bức điện 102
3 Lớp kết nối dữ liệu: 102
4 Đặc điểm hoạt động 104
4.1 Mã hóa bit 104
4.2 Bảo toàn dữ liệu: 104
5 Xử lý sự cố 105
5.1 Giới thiệu 105
5.2 Công cụ 105
5.3 Thực hành 108
5.4 Bài tập thực hành 112
BÀI 8: MẠNG INDUSTRIAL ENTHERNET 113
1 Giới thiệu: 113
2 Một số loại tốc độ truyền thông Enthernet: 114
3 Industrial Enthernet: 115
3.1 Giới thiệu: 115
3.2 Kết nối và dây cáp: 116
3.3 Khung truyền thông: 117
3.4 Nhiễu và tiếng ồn: 118
3.5 TCP/IP và Industrial Ethernet: 119
Trang 82.2 Máy phát hình bán dẫn VHF/UHF: 145
2.3 Máy bộ đàm Motorola GP338 VHF/UHF: 145
3 Đặc điểm của VHF/UHF: 147
4 Các modul radio: 148
4.1 Modem radio : 153
4.2 RipEX – đài phát thanh modem router : 153
4.3 MR400 – đài phát thanh modem : 153
4.4 Các lỗi mạng Wi-Fi : 153
4.5 Thực hành : 151
4.6 Bài tập thực hành : 153
Trang 9VỊ TRÍ, Ý NGHĨA,VAI TRỊ VÀ TÍNH CHẤT CỦA MƠ ĐUN:
- Vị trí: Mơ đun được bố trí học sau các mơn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và các mô đun chuyên môn nghềđặc biệt như PLC cơ bản, PLC nâng cao
- Ý nghĩa : Mơ dun cho tao có cái nhìn thực tế hơn về lĩnh vực điều khiển trong công nghiệp
- Vai trị : đóng vai trị quan trong sản xuất cơng nghiệp đặt biệt những nước có nền cơng nghiệp phát triển và đang phát triển
- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề điện tự động hóa
MỤC TIÊU MƠ ĐUN:
+ Về kiến thức
- Mô tả được cấu trúc mạng truyền thông trong công nghiệp - Trình bày được các chuẩn truyền thơng
- Trình bày được nguồn gốc nhiễu và các giải pháp xử lý - Chống được nhiễu trong truyền thông
- Phân tích được các tính năng chính của chuẩn RS232, RS485 - Trình bày được các tính năng chính của cáp quang
+ Về kỹ năng
- Kết nối được các thiết bị dùng cáp quang
- Trình bày được cấu trúc mạng Modbus, Mạng AS-i, Mạng Industrial Ethernet
- Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản + Về thái độ:
- Chủ động, sáng tạo và an tồn trong q trình học tập
NỘI DUNG MÔ ĐUN:
1 Nội dung tổng quát và phân phối thời gian:
Số TT
Tên các bài trong mô đun Thời gian
Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra+ 1 Giới thiệu tổng quan 5 5 0
2 Nhiễu và giải pháp 10 4 6 3 Chuẩn truyền thông RS232 10 4 6 4 Chuẩn truyền thông RS485 10 10 0 5 Cáp quang 10 4 6
Trang 10wireless
Tổng cộng 120 44 70 6
Trang 11Giới thiệu
Trong bài nêu lên khái quát vấn đề điều khiển trong cơng nghiệp, giúp sinh viên có thêm một tầm nhìn mới mẽ về một cách thức điều khiển công nghiệp trong một tương lai gần ở nước ta
Mục tiêu:
- Hiểu các vấn đề cơ bản trong mạng truyền thông
- Phân biệt được các mạng trong công nghiệp, các ứng dụng và tầm quang trong của hệ mở
- Chủ động, sáng tạo an toàn cẩn thận trong q trình học tập
Nội dung chính : 1 Giới thiệu
1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì?:
Mạng truyền thơng cơng nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống thơng 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 khơng là mạng viễn thơng Giữa chúng có một số điểm chung và vài điểm khác biệt sau:
+ Mạng viễn thơng 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 thơng, 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 trị 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
Trang 12được coi là một phần( ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý cơng ty) trong mơ hình phân cáp của mạng công nghiệp
+ Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong mơi trường cơng nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạng máy tính thơng 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 thơng Trong khi đó, cho đến nay các 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 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 tồn bộ q trình sản xuất và hệ thống điều khiển Vậy nếu sử dụng mạng truyền thơng trong cơng nghiệp sẽ có những lợi ích sau:
- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất
- Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: nhờ cấu trúc đơn giản, 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 cho nguyên vật liệu và công lắp đặt
Trang 13mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều khiện cho việc sử dụng các thiets bị nhiều hang khác nhau Việc thay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều Khả năng tương tác giữa các thành phần được nâng cao nhờ giao diện chuẩn
- Đơn giản hóa/ tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đốn, định vị lỗi, sự cố các thiết bị: Với một đường truyền duy nhất, khơng những các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu q trình mà cịn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số, dữ liệu trạng thái, dữ liệu cảnh báo và dữ liệu chuẩn đốn Các thiết bị có thể tích hợp khả năng tự chuẩn đốn, các trạm trong mạng cũng có thể có khả năng cảnh giới lẫn nhau Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua một trạm kỹ thuật trung tâm
- Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống: Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dung các kiến trúc điều khiển mới như điều khiển phân tán, điều khiển giám sát hoặc chuẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thơng tin của hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty
1.3 Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông cơng nghiệp:
Trang 14Hình1.1 : 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 địi 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 khơng địi 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
Mơ 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
Bus trường, bus thiết bị:
Trang 15Do 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
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 thể phối 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 ở các 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 địi 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 trạm điều khiển trong một hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiển thơng thường có tốc độ truyền khơng cao, nhưng u cầu về tính năng thời gian thực thường rất khắc khe
Trang 16quá trình kỹ thuật, các giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính tốn, 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 Ngồi ra, thơng 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 khơng 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
Mạng công ty:
Mạng công ty nằm trên cùng trong mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thơng 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 phịng của các xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ kết nối các máy tính văn phịng 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 cơng ty địi hỏi về tốc độ truyền thơng và độ an tồn tin cậy cao
2 Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại:
2.1 Hệ điều khiển phân tán(Distributed Control System, DCS):
Trang 17toàn có thể xây dựng các hệ thống tự động hố có cấu trúc phân tán dựa trên nền DCS, PLC, IPC… Cũng phải nói rằng, đơi khi cũng khó có sự phân biệt rạch 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 các trạm điều khiển của nó Do có sự phát triển mạnh mẽ của cơng nghệ máy tính, các thiết bị điều khiển ngày càng giống nhau hơn về bản chất Một khái niệm 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 đương nhiên cũng khơng chỉ dừng ở đó Xu thế sử dụng bus trường và các thiết bị trường thông minh tích hợp chức năng điều khiển cơ sở đã tạo ra các giải pháp điều khiển hoàn tồn mới Và khi khơng biết phải gọi tên giải pháp đó chính xác là gì, người ta sẽ dùng các khái niệm chung chung như hệ thống tự động hố q trình (Process Automation System), hệ thống tự động hố xí nghiệp (Factory Automation System) hoặc hệ thống tự động hoá kỹ thuật số (Digital Automation System)
Trang 18trợ con người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự động thông thường Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy (HMI – Human Machine Interface)
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng khơng chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp điều khiển cục bộ Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận hành (OP – Operator Panel), màn hình sờ (TP – Touch Panel),
Trang 19xa và truyền tải về khu trung tâm để xử lý Trong các hệ thống như vậy thì hệ truyền thông và phần cứng được đặt lên hàng đầu và cần sự quan tâm nhiều hơn Trong những năm gần đây sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ truyền thông công nghiệp và công nghệ phần mềm trong công nghiệp đã đem lại nhiều khả năng và giải pháp mới nên trọng tâm của công việc thiết kế xây dựng hệ thống SCADA là lựa chọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và các giải pháp tích hợp hệ thống
2.3 Hệ điều khiển lai (SCADA và DCS) :
Xuất phát từ nhu cầu các ứng dụng công nghiệp và xu hướng làm giảm chi 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 Control System)
Do ra đời sau, kế thừa nền tảng công nghệ của cả PLC và DCS nên cả hai hệ lai là sự pha trộn PLC và DCS Hai hệ lai có khả năng thực hiện được các quá trình liên tục và gián đoạn, có khả năng quản lý được khoảng 10000 ngõ vào/ra.Hệ thống lai có các thiết bị nhỏ hơn các hệ DCS thương phẩm nhưng tận dụng các ưu điểm thiết kế của hệ DCS thương phẩm.Các hệ lai cung 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 (OLE for Process Control), XML và ODBC.Chúng cũng có rất ưu thế trong việc tích hợp hệ thống lập kế hoạch cho doanh nghiệp các cấp thiết bị như điện thoại không dây, máy nhắn tin và PDA
Hầu hết các hệ lai đều được trang bị các chức năng điều khiển theo mẻ theo khối và điều khiển giám sát Ngồi ra, các cơng cụ hỗ trợ phát triển ứng dụng với nhiều chức năng, giao diện thân thiện, ngơn ngữ lập trình bậc cao đã được chuẩn hóa giúp cho các kỹ sư xây dựng phát triển một ứng dụng dễ dàng và nhanh chóng hơn
Hạn chế của ứng dụng điều khiển lai là do các thiết bị điều khiển nhỏ dẫn tới lưu lượng truyền thơng lớn và nó sẽ hạn chế số lượng điểm vào ra, đặc biệt khi hệ thống địi hỏi chu trình điều khiển nhỏ Với khả năng mở rộng dữ liệu hạn chế, các hệ thống lai cũng không đủ phục vụ cho các ứng dụng lớn
Trang 20Hình 1.4 : Hệ thống điều khiển bằng FCS
2.4 Cáchệ điều khiển khác:
Hệ điều khiển FCS (Field control system) là hệ đều khiển cao cấp sử dụng các bus trường xử lý các tín hiệu thơng minh.Khi sử dụng hệ điều khiển FCS có thể tiết kiệm vật liệu công suất lắp đặt và nâng cao hiệu năng độ tin cậy của hệ thống nhờ điều khiển tại chổ giảm tải bus
Trang 21Hình 1.6 : Điều khiển giám sát cục bộ
Trang 22Hình 1.8 : Điều khiển giám sát trung tâm phân cấp
2.5 Thiết bị điều khiển khả trình:
Thiết bị khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình được, cho phép thực hiện linh hoạt các lệnh điều khiển logic thơng qua ngơn ngữ lập trình.Các PLC đầu tiên xuất hiện vào năm 1968, là hệ thống đơn giản và cồng kềnh, người sử dụng gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành.Vì vậy các nhà thiết kế đã từng bước cải tiến chúng gọn nhẹ, dễ vận hành hơn Tuy nhiên việc lập trình cho hệ thống cịn khó khăn do lúc này khơng có các thiết bị ngoại vi hỗ trợ cho công việc lập trình.Các PLC hiện nay đã đáp ứng đầy đủ yêu cầu của người sử dụng, từ kích thước gọn nhẹ, kết nối lập trình đơn giản, cho đến khả năng điều khiển đa dạng
3 Các mơ hình kết nối hệ thống mở:
Trang 23Mơ hình OSI mơ 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 thơng 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 thơng với nhau qua một giao thức (Protocol) nào đó
Mơ 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 mơ hình OSI
Hình 1.9 : Mơ hình hệ thống mở
3.2 Nguyên tắc định nghĩa các tầng trong hệ thống mở
Sau đây là các nguyên tắc mà ISO quy định dùng trong quá trình xây dựng mơ hình OSI
Trang 24kỹ thuật sử dụng hoặc quá trình thực hiên
Các chức năng giống nhau được đặt trong cùng một tầng
Lựa chọn ranh giới các tầng tại các điểm mà những thử nghiệm trong quá khứ thành công
Các chức năng được xác định sao cho chúng có thể dễ dàng xác định lại, và các nghi thức của chúng có thể thay đổi trên mọi hướng
Tạo ranh giới các tầng mà ở đó cần có những mức độ trừu tượng khác nhau trong việc sử dụng số liệu
Cho phép thay đổi các chức năng hoặc giao thức trong tầng không ảnh hưởng đến các tầng khác
Tạo các ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó
3.3 Các giao thức trong mơ hình
Trong mơ hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức khơng liên kết (connectionless)
Giao thức có liên kết: trước khi truyền dữ liệu hai tầng đồng mức cần thiết lập một liên kết logic và các gói tin được trao đổi thơng qua liên kết náy, việc có liên kết logic sẽ nâng cao độ an toàn trong truyền dữ liệu
Giao thức không liên kết: trước khi truyền dữ liệu không thiết lập liên kết logic và mỗi gói tin được truyền độc lập với các gói tin trước hoặc sau nó
Như vậy với giao thức có liên kết, q trình truyền thơng phải gồm 3 giai đoạn phân biệt:
Thiết lập liên kết (logic): hai thực thể đồng mức ở hai hệ thống thương lượng với nhau về tập các tham số sẽ sử dụng trong giai đoạn sau (truyền dữ liệu)
Truyền dữ liệu: dữ liệu được truyền với các cơ chế kiểm soát và quản lý kèm theo (như kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, cắt/hợp dữ liệu ) để tăng cường độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền dữ liệu
Hủy bỏ liên kết (logic): giải phóng tài nguyên hệ thống đã được cấp phát cho liên kết để dùng cho liên kết khác
Trang 25Những thông điệp (message) trao đổi giữa các máy tính trong mạng, được tạo dạng thành các gói tin ở máy nguồn Và những gói tin này khi đích sẽ được kết hợp lại thành thơng điệp ban đầu Một gói tin có thể chứa đựng các yêu cầu phục vụ, các thông tin điều khiển và dữ liệu
Hình 1.10 :Phương thức xác lập các gói tin trong mơ hình OSI
Trên quan điểm mơ hình mạng phân tầng tầng mỗi tầng chỉ thực hiện một chức năng là nhận dữ liệu từ tầng bên trên để chuyển giao xuống cho tầng bên dưới và ngược lại.Chức năng này thực chất là gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) đối với các gói tin trước khi chuyển nó đi.Nói cách khác, từng gói tin bao gồm phần đầu (header) và phần dữ liệu Khi đi đến một tầng mới gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu đề khác và được xem như là gói tin của tầng mới, công việc trên tiếp diễn cho tới khi gói tin được truyền lên đường dây mạng để đến bên nhận.Tại bên nhận các gói tin được gỡ bỏ phần đầu trên từng tầng tướng ứng và đây cũng là nguyên lý của bất cứ mơ hình phân tầng nào
3.5 Vai trò và chức năng chủ yếu của các tầng Tầng 1: Vật lý (Physical)
Trang 26Ví dụ: Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đơi 10 baseT định rõ các đặc trưng điện của cáp xoắn đơi, kích thước và dạng của các đầu nối, độ dài tối đa của cáp…
Khác với các tầng khác, tầng vật lý là khơng có gói tin riêng và do vậy khơng có phần đầu (header) chứa thơng tin điều khiển, dữ liệu được truyền đi theo dòng bit Một giao thức tầng vật lý tồn tại giữa các tầng vật lý để quy định 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 thành phân 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: khơng có một tín hiệu quy định cho sự đồng bộ giữa các bit giữa máy gửi và máy nhận, trong q trình gửi tín hiệu máy gửi sử dụng các bit đặc biệt START và STOP được dùng để tách các xâu bit 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 hiệu đồng 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 gán cho các bít được truyền trên mạng Tầng liên kết dữ liệu phải quy định được các dạng thức, kích thước, địa chỉ máy gửi và nhận của mỗi gói tin được gửi đi.Nó phải xác định cơ chế truy nhập thơng tin trên mạng và phương tiện gửi mỗi gói tin sao cho nó được đưa đến cho người nhận đã định
Trang 27Hình 1.11: Các kiểu liên kết dữ liệu
Tầng liên kết dữ liệu cũng cung cấp cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản để đảm bảo cho dữ liệu nhận được giống hoàn tồn với dữ liệu gửi đi.Nếu một gói tin
có lỗi không sửa được, tầng liên kết dữ liệu phải chỉ ra được cách thông 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 giao thức hướng ký tư và các giao thức hướng bit Các giao thức hướng ký tự được xây dựng dựa trên các ký tự đặc biệt của một bộ mã chuẩn nào đó (như ASCII 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 nhau bằng cách tìm đường (routing) cho các gói tin từ một mạng này đến một mạng khác.Nó xác định việc chuyển hướng, vạch đường các gói tin trong mạng, các gói này có thể phải đi qua nhiều chặng trước khi đến được đích cuối cùng.Nó ln tìm các tuyến truyền thơng khơng tắc nghẽn để đưa các gói tin 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 phải đáp ứng với nhiều kiểu mạng và nhiều kiểu dịch vụ cung cấp bởi các mạng khác nhau.hai chức năng chủ yếu của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying) Tầng mạng là quan trọng nhất khi liên kết hai loại mạng khác nhau như mạng Ethernet với mạng Token Ring khi đó phải dùng một bộ tìm đường (quy định bởi tầng mạng) để chuyển các gói tin từ mạng này sang mạng khác và ngược lại
Trang 28(một gói tin chẳng hạn) từ trạm nguồn tới trạm đích của nó Một kỹ thuật chọn đường phải thực hiện hai chức năng chính sau đây:
Quyết định chọn đường tối ưu dựa trên các thơng tin đã có về mạng tại thời điểm đó thơng qua những tiêu chuẩn tối ưu nhất định
Cập nhật các thông tin về mạng, tức là thông tin dùng cho việc chọn đường, trên mạng ln có sự thay đổi thường xun nên việc cập nhật là việc cần thiết
Hình 1.12 :Mơ 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 các bảng chọn đường tới từng nút dọc theo con đường đã được chọn đó Thơng tin tổng thể của mạng cần dùng cho việc chọn đường chỉ cần cập nhập và được cất giữ tại trung tâm điều khiển mạng
Trang 29Thông 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 địi hỏi các cơng 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 toàn trong 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:
Trang 30 Mạng loại C: Có tỷ suất lỗi khơng chấp nhận được (khơng tin cậy) hay là giao thức không liên kết Tầng giao vận phải có khả năng phục hồi lại khi 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 nhưng không 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 Ngồi ra giao thức cịn có khả năng báo nhận cho nơi gửi và truyền dữ liệu khẩn 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 mạng duy nhất, đồng thời có thể kiểm sốt luồng dữ liệu để tránh tắc nghẽn Giao thức lớp 2 khơng có khả năng phát hiện và phục hồi lỗi Do vậy nó cần đặt trên 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 cho các giao dịch được thiết lập và duy trì theo đúng qui định
Trang 31 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 sử dụng
Cung cấp cơ chế "lấy lượt" (nắm quyền) trong quá trình trao đổi dữ liệu
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 Tầng giao dịch duy trì tương tác luân phiên bằng cách báo cho mỗi người sử dụng khi đến lượt họ được truyền dữ liệu Vấn đề đồng bộ hóa trong tầng giao dịch cũng được thực hiện như cơ chế kiểm tra/phục hồi, dịch vụ này cho phép người sử dụng xác định các điểm đồng bộ hóa trong dịng dữ liệu đang chuyển vận và khi cần thiết có thể khơi phục việc hội thoại bắt đầu 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 trao token cho người khác thi cũng có nghĩa trao quyền truyền dữ liệu cho người 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 cầu token đó
Give Control dùng để chuyển tất cả các token từ một người sử dụng sang một người sử dụng khác
Tầng 6: Trình bày (Presentation)
Trang 32thể hiện thơng 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 mơ hình OSI, nó xác định giao diện giữa người sử dụng và môi trường OSI và giải quyết các 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 ứng dụng, 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 - viết tắt là ASE) của chúng.Mỗi thực thể ứng dụng có thể gồm một hoặc nhiều các phần tử dịch vụ ứng dụng Các phần tử dịch vụ ứng dụng được phối hợp trong môi trường của thực thể ứng dụng thông qua các liên kết (association) gọi là đối tượng liên kết đơn (Single Association Object - viết tắt là SAO) SAO điều khiển việc truyền thơng trong suốt vịng đời của liên kết đó cho phép tuần tự hóa các sự kiện đến từ các ASE thành tố của nó
4 Các thủ tục truyền thông
Khi truyền thông được thực hiện sử dụng OSI trong thực tế, các thủ tục sau được thực hiện
Khi yêu cầu truyền thông phát ra, kênh truyền thông được được thiết lập trước tiên (thiết lập kết nối)
Khi dữ liệu được chuyển qua mỗi tầng tại bên gửi, tiêu đề (các thông tin điều khiển) được gắn thêm vào với dữ liệu của người dùng trước khi dữ liệu được gửi đi
Khi dữ liệu đươc chuyển qua mỗi tầng ở bên nhận, tiêu đề được loại bỏ lần lượt
Khi việc truyền dữ liệu được thực hiện xong, kênh truyền thơng được đóng lại (kết nối bị ngắt)
Các tài nguyên truyền thông được giải phóng và q trình xử lý được hồn thành
Trang 33Hình 1.13 : Các thủ tục truyền tin
5 Các chuẩn truyền thơng
5.1 Foudation Fieldbus
Trang 34Hình 1.14 : Hình chuẩn truyền thơng Foudation Fieldbus
5.2 Ethernet:
Ethernet được phát triển bởi trung tâm nghiên cứu Palo Alto (PARC) thuộc tập đoàn Xerox (Mỹ) được phát triển những năm 70 của thế kỷ 20.Ethernet sử dụng phương pháp truy cập mạng CSMA/CD.Có nhiều giao thức mạng được phát triển trên nền Ethernet nhưng phổ biến nhất vẫn là TCP (Transport Control Protocol).Ethernet công nghiệp (Industrial Ethernet) Ethernet công nghiệp được phát triển theo hướng tận dụng những ưu điểm của Ethernet tốc độ cao, giá thành thấp, dễ thực hiện và dễ khắc phục các nhược điểm của nó là khơng đáp ứng u cầu thời gian thực và tính dự phịng
Trang 355.3 Profibus:
PROFIBUS (Process Field Bus) là kết quả của dự án nghiên cứu của 13 công ty và 5 viện nghiên cứu do bộ công nghệ và nghiên cứu chlb Đức chủ trì năm 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 khiển q trình cơng nghiệp PROFIBUS sử dụng phương pháp điều khiển truy nhập Bus thẻ bài và truyền thông theo kiểu Master-Slave PROFIBUS sử dụng môi trường truyền dẫn là cáp xoắn hoặc cáp quang, có thể kết nối 124 nút mạng trong một phân đoạn mạng, tốc độ tối đa là 12Mbps PROFIBUS có nhiều phiên bản như PROFIBUS-PA, PROFIBUS-FMS, PROFINET và PROFIBUS-DP nhưng phiên bản sử dụng trong điều khiển phổ biến là PROFIBUS-DP
Hình 1.16 : Hình chuẩn truyền thơng PROFIBUS DP
5.4 Modbus:
Trang 36 Modbus serial : Bao gồm Modbus RTU và Modbus ASCII được truyền trên các chuẩn truyền thông như : RS232, RS485, RSS422 Modbus TCP : truyền thông trên nền Ethernet
Hình 1.17 : Một mạng truyền thơng MODBUS
5.5 Câu hỏi ôn tập :
Câu 1 : so sánh hệ thống SCADA và DCS giống và khác nhau điểm nào?khi nào dùng hệ thống SCADA?
Trang 37BÀI 2
NHIỄU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ Mã bài: MĐ34-02
Giới thiệu:
Những tín hiệu nhiễu rất dễ nhận biết trong đời sống hiện đại trong chúng ta, nó gây ra nhiều tín hiệu tác hại làm ảnh hưởng lớn đến nhu cầu sinh hoạt và cơng nghiệp Trong bài này có nêu lên phương pháp khắc phục nhiễu giúp học sinh khắc phục được những sự cố về nhiễu
Mục tiêu:
- Hiểu các vấn đề cơ bản xử lý nhiễu trong truyền thông - Vận dụng được kiến thức và các phương pháp hạn chế nhiễu
- Chủ động, sáng tạo an toàn cẩn thận trong q trình học tập
Nội dung chính : 1 Giới thiệu:
Nhiễu là một tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng nghĩa là tín hiệu nhiễu có cơng suất bằng nhau trong tồn khoảng băng thơng Tín hiệu này có tên là nhiễu trắng vì nó có tính chất tương tự với ánh sáng trắng
Chúng ta không thể tạo ra nhiễu trắng theo đúng lý thuyết vì theo định nghĩa của nó, nhiễu trắng có mật độ phổ công suất phân bố trong khoảng tần vô hạn và do vậy nó cũng phải có cơng suất vơ hạn Tuy nhiên, trong thực tế, chúng ta chỉ cần tạo ra nhiễu trắng trong khoảng băng tần của hệ thống chúng ta đang xem xét
Hình 2.1: Một tín hiện nhiễu
Trang 38Ngoài nhiễu trắng Gaussian chúng ta còn có nhiễu trắng Poisson, Cauchy, Khi miên tả hệ thống bằng toán học chúng ta hay sử dụng nhiễu AWGN (additive white Gaussian noise) vì loại nhiễu này dễ tạo ra nhất
2 Những sự cố thường gặp và cách giải quyết:
Nhiễu trùng kênh : Là do nhiều thiết bị có tần số trùng nhau
Nhiễu do xuyên điều chế: Là do sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều tín hiệu có tần số khác nhau khi truyền qua thiết bị phi tuyến và tạo ra những tín hiệu khơng mong muốn Những tín hiệu không mong muốn này gây nhiễu cho các đài vô tuyến điện khác
Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC): Là do thiết bị, hệ thống thiết bị vô tuyến điện, điện, điện tử khơng hoạt động bình thường trong mơi trường điện từ Một số can nhiễu EMC:
Bức xạ từ các thiết bị ứng dụng trong công nghiệp, khoa học và y tế (ISM) gây nhiễu cho các thiết bị
Bức xạ do không bảo đảm kỹ thuật tại các điểm tiếp xúc giữa đường dây tải điện không bao bọc và các trụ sứ gây nhiễu cho các mạng đường đay điện đặt gần
Bộ khuyến đại tín hiệu (booster) gây nhiễu cho mạng
Nhiễu do các phát xạ không mong muốn ( bao gồm phát xạ ngoài băng và phát xạ giả) : Là do các thiết bị phát sóng vơ tuyến điện phát các phát xạ ngồi băng khơng đáp ứng các qui chuẩn kỹ thuật về phát xạ khơng mong muốn, các phát xạ ngồi băng này gây nhiễu cho các thiết bị khác
3 Nhiễu và các giải pháp xử lý: 3.1 Nguồn gốc của nhiễu điện:
- Nhiễu là đại lượng vật lý không mong muốn tác động lên đối tượng - Nguồn nhiễu có thể là bất cứ tín hiệu nào
- Đại lượng này có thể là nhiễu đối với đối tượng và sự việc này, không là nhiếu đối với sự việc kia
- Nhiễu có độ lớn và pha là khác nhau và ngẫu nhiên
Nhiễu điện từ: nguồn nhiễu xuất phát từ các nguồn điện từ khác nhau từ
các phát sóng Radio, truyên hình, các nguồn sóng điện thoại ở dải sóng cao và rộng Các nguồn số như ánh sáng, các rơle, motor, nguồn phóng xạ, nguồn tần số thấp như điện áp cao của truyền dẫn điện
Ba vấn đề chính của nhiễu điện từ - Nguồn phát
Trang 39- Nhận sóng
3.2 Vỏ bọc che chắn:
Sử dụng cáp có vỏ bọc che chắn để chống các nguồn nhiễu từ bên ngồi
Hình 2.2: Cáp có vỏ bọc che chắn
3.3 Tốc độ dẫn của dây cáp:
- Lưu lượng đến 1Gbits/s
- Đối với các hệ thống thương phẩm có thể đạt tới 1 đến 50 Gbits/s với các đường truyền đến 10Km
3.4 Yêu cầu nối đất :
Các dạng nối đất cơ bản
Trang 40Hình 2.3: Các kiểu nối đất
3.5 Kỹ thuật triệt nhiễu
- Nhiễu cáp truyền cảm ứng điện dung