Giáo trình mạng truyền thông công nghiệp (nghề điện công nghiệp trình độ cao đẳng)

GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Mạng truyền thông công nghiệp là gì?

Mạng truyền thông công nghiệp là hệ thống kết nối các thiết bị công nghiệp thông qua việc truyền bít nối tiếp Hiện nay, các hệ thống này cho phép liên kết ở nhiều cấp độ khác nhau, bao gồm cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và máy tính quản lý cấp cao trong doanh nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp không chỉ đơn thuần là mạng máy tính hay mạng viễn thông; giữa chúng tồn tại một số điểm tương đồng và khác biệt đáng chú ý.

Mạng viễn thông có quy mô lớn với nhiều thành viên tham gia, dẫn đến các yêu cầu kỹ thuật như cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông và tính năng thời gian thực rất khác biệt Các phương pháp truyền thông như truyền tải dải rộng, điều biến, dồn kênh và chuyển mạch thường phức tạp hơn so với mạng truyền thông công nghiệp.

Mạng viễn thông bao gồm con người và thiết bị kỹ thuật, với con người giữ vai trò chủ yếu Thông tin trao đổi trong mạng viễn thông bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu Ngược lại, mạng công nghiệp chỉ tập trung vào các thiết bị công nghiệp, do đó, dạng thông tin chủ yếu là dữ liệu.

Mạng truyền thông công nghiệp là một loại mạng máy tính đặc biệt, có những điểm tương đồng và khác biệt so với mạng máy tính thông thường.

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

Mạng máy tính trong ngành công nghiệp thường đóng vai trò quan trọng trong các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty, được xem như một phần của mô hình phân cáp mạng công nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp yêu cầu tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích cao hơn so với mạng máy tính thông thường Trong khi đó, mạng máy tính thường chú trọng nhiều hơn đến độ bảo mật.

Mạng máy tính có thể có quy mô rất khác nhau, từ mạng LAN nhỏ cho vài máy tính đến mạng Internet rộng lớn Nhiều mạng máy tính thường sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông Trong khi đó, các hệ thống mạng công nghiệp thường độc lập và có phạm vi hoạt động hẹp hơn Đặc biệt, trong hệ thống truyền thông công nghiệp, các yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản và chi phí thấp được ưu tiên hàng đầu.

Vai trò c ủ a m ạ ng truy ề n thông công nghi ệ p

Một bộ điều khiển cần kết nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành, đồng thời các bộ điều khiển trong hệ thống điều khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin để phối hợp điều khiển quá trình sản xuất Tại cấp độ cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cần giao tiếp với các bộ điều khiển để theo dõi và giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển Việc sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp mang lại nhiều lợi ích quan trọng.

Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp cho phép nhiều loại thiết bị kết nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất, tối ưu hóa hiệu suất và giảm thiểu độ phức tạp trong hệ thống.

Cấu trúc đơn giản của hệ thống giúp tiết kiệm dây nối và giảm chi phí thiết kế, lắp đặt Việc thay thế một lượng lớn cáp truyền bằng một đường duy nhất không chỉ làm cho quá trình thiết kế trở nên dễ dàng hơn mà còn giảm thiểu đáng kể chi phí nguyên vật liệu và công lắp đặt.

Kỹ thuật truyền thông số không chỉ nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin mà còn giúp giảm thiểu tác động của nhiễu, điều mà phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển dễ gặp phải Các thiết bị mạng có khả năng tự phát hiện và chuẩn đoán lỗi, từ đó cải thiện chất lượng truyền tải thông tin Hơn nữa, việc giảm thiểu các lần chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số cũng góp phần nâng cao độ chính xác của thông tin truyền đi.

Nâng cao độ linh hoạt và tính năng mở của hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế cho phép sử dụng thiết bị từ nhiều hãng khác nhau, dễ dàng thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng Khả năng tương tác giữa các thành phần được cải thiện nhờ vào giao diện chuẩn, mang lại sự thuận tiện và hiệu quả cho người dùng.

Việc tham số hóa, chuẩn đoán và định vị lỗi các thiết bị trở nên đơn giản và tiện lợi hơn với một đường truyền duy nhất Các thiết bị không chỉ có khả năng trao đổi dữ liệu quá trình mà còn gửi dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và chuẩn đoán cho nhau Chúng có thể tích hợp khả năng tự chuẩn đoán, đồng thời các trạm trong mạng cũng có thể cảnh giác lẫn nhau Hệ thống có thể được cấu hình, lập trình, tham số hóa và đưa vào vận hành từ xa thông qua một trạm kỹ thuật trung tâm.

Hệ thống mới mở ra nhiều chức năng và ứng dụng, cho phép sử dụng mạng truyền thông công nghiệp để triển khai các kiến trúc điều khiển hiện đại như điều khiển phân tán, giám sát và chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet Điều này giúp tích hợp thông tin giữa hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty, nâng cao hiệu quả hoạt động.

Phân lo ại và đặc trưng các hệ th ố ng m ạ ng truy ề n thông công

Để phân loại và phân tích đặc trưng của các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, chúng ta sử dụng mô hình phân cấp quen thuộc trong các công ty và xí nghiệp sản xuất Mô hình này thể hiện nhiều cấp độ khác nhau dựa trên từng chức năng cụ thể.

Hình1.1 : Tháp mạng truyền thông công nghiệp

Ở các cấp dưới, các chức năng thường mang tính chất cơ bản và yêu cầu độ nhạy bén cao cùng thời gian phản ứng nhanh Ngược lại, chức năng ở cấp trên mặc dù không cần phản ứng nhanh nhưng lại yêu cầu xử lý và trao đổi một lượng thông tin lớn hơn.

Hệ thống truyền thông được chia thành bốn cấp, tương ứng với năm cấp chức năng Ở các cấp điều khiển giám sát và dưới đó, thuật ngữ "bus" thường được sử dụng thay cho "mạng" vì hầu hết các hệ thống mạng ở cấp độ này đều có cấu trúc vật lý hoặc logic dạng bus.

Mô hình phân cấp chức năng hỗ trợ hiệu quả trong thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Trong thực tế, sự phân cấp này có thể thay đổi tùy thuộc vào mức độ tự động hóa và cấu trúc cụ thể của hệ thống.

Bus trường, bus thiết bị:

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

Bus trường có nhiệm vụ chuyển dữ liệu từ quá trình lên cấp điều khiển và truyền quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, do đó tính năng thời gian thực là yêu cầu hàng đầu Hiện nay, các hệ thống bus trường phổ biến bao gồm FROFIBUS, CAN, Modbus, Internetbus, cùng với các hệ thống mới như Foundation Fieldbus và AS-i.

Bus hệ thống, bus điều khiển:

Các hệ thống mạng công nghiệp, được gọi là bus hệ thống hay bus quá trình, kết nối các máy tính điều khiển với máy tính cấp điều khiển giám sát Chúng cho phép các máy tính điều khiển phối hợp hoạt động và cung cấp dữ liệu cho các trạm kỹ thuật và quan sát, đồng thời nhận lệnh và tham số từ các trạm này Thông tin được trao đổi không chỉ theo chiều dọc mà còn theo chiều ngang giữa các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và trạm chủ Hệ thống cũng hỗ trợ kết nối máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu.

Khái niệm bus trường và bus hệ thống không chỉ khác nhau ở kiểu bus mà còn ở mục đích sử dụng và các thiết bị ghép nối Trong một số giải pháp, cả hai cấp có thể sử dụng chung một kiểu bus Đối với bus hệ thống, yêu cầu về tính năng thời gian thực phụ thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, với thời gian phản ứng thường từ vài trăm miligiây Lưu lượng thông tin cần trao đổi trên bus hệ thống lớn hơn nhiều so với bus trường, với tốc độ truyền thông dao động từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s.

Bus điều khiển được sử dụng để kết nối ngang giữa các máy tính điều khiển, đóng vai trò quan trọng trong việc trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm trong hệ thống phân tán Mặc dù tốc độ truyền của bus điều khiển không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực lại rất nghiêm ngặt.

Mạng xí nghiệp là một mạng LAN kết nối các máy tính văn phòng ở cấp điều hành sản xuất với cấp giám sát Nó truyền tải thông tin về trạng thái làm việc của quá trình kỹ thuật, các giàn máy và hệ thống điều khiển tự động, cùng với dữ liệu tính toán và thống kê về sản xuất và chất lượng sản phẩm Ngược lại, mạng cũng nhận các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành Thêm vào đó, thông tin được trao đổi mạnh mẽ giữa các máy tính trong cấp điều hành sản xuất.

Mạng xí nghiệp khác với các hệ thống bus cấp dưới ở chỗ không yêu cầu tính năng thời gian thực nghiêm ngặt Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, đôi khi với khối lượng lớn lên đến hàng Mbyte Hai loại mạng phổ biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, sử dụng các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX.

Mạng công ty là phần cao nhất trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của các công ty sản xuất công nghiệp, tương tự như mạng viễn thông hoặc mạng máy tính diện rộng về phạm vi và dịch vụ Chức năng chính của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng, bao gồm thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa và thương mại điện tử Hình thức tổ chức và công nghệ mạng rất đa dạng, với khả năng chia thành nhiều phạm vi và nhóm làm việc riêng biệt, nhưng vẫn được quản lý dưới một hệ thống mạng duy nhất Mạng công ty yêu cầu tốc độ truyền thông cao và độ an toàn tin cậy.

Các h ệ th ố ng và thi ế t b ị điề u khi ể n hi ện đạ i

2.1 H ệ điề u khi ể n phân tán(Distributed Control System, DCS):

DCS (Distributed Control System) là giải pháp điều khiển và giám sát phân tán, chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến Trạm điều khiển DCS là các máy tính chuyên dụng, có cấu trúc module và khả năng xử lý số thực lớn, cho phép lập trình linh hoạt Sản phẩm DCS đầu tiên, TDC2000, được Honeywell giới thiệu vào năm 1975, và từ đó, các sản phẩm DCS đã liên tục phát triển Mặc dù DCS là một giải pháp điều khiển phân tán, không phải mọi giải pháp phân tán đều là DCS; có thể xây dựng hệ thống tự động hóa dựa trên DCS, PLC, hoặc IPC Sự phát triển công nghệ máy tính đã làm cho các thiết bị điều khiển ngày càng giống nhau, dẫn đến khái niệm hệ điều khiển lai (hybrid control system), nơi mỗi trạm điều khiển có thể kết hợp các đặc điểm của DCS, PLC hoặc IPC Xu hướng sử dụng bus trường và thiết bị thông minh đã tạo ra các giải pháp điều khiển mới, và khi không xác định được tên gọi chính xác, người ta thường sử dụng các thuật ngữ như hệ thống tự động hóa quá trình, hệ thống tự động hóa xí nghiệp hoặc hệ thống tự động hóa kỹ thuật số.

Hình 1.2 : Hệ thống điều khiển bằng DCS YOKOGAWA

2.2 Hệ thống điều khiển quá trình:

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) là hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu, hỗ trợ con người trong việc điều khiển và giám sát từ xa, vượt trội hơn so với hệ thống điều khiển tự động thông thường Để thực hiện chức năng này, SCADA cần có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu và giao diện người-máy (HMI - Human Machine Interface).

Trong hệ thống điều khiển giám sát, HMI (Giao diện người-máy) đóng vai trò quan trọng không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà còn ở các cấp thấp hơn Giao diện này cần thiết cho việc quan sát và thao tác vận hành tại cấp điều khiển cục bộ Do yêu cầu về giá thành và đặc điểm kỹ thuật, các màn hình vận hành (OP - Operator Panel) và màn hình cảm ứng (TP - Touch Panel) trở thành lựa chọn phổ biến trong ứng dụng này.

Hình 1.3 : Hệ thống điều khiển bằng SCADA

Multi Panel chuyên dụng ngày càng trở nên quan trọng trong hệ thống SCADA Theo quan điểm truyền thống, SCADA là hệ thống mạng và thiết bị thu thập dữ liệu từ các trạm xa và truyền tải về trung tâm để xử lý Trong các hệ thống này, phần cứng và truyền thông thường được ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên, với sự tiến bộ của công nghệ truyền thông công nghiệp và phần mềm, thiết kế hệ thống SCADA hiện nay tập trung vào việc lựa chọn công cụ phần mềm để thiết kế giao diện và giải pháp tích hợp hệ thống.

2.3 Hệ điều khiển lai (SCADA và DCS) :

Gần đây, nhằm đáp ứng nhu cầu từ các ứng dụng công nghiệp và xu hướng giảm chi phí cho hệ thống điều khiển, các nhà cung cấp đã giới thiệu hệ thống điều khiển mới mang tên hệ thống điều khiển lai (Hybrid Control System).

Hệ thống lai, được phát triển từ nền tảng công nghệ của PLC và DCS, kết hợp những ưu điểm của cả hai, cho phép quản lý khoảng 10.000 ngõ vào/ra và thực hiện các quá trình liên tục cũng như gián đoạn Mặc dù kích thước nhỏ hơn so với các hệ DCS thương phẩm, hệ thống lai vẫn tận dụng được các thiết kế ưu việt của DCS Chúng hỗ trợ công nghệ Bus như Foundation Fieldbus, AS-i, Profibus và Device Net, đồng thời tương thích với các chuẩn OPC, XML và ODBC Hệ thống lai cũng nổi bật trong việc tích hợp các thiết bị doanh nghiệp như điện thoại không dây, máy nhắn tin và PDA.

Hệ lai thường được trang bị chức năng điều khiển theo mẻ và giám sát, cùng với các công cụ phát triển ứng dụng đa chức năng và giao diện thân thiện Ngôn ngữ lập trình bậc cao đã được chuẩn hóa, giúp kỹ sư dễ dàng và nhanh chóng xây dựng ứng dụng.

Ứng dụng điều khiển lai gặp hạn chế do kích thước nhỏ của các thiết bị điều khiển, dẫn đến lưu lượng truyền thông lớn và giới hạn số lượng điểm vào ra Điều này đặc biệt ảnh hưởng khi hệ thống yêu cầu chu trình điều khiển ngắn Hơn nữa, với khả năng mở rộng dữ liệu hạn chế, các hệ thống lai không đủ khả năng phục vụ cho các ứng dụng quy mô 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)

Hình 1.4 : Hệ thống điều khiển bằng FCS

Hệ điều khiển FCS (Field Control System) là một giải pháp tiên tiến, sử dụng các bus trường để xử lý tín hiệu thông minh Việc áp dụng hệ điều khiển FCS giúp tiết kiệm vật liệu và công suất lắp đặt, đồng thời nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống nhờ vào khả năng điều khiển tại chỗ, giảm tải cho bus.

Hình 1.5 : Hệ thống điều khiển bằng FCS

- Ngoài ra trong công nghiệp còn có hệ điều khiển giám sát cục bộ, hệ thống 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

2.5 Thiết bịđiều khiển khả trình:

Thiết bị khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là một hệ thống điều khiển logic có thể lập trình, cho phép thực hiện các lệnh điều khiển linh hoạt thông qua ngôn ngữ lập trình Xuất hiện lần đầu vào năm 1968, các PLC ban đầu có thiết kế đơn giản và cồng kềnh, gây khó khăn cho người dùng trong việc vận hành Để cải thiện, các nhà thiết kế đã phát triển các phiên bản gọn nhẹ và dễ sử dụng hơn Tuy nhiên, việc lập trình vẫn gặp khó khăn do thiếu các thiết bị ngoại vi hỗ trợ Ngày nay, các PLC đã đáp ứng đầy đủ nhu cầu người sử dụng với kích thước nhỏ gọn, kết nối lập trình đơn giản và khả năng điều khiển đa dạng.

3 Các mô hình kết nối hệ thống mở:

Mô hình OSI (Mô hình tham chiếu kết nối các hệ thống mở) là một thiết kế theo nguyên lý tầng cấp, giúp giải thích một cách trừu tượng về kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy tính và thiết kế giao thức mạng Mô hình này được phát triển như một phần trong kế hoạch Kết nối các hệ thống mở.

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

3.1 Các tầng hệ thống mở:

Mô hình OSI mô tả cách thức truyền thông tin giữa các chương trình ứng dụng của hai hệ thống máy tính khác nhau thông qua các phương tiện truyền thông vật lý Thông tin từ ứng dụng trên hệ thống máy tính A sẽ di chuyển xuống các lớp thấp hơn và qua các thiết bị vật lý đến hệ thống máy tính B Tại hệ thống B, thông tin sẽ được truyền từ lớp thấp nhất đến lớp cao nhất, tức là ứng dụng của hệ thống B Mỗi lớp trong hai hệ thống máy tính A và B đều giao tiếp với nhau thông qua một giao thức (Protocol) nhất định.

Mô hình OSI bao gồm bảy lớp chính: 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 Mỗi lớp có vai trò riêng biệt trong việc xử lý và truyền tải thông tin Dưới đây là mô tả chi tiết về các lớp trong mô hình OSI.

Hình 1.9 : Mô 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 mô hình OSI

 Không định nghĩaquá nhiều tầng để việc xác định và ghép nối các tầng không quá phức tạp.

 Tạo các ranh giới các tầng sao cho việc giải thích các phục vụ và số các tương tác qua lại hai tầng là nhỏ nhất.

 Tạo các tầng riêng biệt cho các chức năng khác biệt nhau hoàn toàn về kỹ 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.

 Tạocác ranh giới giữa mỗi tầng với tầng trên và dưới nó.

3.3 Các giao thức trong mô hình

Trong mô hình OSI có hai loại giao thức chính được áp dụng: giao thức có liên kết (connection - oriented) và giao thức không liên kết (connectionless).

Giao thức có liên kết yêu cầu thiết lập một liên kết logic trước khi truyền dữ liệu giữa hai tầng đồng mức Các gói tin được trao đổi qua liên kết này, giúp nâng cao độ an toàn trong quá trình truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết cho phép truyền dữ liệu mà không cần thiết lập liên kết logic trước, với mỗi gói tin được gửi độc lập, không phụ thuộc vào các gói tin trước hoặc sau.

Như vậy với giao thức có liên kết, quá trình truyền thông phải gồm 3 giai đoạn phân biệt:

NHIỄU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ

Giới thiệu

9 Truyền thông Radio và wireless

+ Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính bằng giờ thực hành

BÀI 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Mã bài: MĐ34-01 Giới thiệu

Bài viết cung cấp cái nhìn tổng quan về vấn đề điều khiển trong công nghiệp, nhằm giúp sinh viên hiểu rõ hơn về các phương pháp điều khiển hiện đại, dự báo xu hướng phát triển trong tương lai gần tại Việt Nam.

- 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 quá trình học tập

1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì?:

Mạng truyền thông công nghiệp là hệ thống kết nối các thiết bị trong môi trường công nghiệp, cho phép truyền dữ liệu và thông số một cách hiệu quả Các mạng này hỗ trợ việc liên kết từ cảm biến, thiết bị quan sát đến máy tính điều khiển và các hệ thống quản lý doanh nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao hiệu suất hoạt động.

Mạng truyền thông công nghiệp không hoàn toàn giống mạng máy tính hay mạng viễn thông, mặc dù giữa chúng tồn tại một số điểm chung và khác biệt.

Mạng viễn thông có quy mô lớn với số lượng thành viên tham gia đông đảo, dẫn đến các yêu cầu kỹ thuật như cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông và tính năng thời gian thực trở nên đa dạng và phức tạp hơn Các phương pháp truyền thông như truyền tải dải rộng, điều biến, dồn kênh và chuyển mạch cũng thường phức tạp hơn so với mạng truyền thông công nghiệp.

Mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó con người là yếu tố chủ yếu Các dạng thông tin cần trao đổi trong mạng viễn thông bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu Ngược lại, mạng công nghiệp chỉ tập trung vào các thiết bị công nghiệp, vì vậy dữ liệu là dạng thông tin duy nhất được quan tâm.

Mạng truyền thông công nghiệp là một loại mạng máy tính đặc biệt, có những điểm tương đồng và khác biệt so với mạng máy tính thông thường.

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

Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính trong công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp, đặc biệt ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty.

Mạng truyền thông công nghiệp đòi hỏi tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích cao hơn so với mạng máy tính thông thường, trong khi mạng máy tính lại cần chú trọng nhiều hơn đến độ bảo mật.

Mạng máy tính có thể có quy mô rất khác nhau, từ mạng LAN nhỏ cho một nhóm máy tính đến mạng Internet rộng lớn Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông Tuy nhiên, các hệ thống mạng công nghiệp thường độc lập và có phạm vi hoạt động hẹp hơn Đặc biệt, trong hệ thống truyền thông công nghiệp, các yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản và chi phí thấp được ưu tiên hàng đầu.

1.2 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp:

Một bộ điều khiển cần được kết nối với cảm biến và cơ cấu chấp hành để thực hiện điều khiển hiệu quả Trong hệ thống điều khiển phân tán, các bộ điều khiển cũng cần trao đổi thông tin để phối hợp trong quá trình sản xuất Ở cấp độ cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cần giao tiếp với các bộ điều khiển nhằm theo dõi và giám sát toàn bộ quy trình sản xuất Việc sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp mang lại nhiều lợi ích quan trọng.

Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp giúp kết nối một lượng lớn thiết bị thuộc nhiều chủng loại khác nhau qua một đường truyền duy nhất.

Việc tiết kiệm dây nối và giảm thiểu công thiết kế, lắp đặt hệ thống là nhờ vào cấu trúc đơn giản, giúp cho quá trình thiết kế trở nên dễ dàng hơn Số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, qua đó giảm đáng kể chi phí nguyên vật liệu và công lắp đặt.

Kỹ thuật truyền thông số nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin bằng cách giảm thiểu tác động của nhiễu, điều mà phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển dễ gặp phải Các thiết bị mạng không chỉ khó bị sai lệch thông tin mà còn có khả năng tự phát hiện và chẩn đoán lỗi Hơn nữa, việc giảm thiểu các chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số cũng góp phần nâng cao độ chính xác của thông tin truyền đi.

Nâng cao độ linh hoạt và tính năng mở của hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế cho phép sử dụng thiết bị từ nhiều hãng khác nhau, tạo điều kiện thuận lợi cho việc thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng Giao diện chuẩn cũng tăng cường khả năng tương tác giữa các thành phần trong hệ thống, giúp tối ưu hóa hiệu suất và dễ dàng quản lý.

Việc tham số hóa, chuẩn đoán và định vị lỗi các thiết bị trở nên đơn giản và tiện lợi hơn với một đường truyền duy nhất Các thiết bị không chỉ có khả năng trao đổi dữ liệu quá trình mà còn gửi cho nhau các thông tin về tham số, trạng thái, cảnh báo và chuẩn đoán Hơn nữa, các thiết bị có thể tích hợp chức năng tự chuẩn đoán, trong khi các trạm trong mạng có khả năng cảnh báo lẫn nhau Quá trình cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa và đưa thiết bị vào vận hành có thể được thực hiện từ xa thông qua một trạm kỹ thuật trung tâm.

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 xảy ra khi hai hoặc nhiều tín hiệu có tần số khác nhau kết hợp khi truyền qua thiết bị phi tuyến, dẫn đến việc tạo ra các tín hiệu không mong muốn Những tín hiệu này gây ra nhiễu cho các đài vô tuyến điện khác, ảnh hưởng đến chất lượng truyền thông.

Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC) xảy ra khi các thiết bị và hệ thống vô tuyến điện, điện và điện tử không hoạt động đúng trong môi trường điện từ Một số nguyên nhân gây ra nhiễu EMC bao gồm sự tương tác không mong muốn giữa các thiết bị, ảnh hưởng từ sóng điện từ, và các yếu tố môi trường khác.

 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 không đảm bảo kỹ thuật tại các điểm tiếp xúc giữa đường dây tải điện không được bảo bọc và các trụ sứ có thể gây ra hiện tượng nhiễu cho các mạng đường dây điện lân cận.

 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, xảy ra khi các thiết bị phát sóng vô tuyến điện phát ra tín hiệu không đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật Những phát xạ ngoài băng này gây ra nhiễu cho các thiết bị khác, ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng truyền dẫn.

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 là hiện tượng gây ra bởi các nguồn sóng điện từ khác nhau, bao gồm sóng Radio, truyền hình và sóng điện thoại ở tần số cao Ngoài ra, các nguồn nhiễu số như ánh sáng, rơle, motor và nguồn phóng xạ cũng góp phần tạo ra nhiễu Các nguồn tần số thấp, chẳng hạn như điện áp cao trong truyền dẫn điện, cũng là nguyên nhân gây nhiễu điện từ.

Ba vấn đề chính của nhiễu điện từ

Sử dụng cáp có vỏ bọc che chắn để chống các nguồn nhiễu từ bên ngoài

Hình 2.2: Cáp có vỏ bọc che chắn

3.3 Tốc độ dẫn của dây cáp:

- Đối với các hệ thống thương phẩm có thể đạt tới 1 đến 50 Gbits/s với các đường truyền đến 10Km

Các dạng nối đất cơ bản

- Nguồn cách điện với đất

- Tải cách điện với đất

Hình 2.3: Các kiểu nối đất

- Nhiễu cáp truyền cảm ứng điện dung

Hình 2.4: Kỹ thuật triệt nhiễu bằng điện dung

- Bảo vệ chống cảm ứng điện dung

Hình 2.5: Bảo vệ chống cảm ứng điện dung

- Chống nhiễu bọc kim bằng 1 màn chắn:

Hình 2.6: chống nhiễu bọc kim bằng một màn chắn

- Cảm ứng ở thanh của bọc kim:

Hình 2.7: Cảm ứng thanh của bọc kim

- Cảm ứng điện cảm và cách bảo vệ

Hình 2.8: Cảm ứng điện cảm

- Sử dụng bộ khuếch đại vi sai:

Màu xanh lá cây : 2 dây nối với đất vi sai

Màu đỏ: dây nối đất cầu Wheatstone với khuếch đại đo lường

Hình 2.9: Khuếch đại vi sai

- Chống nhiễu bằng cách sử dụng đường truyền tích hợp:

 Truyền có dây có 3 loại chính

- Truyền có 1 dây nối đất

 Loại dây xoắn: loại này phổ biến nhất vì loại xoắn giữa 2 cực tím hiệu nên có khả năng chống được nhiễu điện từ

- Kiểu chống nhiễu của nó dựa vào điện cảm

Hình 2.12: Cáp quang Đặc điểm:

- Dây dẫn quang bằng lõi hình trụ, bằng thủy tinh hay bằng nhựa

- Là chùm sáng trong dây dẫn quang

- Chùm sáng phản xạ phải trong dây dẫn Lưu lượng:

- Đối với hệ thống thương phẩm Từ 1 đến 50 Gbits/s và chiều dài truyền khoảng 10Km

- Hệ số truyền sai 10  9 Ưu điểm:

- Không gây một nhiễu dạng xung

- Không phát ra tín hiệu nào

- Rất chắc chắn khi sử dụng

- Không cần có biện phát phát hiện sai

Câu 1 : Nêu các phương pháp hạn chế nhiễu trong công nghiệp, cho ví dụ thực tiễn về các hệ thống chống nhiễu này?

Câu 2: Nhiễu thường gây hại gì đến sản xuất? tại sao trong nhà máy dùng nhiều biến tần thì gây ra nhiễu lớn?cách khắc phục?

CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS232

Chuẩn truyền thông RS232

Ngày nay, các thiết bị đo lường và điều khiển cần giao tiếp với máy tính để theo dõi thông số và chế độ hoạt động Chuẩn giao tiếp RS232 được coi là đơn giản và dễ sử dụng, phổ biến trong hầu hết các thiết bị Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về chuẩn giao tiếp RS232, bao gồm sơ đồ ghép nối và giao diện phần mềm.

RS-232, còn được biết đến với tên quốc tế EIA/TIA-232 và chuẩn châu Âu CCITT V2.4, được phát triển chủ yếu để kết nối điểm-điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE - Data Terminal Equipment) Ví dụ, nó được sử dụng để kết nối giữa hai máy tính (như PC, PLC), giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và thiết bị truyền dữ liệu (DCE).

Data Communication Equipment) ví dụ giữa máy tính và Modem (dùng dây Console để cấu hình mạng cho Modem qua máy tính).

Các yếu tố của RS232

RS-232 là một phương thức truyền dữ liệu không đối xứng, sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và mass, với mức điện áp dao động từ -15V đến 15V Cụ thể, khoảng từ 3V đến 15V đại diện cho giá trị logic 0, trong khi khoảng từ -15V đến -3V tương ứng với giá trị logic 1 Do khoảng từ -3V đến 3V không được định nghĩa, tín hiệu cần vượt qua khoảng quá độ này trong thời gian ngắn hợp lý khi chuyển đổi giữa các giá trị logic.

Theo quy định tại 66259, độ dốc tối thiểu của tín hiệu phải đạt 6V/ms hoặc 3% nhịp xung, tùy thuộc vào giá trị nào nhỏ hơn Quy định này yêu cầu phải hạn chế điện dung của các thiết bị liên quan và cả đường truyền.

Quy trình trạng thái logic tín hiệu RS-232 cho thấy rằng tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, với hầu hết các hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tốc độ lên đến 19.2KBd cho chiều dài từ 30-50m Mặc dù đã có các mạch thu phát đạt tốc độ 460KBd và cao hơn, nhưng việc duy trì tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2KBd theo chuẩn RS-232 trong một hệ thống hoạt động dựa vào ngắt là điều khá khó khăn.

Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng công suất phát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7K

Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa Điện áp đầu ra hở mạch 25V Điện áp đẩu ra khi có tải 3K R L  7K 5V 15V

Trở kháng đẩu ra khi cắt nguồn -2V  VO 2V 300

Dòng ra ngắn mạch 500mA Điện dung tải 2500pF

Trở kháng đầu vào 3V  VI 25V 3K 7K

Ngưỡng cho giá trị logic 0 3V

Ngưỡng cho giá trị logic 1 -3V

Bảng 1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-232

Chuẩn EIA/TIA-232F xác định ba loại giắc cắm RS-232: DB-9 (9 chân), DB-25 (25 chân) và ALT-A (26 chân) Trong số đó, giắc cắm DB-9 và DB-25 được sử dụng phổ biến hơn, với DB-9 được chuẩn hóa riêng theo EIA/TIA-574.

Hình 3.3: Sơ đồ chân RS-232 loại DB-9

Pin 1 - DCD (Data Carrier Detect) được sử dụng để kiểm soát quyền truy cập vào đường truyền Khi một trạm nhận tín hiệu DCD ở trạng thái OFF, điều này có nghĩa là trạm đối tác chưa gửi tín hiệu yêu cầu dữ liệu (chân RTS - Pin 7), cho phép trạm này có thể đoạt quyền kiểm soát đường truyền nếu cần Ngược lại, khi tín hiệu DCD ở trạng thái ON, điều này chỉ ra rằng bên đối tác đã gửi tín hiệu RTS và đã giành quyền kiểm soát đường truyền.

 Pin 2 - RxD (Receive Data) nhận dữ liệu từ đường truyền.

 Pin 3 - TxD (Transmit Data) gửi dữ liệu lên đường truyền

Pin 4 - DTR (Data Terminal Ready) thường ở trạng thái ON khi thiết bị đầu cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông Khi mạch DTR ở trạng thái ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE tự trả lời và chấp nhận lời kêu gọi không yêu cầu Ngược lại, mạch DTR sẽ ở trạng thái OFF khi thiết bị đầu cuối không muốn DCE chấp nhận lời gọi từ xa, tức là hoạt động ở chế độ cục bộ.

 Pin 5 - GND: Chân nối mass

 Pin 6 - DSR (Data Set Ready, DCE Ready): Cả hai Modem chuyển mạch DSR sang ON khi một đường truyền thông đã được thiết lập giữa hai bên

Pin 7 - RTS (Request To Send) đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chiều truyền dữ liệu Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó sẽ kích hoạt mạch RTS sang trạng thái ON để thông báo cho Modem của mình Thông tin này cũng được chuyển tiếp đến Modem xa.

Khi tín hiệu CTS (Clear To Send) chuyển sang trạng thái ON, điều này thông báo cho trạm rằng modem của nó đã sẵn sàng nhận dữ liệu Tín hiệu này cũng giúp kiểm soát đường điện thoại để đảm bảo việc truyền dữ liệu diễn ra xa một cách hiệu quả.

Pin 9 - RI (Ring Indicator) là một mạch quan trọng trong modem, hoạt động bằng cách chuyển ON/OFF khi nhận được cuộc gọi, tạo ra tín hiệu chuông điện thoại để thông báo cho trạm đầu cuối Tín hiệu này cho biết rằng một modem từ xa đang yêu cầu thiết lập kết nối dial-up.

Hoạt động của giao diện RS232

Chế độ làm việc hai chiều toàn phần (full-duplex) cho phép hai thiết bị truyền tin đồng thời thu và phát tín hiệu Để thực hiện truyền thông hiệu quả, cần tối thiểu ba dây dẫn, và phần mềm sẽ đảm bảo độ an toàn trong quá trình truyền dẫn tín hiệu.

Hình 3.4 minh họa ví dụ ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị trong chế độ bắt tay (handshake mode) mà không cần modem, đảm bảo an toàn giao tiếp qua dây dẫn DTR và DSR Trong cấu hình này, các chân RTS và CTS được nối ngắn Cần lưu ý rằng khi truyền thông qua modem, cấu hình ghép nối sẽ có sự khác biệt.

Một số ví dụ về kiểu ghép nối của RS-232 tùy vào các trường hợp

Hình 3.4: Ví dụ ghép nối với RS-232

Các hạn chế

RS-232 là một phương thức truyền thông không đối xứng, sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa dây dẫn và đất Ngay từ khi ra đời, nó đã mang tính chất lỗi thời của chuẩn TTL, vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để biểu thị các mức logic 0 và 1 Ngoài ra, RS-232 còn quy định các giá trị trở kháng tải kết nối vào bus và trở kháng ra của bộ phát.

Mức điện áp của tiêu chuẩn RS232C ( chuẩn thường dùng bây giờ) được mô tả như sau:

Các mức điện áp từ -3V đến 3V là trạng thái chuyển tiếp, nơi không được định nghĩa rõ ràng Khi giá trị logic thay đổi, tín hiệu cần vượt qua quãng quá độ trong thời gian ngắn hợp lý, điều này yêu cầu hạn chế về điện dung của thiết bị và đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, với hầu hết hệ thống hiện nay chỉ hỗ trợ tốc độ 19,2 kBd Độ dài cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi qua cổng nối tiếp RS232 không nên vượt quá 15m nếu không sử dụng model.

Các giá trị tốc độ truyền dữ liệu chuẩn: 50, 75, 110, 750, 300, 600, 1200,

Xử lý sự cố

Cáp RS232, từng phổ biến trong đời sống hàng ngày và công nghiệp, hiện đang dần được thay thế bởi các loại cáp có tốc độ truyền nhanh hơn như RS422 và RS485 Một số loại cáp RS232 thường gặp bao gồm cáp PLC S7200 cổng COM, cáp PLC Mitsubishi, cáp máy in và cáp màn hình máy tính.

Hình 3.4 : một số loại cáp plc cổng truyền thông RS232

5.2 Các phương pháp tiếp cận

Một số sự cố thường gặp đối với cổng truyền thông RS232

- Tiếp xúc giữa các chân

- Đứt một trong các dây

- Một trong các jắc cắm bị hỏng

 Thực hành kiểm tra các loại cáp chuẩn RS232

Kiểm tra thông mạch bằng đồng hồ VOM giúp ghi lại tình trạng đấu nối của các loại cáp, xác định xem có dây nào bị đứt hay không Trong quá trình kiểm tra, cần vệ sinh khe cắm và kiểm tra xem có chân nào bị gãy trong số 9 chân hay không.

Để kiểm tra chức năng truyền thông RS232 trên máy tính, cần cài đặt phần mềm RS232 và kết nối cáp với cổng COM của máy tính và thiết bị cần thử nghiệm Khi thực hiện kiểm tra, chú ý cắm đúng khe chân cho RS232; nếu khe cắm bị khiếm khuyết, có thể thử đổi sang khe cắm khác Đầu tiên, chọn cổng COM mà máy tính nhận diện, sau đó chọn đúng cổng trên phần mềm RS232-test Tiếp theo, thiết lập tốc độ truyền và dữ liệu bít, rồi nhấn nút start để phần mềm tự động dò tìm thông số của cáp.

Hình 3.5 : Phần mềm test thử RS232

 kiểm tra thực tế trên thiết bị ví dụ như ta có cáp plc s7-200 và cpu s7-

Để bắt đầu, kết nối một đầu cáp vào máy tính và đầu còn lại vào PLC S7-200 Sau đó, mở phần mềm Microwin 4.0 trên desktop Khi màn hình soạn thảo xuất hiện, nhấn đúp vào biểu tượng để hiển thị khung màn hình, sau đó chọn PC/PPI cáp PPI.

Bước 2: Chọn PC/PPI để hiển thị màn hình lựa chọn cổng giao tiếp; tùy thuộc vào loại cáp, hãy chọn cổng COM tương ứng.

Hình 3.7 : hình chọn cổng com Sau đó ta click vào tab PPI và chọn tốc độ truyền thời gian time out sau đó nhấn ok

Hình 3.7 : hình chọn tốc độ truyền

Sau khi nhấn "OK", chọn biểu tượng "communication", màn hình sẽ hiển thị giao diện như hình dưới Tiếp theo, nhấn vào "double refresh" để ghi nhận giá trị và kiểm tra trạng thái hoạt động của cáp.

Bước 3: Học sinh thực hiện lại các bước đã hướng dẫn, tùy thuộc vào từng loại cáp và thiết bị phù hợp Giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh thực hành và ghi chép kết quả để báo cáo.

5.4 Cách giải quyết một số vấn đề cơ bản:

Khi kiểm tra cáp không kết nối được, trước tiên cần kiểm tra hai đầu cắm xem có bị lỏng hay không và các chân cắm có còn tốt hay bị rỉ xét Ngoài ra, cần kiểm tra driver của máy tính để đảm bảo đã cài đặt đầy đủ bằng cách vào Start -> My Computer.

Nhấn chuột phải và chọn "Manager" sau đó vào "Driver Manager" để kiểm tra driver của cáp thiết bị Tiếp theo, sử dụng VOM để kiểm tra thông mạch; nếu tất cả đều tốt, cáp mới sẽ kết nối được.

Cáp RS232 là một công cụ phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp nhỏ và vừa, việc kiểm tra kết nối cáp khá đơn giản Tuy nhiên, để chế tạo cáp RS232, người dùng cần có kiến thức vững chắc Học sinh cần nắm vững các vấn đề cơ bản liên quan đến cáp RS232 để có thể dễ dàng tiếp cận và làm việc trong môi trường công nghiệp.

Câu 1 : Nêu cấu trúc bức điện của cáp RS232, các ứng dụng và tầm quang trong của cáp RS232?

Câu 2 : Kể tên một số loại cáp download chương trình la RS232, cách kiểm tra cụ thể một số loại cáp đó

CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485

Chuẩn truyền thông RS485

RS-485, hay còn gọi là EIA/TIA-485, là chuẩn truyền thông đa điểm duy nhất do EIA phát triển, cho phép kết nối nhiều trạm trên một đường truyền chung, được gọi là bus Chuẩn này được thiết kế để khắc phục hạn chế của RS-232, vốn chỉ cho phép kết nối hai trạm trên một đường truyền.

RS-485 cho phép kết nối tối đa 32 thiết bị trên cùng một đường truyền, làm cho nó trở thành lựa chọn phổ biến trong các hệ thống bus trường Các thiết bị này có thể được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần sử dụng bộ lặp.

RS-485 sử dụng cấu hình mạng phổ biến nhất là sử dụng hai dây dẫn cho việc truyền tín hiệu.

Hình 4.1 : Cấu hình mạng RS-485 hai dây (A và B)

RS-485 là một chuẩn về đặc tính điện học, không phải là một chuẩn hoàn chỉnh, do đó không có quy định cụ thể cho cáp nối và các bộ nối Người dùng có thể sử dụng nhiều loại cáp khác nhau như đôi dây xoắn, cáp trơn, nhưng đôi dây xoắn vẫn là lựa chọn phổ biến nhất nhờ khả năng chống tạp nhiễu và xuyên âm hiệu quả.

RS-485 là một phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng, sử dụng sự chênh lệch điện áp giữa hai dây dẫn (dây âm và dây dương) để biểu diễn trạng thái logic (1 và 0) của tín hiệu Phương pháp này không phụ thuộc vào điện thế của đất, giúp cải thiện khả năng chống nhiễu và tăng cường độ tin cậy trong việc truyền tải dữ liệu.

Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa Điện áp đầu ra hở mạch 1,5V 6V Điện áp đầu ra khi có tải RLOAD = 100 1.5V 5V

Dòng ra ngắn mạch 250mA

Thời gian quá độ đầu ra RLOAD = 54

30% Tb * Điện áp chế độ chung đầu ra VOC

RLOAD = 54 -1V 3V Độ nhạy cảm đầu vào -7VVCM12V 200mV Điện áp chế độ chung VCM -7V 12V

Bảng 4.1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-485

Hình 4.2: Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-485

1.2 Các đặc trưng của RS485:

Chế độ truyền bán song công (half-duplex) với cấu hình hai dây dẫn có chi phí đầu tư thấp hơn, trong khi chế độ truyền song công toàn phần (full-duplex) với bốn dây dẫn phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền tải thông tin cao, nhưng có giá thành cao hơn Mặc dù mức tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B không phụ thuộc vào hệ đất, hệ thống RS-485 vẫn cần một đường dây nối đất để giảm thiểu nhiễu chế độ chung và các dòng khác, như dòng đầu vào bộ thu.

RS 485 cho phép 32 bộ truyền trên bus có 3 ngõ ra trạng thái tốc độ truyền tối đa là 10Mbps.

Xử lý sự cố

Chuẩn RS-485 cho phép kết nối tối đa 32 mạch truyền và nhận trên cùng một đường dây bus, và với sự hỗ trợ của bộ lặp Repeater tự động cùng các bộ truyền nhận có trở kháng cao, giới hạn này có thể mở rộng lên đến 256 node trong mạng.

485 có khả năng chống chịu tốt với xung đột dữ liệu và các điều kiện lỗi trên đường truyền Receiver nhận tín hiệu thông qua việc lấy chênh lệch áp giữa hai dây, giúp tự động triệt tiêu nhiễu Thực tế cho thấy các linh kiện RS-485 hoạt động hiệu quả trong môi trường khắc nghiệt.

RS-485 chỉ chịu được sự chênh lệch điện áp giữa các đất trong giới hạn chỉ định trong Datasheet Để khử hoặc giảm vấn đề điện áp đất, một giải pháp hiệu quả là cách ly đường kết nối, giúp điện thế đất của bộ truyền và bộ nhận không bị ảnh hưởng lẫn nhau Mặc dù giới hạn nhiễu của RS-485 nhỏ hơn so với RS-232, nhưng vẫn tồn tại nhiễu do ảnh hưởng từ các thiết bị khác và từ chính RS-485, do đó cần áp dụng các biện pháp lọc nhiễu thích hợp.

2.2 Chuẩn truyền thông RS485 và RS422:

Về mặt điện học, RS-485 và RS-422 có nhiều điểm tương đồng, đặc biệt là việc sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B Ngưỡng giới hạn cho điện áp chung (V CM) của RS-485 được mở rộng hơn so với các tiêu chuẩn khác.

7 V đến 12 V, cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp ba lần so với RS-422

RS-485, giống như RS-422, cho phép khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối lên tới 1200m, không phụ thuộc vào số lượng trạm tham gia Tốc độ truyền dẫn tối đa có thể đạt 10Mbit/s, nhưng có sự ràng buộc giữa tốc độ truyền dẫn và độ dài dây dẫn Điều này có nghĩa là một mạng dài 1200m không thể hoạt động với tốc độ 10MB/s.

Trong trường hợp cáp truyền ngắn và tốc độ truyền thấp, không cần thiết phải sử dụng điện trở đầu cuối (khoảng 100Ω đến 120Ω), vì tín hiệu phản xạ sẽ suy giảm và triệt tiêu sau vài lần Tốc độ truyền dẫn thấp đồng nghĩa với chu kỳ nhịp bus dài, và nếu tín hiệu phản xạ hoàn toàn triệt tiêu trước thời điểm trích mẫu ở nhịp tiếp theo, thì thông tin sẽ không bị ảnh hưởng Có nhiều phương pháp để chặn đầu cuối cho đường dẫn RS-485, RS-422, nhưng phương pháp phổ biến nhất là sử dụng một điện trở thuần nối giữa hai dây.

Phương pháp chặn song song với điện trở A và B tại mỗi đầu giúp đảm bảo chất lượng tín hiệu bằng cách chọn điện trở có giá trị tương đương với trở kháng sóng của cáp nối, từ đó ngăn chặn tín hiệu phản xạ Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là gây hao tổn nguồn tại hai điện trở.

Phương pháp thứ hai để chặn RC là sử dụng một tụ điện C mắc nối tiếp với điện trở R Mạch RC giúp khắc phục nhược điểm của điện trở thuần, nhưng hiệu ứng thông thấp của nó hạn chế khả năng hoạt động của hệ thống ở tốc độ cao.

Phương pháp nối đất trong hệ thống RS-485 và RS-422 không ảnh hưởng đến điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B, nhưng vẫn cần thiết để cung cấp một đường thoát cho nhiễu chế độ chung và các dòng điện khác Việc nối đất giúp duy trì một mức điện áp tối thiểu giữa hai dây A và B, ngay cả khi bus không hoạt động hoặc trong trường hợp xảy ra sự cố.

Hình 4.3 : Phương pháp chặn đầu cuối RS485/ RS422

Phương pháp Không chặn Song song RC Tin cậy

Tốc độ Thấp Cao Trung bình Cao

Chất lượng Kém Cao Trung bình Cao

Tổn hao nguồn Thấp Cao Thấp Cao

Bảng 4.2 : Tóm tắt các phương pháp chặn đầu cuối RS-485/RS422

2.3 Lắp đặt truyền thông RS485:

Tất cả các thiết bị trong cấu trúc Bus có thể kết nối tối đa 32 trạm (Master hoặc Slave) vào một Segment Mỗi Segment được kết thúc bằng Bus tích cực (Active Bus Terminator) ở cả hai đầu Để đảm bảo hoạt động ổn định và không có lỗi, cả hai đầu kết thúc Bus luôn cần có nguồn điện.

Hình 4.4a : Mạng RS485 đa điểm dùng 2 dây

Hình 4.4b : Mạng RS485 đa điểm dùng 2 dây

Hình 4.5a : Mạng RS485 đa điểm dùng 4 dây

Hình 4.5b : Mạng RS485 đa điểm dùng 4 dây

Tốc độ truyền tải có thể bị hạn chế do sự không tương thích của dải tần cơ sở trong môi trường làm việc Tín hiệu ở các tần số này có thể gây ra nhiễu cho các thiết bị điện tử khác hoặc bị nhiễu từ các thiết bị khác Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây, hiện tượng phản xạ có thể xảy ra, dẫn đến nhiễu Nhiễu ở mức độ nhỏ có thể chấp nhận được, nhưng nếu lớn sẽ làm sai lệch tín hiệu Hình minh họa dưới đây cho thấy dạng tín hiệu thu được khi sử dụng hai điện trở đầu cuối khác nhau.

Hình 4.6 :Cách đặt điện trởR T trong RS485

Hệ thống truyền dẫn cân bằng bao gồm hai dây tín hiệu A và B, không sử dụng dây mass Tín hiệu trên hai dây này có đặc điểm đối kháng nhau; khi một dây phát tín hiệu cao, dây còn lại sẽ phát tín hiệu thấp và ngược lại Điều này giúp cải thiện khả năng chống nhiễu và tăng cường chất lượng tín hiệu truyền đi.

Hình 4.7a : Kiểu truyền cân bằng 2 dây

Hình 4.7b : Tín hiệu trên 2 dây của hệ thống cân bằng bằng máy oscilloscope

- Kiểm tra điện áp đầu ra không vượt quá  6 v, điện áp khác biệt không nhỏ hơn  1.5v và không lớn hơn 6v

- Kiểm tra sự khác biệt điện áp V OD và V OC

- A 1.5V |V OD | 5 V , và |V OD | || V OD |V OD || 0.2 V

- B 1 | V OC | 3 V , và |V OC | || V OC |V OC || 0.2 V

Chuẩn RS485 hiện nay được sử dụng phổ biến trong công nghiệp, tuy nhiên, vấn đề nhiễu vẫn gây ra nhiều khó khăn cho các chuyên gia tại nhà máy Với sự phát triển của các thiết bị công nghiệp ngày càng tân tiến, tình trạng nhiễu trong môi trường công nghiệp đã được giảm thiểu đáng kể.

Câu 1: Nêu sự giống nhau và khác nhau của cáp RS-232/RS422/RS485 về đặc tính điện học, phương pháp nối, ứng dụng?

Câu 2: Trong công nghiệp hiện nay các chuẩn truyền thông thường dùng loại cáp nào? Kể tên các loại cáp truyền nhận dùng trong công nghiệp?

CÁP QUANG

Các thiết bị

Một tuyến thông tin quang bao gồm ba thành phần chính: nguồn phát, đầu thu và cáp quang Nguồn phát có thể là LED, IRED hoặc laser diode, thường được điều chế bằng tín hiệu tương tự hoặc kích hoạt bởi các xung số Đầu thu thường sử dụng PIN hoặc APD Tuyến thông tin quang có thể được phân loại theo khoảng cách truyền tải, bao gồm ngắn, trung bình và xa, trong đó thông tin khoảng cách ngắn thường nằm trong phạm vi vài mét.

- Thiết bị điều khiển quá trình và thiết bị công nghiệp

- Cảm biến y tế, đưa vào cơ thể bệnh nhân và nối với thiết bị ghi

- Máy tính và thiết bị ngoại vi

- Các cấu phần có độ chính xác cao cho mục đích quảng cáo

Hệ thống khoảng cách trung bình, thường từ vài mét đến dưới 1 km, được biết đến với tên gọi mạng LAN, sử dụng sợi thủy tinh đa mode (băng rộng và tổn hao thấp) hoặc plastic đa mode Nguồn sáng điển hình là IRED hoạt động ở bước sóng 850 nm Khẩu độ số thường dao động từ 0.2 đến 0.5, với đường kính lõi từ 50 đến 100 µm, nhằm thuận tiện cho việc ghép nối với bức xạ từ IRED Đường kính lõi lớn hơn giúp giảm chi phí lắp đặt và kết nối, nhưng có thể làm giảm độ rộng băng.

Hệ thống khoảng cách xa được thiết kế dễ dàng hơn nhờ yêu cầu hạn chế về cấu phần Hệ thống này có khả năng tải dữ liệu băng rộng và có thể sử dụng sợi quang chiết suất graded Tuy nhiên, ở khoảng cách rất xa, chỉ nên sử dụng sợi đơn mode để đảm bảo độ rộng băng và mức tổn hao cho phép Nguồn laser diode communication-grade hoặc edge-emitting IRED có thể được dùng để ghép năng lượng vào các sợi quang này.

Kỹ thuật hàn cáp sợi quang thường được dùng hơn so với các bộ đấu nối cơ để bao đảm tổn hao thấp và độ ổn định cao

Các cấu trúc ống dẫn sóng và các linh kiện khác :

Quang học tích hợp là công nghệ tích hợp các ống dẫn sóng và linh kiện quang trên các đế vật liệu tương tự như mạch tích hợp bán dẫn Các linh kiện này bao gồm bộ tách tín hiệu, bộ dời pha, bộ điều chế và bộ chuyển mạch, tất cả đều sử dụng cấu trúc ống dẫn sóng với vật liệu có chiết suất cao hơn so với vật liệu đế Ống dẫn sóng hoạt động tương tự như cáp sợi quang, phục vụ cho việc tách hoặc ghép tín hiệu Bằng cách điều chỉnh tiết diện ống dẫn sóng, chiết suất vật liệu, khoảng cách giữa các lõi và chiều dài miền ghép, có thể thiết lập tỷ lệ ghép năng lượng hiệu quả.

Các thông số của bộ ghép quang:

Thông số Bộ ghép 4 cổng Bộ ghép N-Part

Tỷ số ghép P2 / (P2 + P3) PN / Po

Tổn hao dư thừa P2 + P3/ P1 Po / Pi

Tổn hao chèn P2 / P1 PN / Pi Độ đồng nhất Độ định hướng

 PN: công suất ra khỏi cổng N bất kỳ

 Pi: công suất vào tổng

 Po: công suất ra tổng

 Ph: công suất ra lớn nhất

 Ps: công suất ra nhỏ nhất

 Px: công suất ra cổng không ghép

Quá trình ghép sử dụng mạng 4 cổng kết hợp với hiệu ứng quang điện để tạo ra các chuyển mạch quang Các vật liệu có hiệu ứng quang điện sẽ thay đổi chiết suất khi có điện trường do áp đặt điện áp Sự kết hợp giữa điện áp thiên áp và điện áp chuyển mạch sẽ xác định đầu ra truyền bức xạ.

Các vật liệu tinh thể như GaAs thể hiện hiệu ứng quang điện, trong khi vật liệu đế LiNbO có hiệu ứng quang điện mạnh mẽ Thế chuyển mạch của chúng dao động từ 5 đến 10V, với hệ số định hướng đạt từ 100:1 đến 3000:1.

Chiết suất của vật liệu ảnh hưởng đến vận tốc truyền sóng và sự thay đổi chiết suất có thể làm thay đổi pha tương đối Các bộ di pha và điều chế pha được cấu tạo từ ống dẫn sóng đặt trong tinh thể quang điện, giữa hai điện cực Mức độ di pha phụ thuộc vào độ lớn điện áp và chiều dài của ống dẫn sóng.

Các thông số cơ bản

Khoảng cách giữa các góc được phép (hay góc tách được phép:

 n1: chiết suất lõi sợi quang

 λ0: bước sóng trong không gian tự do

Số mode có thể tồn tại trong sợi quang phụ thuộc ∆θ và góc tới lan truyền, với cáp tròn: n = (πT) 2 /2 trong đó:

 θp: góc lan truyền cực đại

 n: số mode khi πT > 2.405 Thông số V (hay tần số chuẩn hoá), khi π T < 2,405:

 r: bán kính lõi sợi quangn2: chiết suất vỏ

Méo mode và tán sắc:

- t0: trễ trục với khoảng cách L

- tm: trễ dọc theo đường truyền ứng với θp

Hiện tưọng tán sắc xảy ra khi nguồn bức xạ nhiều bước sóng trong một khoảng ∆λ , khi đó xung tín hiệu sẽ bị mở rộng 1 lượng: t = K(λ).∆λ.L Trong đó:

 K(λ) : h ệ số tán sắc, phụ thuộc vật liệu và bước sóng.

 L: chiều dài cáp sợi quang

- Công suất bức xạ sẽ ra khỏi ống dẫn sóng theo 1 hình nón tương tự như qua lỗ hẹp

Khi khoảng cách giữa đầu thu và miệng sợi quang giảm, kích thước vệt chiếu từ miệng sẽ đạt đường kính lõi sợi quay Nếu diện tích đầu thu nhỏ hơn diện tích vệt chiếu, tỷ số dòng bức xạ thu được so với dòng rời khỏi sợi quay sẽ bằng tỷ số diện tích: θe / θ0 = (Dd / Dc)² (NAdet / NAfiber)².

- NAdet: khẩu độ số đầu thu

- NAfiber: khẩu độ số sợi quang

- θe: dòng bức xạ đến đầu thu

- θ0: dòng bức xạ rời khỏi miệng sợi quan

- Dd: đường kính miệng đầu thu

- Dc: đường kính lõi sợi quang Độ rộng băng:

- T: hệ số mở rộng xung

- t2: độ rộng xung đầu ra sợi quang

- t1: độ rộng xung đầu vào sợi quang(rad)

Các loại

Có 3 loại sợi quang cơ bản :

- Sợi chiết suất bước (step-index fiber): thay đổi đột biến chiết suất lõi và vỏ

- Sợi chiết suất thay đổi từ từ (graded-index fiber) n(r) = n0[1- (n12 – n22)/n0 2 (r/r0) 2 ] 1/2 , với 0 < r < r0

Chiết suất giảm dần từ tâm ra biên phân cách với vỏ (n2)

 Đường kớnh ngoài từ 125 ữ 1100 àm

 Đường kớnh ngoài từ 125 ữ 150 àm

→ thông tin khoảng cách xa

- Đường kớnh ngoài từ 75 ữ 125 àm

Các xung công suất được tải dọc theo các đường khác nhau sẽ đến đầu cuối tại những thời điểm khác nhau, với mode trục tới trước tiên và mode ứng với góc NA đến sau cùng, dẫn đến hiện tượng trễ mode.

- Do trễ mode, xung dòng tổng thu được sẽ rộng hơn xung bức xạ gốc

→ quá trình mở rộng xung này xung này gọi là méo mode (modal distortion )

→ Graded - index fiber có méo mode nhỏ hơn so với step-mode fiber

- Biên độ xung truyền qua cáp bị suy giảm do hấp thụ, tán xạ và bức xạ.

Ngoài ra còn phân ra 2 loại cáp quang theo cấu tạo:

Ribbon:cáp quang dạng ruy-băng, chứa nhiều sợi quang bên trong (Hình 5.2.a) Zipcord: hai sợi quang có vỏ ngoài liền nhau như dây điện (Hình 5.2b)

Hình 5.2.a: Nguyên tắc làm việc của cáp quang Hình 5.2.b: Nguyên tắc làm việc của cáp quang

Giao tiếp quang bao gồm ba thành phần chính: nguồn phát, cáp quang làm vật truyền dẫn trung gian và nguồn thu Nguồn phát có chức năng chuyển đổi tín hiệu điện tử thành ánh sáng, sau đó truyền qua cáp quang Cuối cùng, nguồn thu sẽ chuyển đổi ánh sáng trở lại thành tín hiệu điện tử Hai loại nguồn phát phổ biến là laser và LED.

Laser ít tán sắc, cho phép truyền dẫn dữ liệu tốc độ nhanh, khoảng cách xa

Cáp quang với khoảng cách truyền dẫn trên 20km có thể sử dụng cho cả Singlemode và Multimode, tuy nhiên chi phí cao và khó sử dụng Trong khi đó, LED tán sắc nhiều và truyền dẫn tốc độ chậm hơn, nhưng lại có chi phí thấp và dễ sử dụng, thường được áp dụng cho cáp quang Multimode LED thích hợp cho các hệ thống có khoảng cách ngắn hơn và có thể sử dụng cho cả sợi quang thủy tinh và sợi quang plastic.

Loại cáp quang bình thường

Hình 5.3: Hình dáng bên trong của cáp quang 3 lõi

Cáp quang có từ 2 đến 60 sợi, hoạt động ở bước sóng 1310nm và 1550nm, với phần tử chịu lực trung tâm bằng vật liệu phi kim loại (FRP) Ống đệm bảo vệ sợi quang được thiết kế theo phương pháp ống đệm lỏng, với sợi quang được bện theo phương pháp SZ quanh phần tử chịu lực Khe giữa sợi quang và ống đệm được làm đầy bằng hợp chất đặc biệt nhằm ngăn nước xâm nhập Cáp còn được trang bị lớp băng chống thấm nước và lớp nhựa PE bảo vệ bên ngoài Dây treo bằng sợi thủy tinh phi kim loại (FRP) thích hợp cho việc sử dụng ngoài trời và treo trên không.

5.2 Cáp ngầm (trong đất, nước):

Cáp quang được cấu tạo từ ba thành phần chính: lõi (core), lớp phản xạ ánh sáng (cladding) và lớp vỏ bảo vệ chính (primary coating) Lõi được làm từ sợi thủy tinh hoặc plastic, có chức năng truyền dẫn ánh sáng Lớp cladding bao bọc lõi nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại lõi, trong khi lớp vỏ bảo vệ chính bằng nhựa PVC giúp bảo vệ lõi và cladding khỏi bụi bẩn, ẩm ướt và trầy xước Hai loại cáp quang phổ biến là GOF (Glass Optical Fiber) và POF (Plastic Optical Fiber) POF có đường kính lõi khoảng 1mm, thích hợp cho truyền dẫn tín hiệu khoảng cách ngắn và mạng tốc độ thấp Các thông số kỹ thuật của cáp quang GOF thường ghi là 9/125µm, 50/125µm hay 62,5/125µm, chỉ rõ đường kính của lõi và cladding, trong khi đường kính của lớp vỏ bảo vệ chính là 250µm.

Cáp quang 1 lõi được bảo vệ bởi nhiều lớp vỏ khác nhau, bao gồm ba lớp chính: lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) Lớp chịu lực kéo thường được làm từ sợi Kevlar, giúp cáp chịu nhiệt và kéo căng Lớp buffer, thường bằng nhựa PVC, có chức năng bảo vệ cáp khỏi va đập và độ ẩm Lớp áo giáp (jacket) là lớp bảo vệ bên ngoài cùng, có khả năng chống va đập, nhiệt và mài mòn, giúp bảo vệ các phần bên trong khỏi ẩm ướt và tác động của môi trường Tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng, mỗi loại cáp có thể có các lớp jacket khác nhau.

Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt (loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer)

Hình 5.5: Cáp quang trong nhà Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công

Trong các tài liệu liên quan đến cáp quang, bạn sẽ gặp hai thuật ngữ viết tắt IFC (Intrafacility fiber cable) và OSP (Outside plant cable) IFC là loại cáp quang được sử dụng trong nhà, với cấu trúc bảo vệ vật lý ít và dễ dàng trong việc thi công lắp đặt Ngược lại, OSP là loại cáp quang dành cho môi trường ngoài trời, được thiết kế để chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt như nhiệt độ, độ ẩm và bụi bẩn, với nhiều lớp bảo vệ chắc chắn.

Kết nối cáp

Suy hao quang (Optical loss) là lượng công suất quang bị mất trong quá trình truyền dẫn qua cáp quang và các điểm ghép nối, được ký hiệu bằng dB Trong khi đó, suy hao phản xạ (Optical Return loss) liên quan đến ánh sáng bị phản xạ tại các điểm ghép nối và đầu nối quang.

Suy hao tiếp xúc (Insertion loss): giảm công suất quang ở hai đầu ghép nối Giá trị thông thường từ 0,2dB – 0,5dB

Suy hao (Attenuation) là mức suy giảm công suất quang trong quá trình truyền dẫn trên một khoảng cách xác định, được ký hiệu là dB/km Cụ thể, cáp quang Multimode ở bước sóng 850nm có suy giảm 3dB/km, trong khi ở bước sóng 1300nm chỉ suy giảm 1dB/km Đối với cáp quang Singlemode, suy giảm là 0,4dB/km ở 1310nm và 0,3dB/km ở 1550nm Ngoài ra, đầu nối (connector) có suy giảm 0,5dB/cặp đấu nối, trong khi điểm ghép nối (splice) có suy giảm 0,2 dB/điểm.

Bước sóng (Wavelength) là chu kỳ di chuyển của sóng điện từ, được ký hiệu bằng nm (nanometer) Ánh sáng nhìn thấy có bước sóng từ 400nm đến 700nm, tương ứng với màu tím đến màu đỏ Cáp quang sử dụng ánh sáng trong vùng hồng ngoại với bước sóng lớn hơn, cụ thể là 850nm, 1300nm và 1550nm Các bước sóng truyền dẫn quang được xác định dựa trên hai yếu tố: khắc phục tình trạng suy hao do năng lượng và vật liệu truyền dẫn, bao gồm các bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại và những bước sóng không bị hấp thu, cản trở năng lượng ánh sáng truyền dẫn do tạp chất trong cáp quang từ quá trình sản xuất.

Bước sóng cáp quang đóng vai trò quan trọng trong việc truyền tín hiệu, với POF thường sử dụng bước sóng 650nm và 850nm GOF với chế độ đa (Multimode) hoạt động ở 850nm và 1300nm, trong khi chế độ đơn (Singlemode) sử dụng 1310nm và 1550nm Việc chọn bước sóng dài hơn không khả thi do nhiệt độ tăng cao dẫn đến nhiễu loạn tín hiệu Sự khác biệt giữa 1300nm và 1310nm chủ yếu là quy ước để phân biệt giữa cáp quang Singlemode và Multimode.

6.2 Sự kết nối: Đầu nối quang: gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau, chúng có nhiều kiểu như SC/PC, ST/UPC, FC/APC… Nhưng có hai thành phần bạn cần quan tâm, đó là kiểu đầu nối SC, ST, FC…và điểm tiếp xúc PC, UPC, APC.SC (subscriber connector), ST (straight tip), FC (fiber connector) là các kiểu đầu nối quang có dạng hình vuông, hình tròn…

Hình 5.7a: Hình đầu nối cáp quang

Bên trong đầu nối quang, ferrule đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ và giữ cho sợi cáp quang luôn thẳng Ferrule có thể được chế tạo từ nhiều chất liệu khác nhau như thủy tinh, kim loại, nhựa hoặc gốm, trong đó gốm được đánh giá là chất liệu tốt nhất.

Hình 5.7b: Hình đầu nối cáp quang Đỉnh của ferrule được làm nhẵn (polish) với ba dạng điểm tiếp xúc chính

PC (Physical Contact), UPC (Ultra Physical Contact) và APC (Angled Physical

Hình 5.7c: Hình đầu nối cáp quang Contact), giúp đảm bảo chỗ ghép nối có ít ánh sáng bị mất hoặc bị phản xạ nhất

Đầu nối quang PC có thiết kế vạt cong và sử dụng các kiểu đầu nối như FC, SC, ST, với giá trị suy hao phản xạ (return loss) đạt 40dB, tuy nhiên, giá trị này khá cao đã thúc đẩy việc phát triển các giải pháp tốt hơn UPC, với thiết kế tương tự nhưng có giá trị return loss lên đến 50dB, là một bước tiến tiếp theo Đầu nối UPC cũng tương thích với các kiểu như FC, SC, ST, DIN, và E2000 APC, với thiết kế vạt chéo 8 độ, giúp loại bỏ hầu hết sự phản xạ tại điểm ghép nối và đạt giá trị return loss 60dB Khi đọc thông số kỹ thuật quang, cần lưu ý rằng mức suy hao có thể được ghi là -40dB, nhưng trên thực tế, giá trị suy hao (loss values) có thể được viết là 40dB hoặc số đo mức phản xạ là -40dB hay độ lợi (gain) là -40dB, tất cả đều biểu thị cùng một thông tin, do đó cần chú ý để tránh hiểu sai.

Giá thành cáp quang và phụ kiện hiện nay đã giảm đáng kể so với vài năm trước, làm cho cáp quang trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai hạ tầng mạng Sự phát triển của các giải pháp như IP Camera, VoIP, và hội nghị truyền hình qua mạng, cùng với nhu cầu kết nối mạng gigabit giữa các tòa nhà, văn phòng và xưởng sản xuất, đã thúc đẩy sự phổ biến của cáp quang nhờ vào khả năng cung cấp băng thông lớn và tốc độ cao.

Việc hàn nối cáp quang là một bước quan trọng trong triển khai hệ thống mạng cáp quang Cáp quang chưa được nối chỉ là các sợi thủy tinh mỏng manh, dễ gãy và không thể kết nối với thiết bị Do đó, cần sử dụng dây nối quang để hàn vào sợi cáp, sau đó kết nối với hộp phối quang ODF và thiết bị quang điện như converter quang Quá trình hàn nối cáp quang không thể thực hiện thủ công mà phải sử dụng máy hàn cáp quang chuyên dụng, bao gồm thân máy chính, dao cắt chính xác, kìm tuốt sợi quang và các dụng cụ hỗ trợ khác.

Chúng tôi có đầy đủ các trang thiết bị tốt, hiện đại, có thể triển khai cho quý khách hàng một cách nhanh nhất.

Các máy móc phục vụ việc hàn nối cáp quang, đo kiểm cáp quang, xử lý điểm đứt cáp quang gồm:

- 01 Máy hàn cáp quang Fujikura FSM-60S

Hình 5.8: Hình Máy hàn cáp quang Fujikura FSM-50S

- 02 Máy hàn cáp quang Inno Instrument IFS-10

Hình 5.9: Hình Máy hàn cáp quang Inno Instrument IFS-10

- 01 Máy đo OTDR cáp quang Yokogawa AQ7275

Hình 5.10: Hình Máy đo OTDR cáp quang Yokogawa AQ7275

- 01 Máy đo OTDR cáp quang Anritsu MT9083

Hình 5.11: Hình Máy đo OTDR cáp quang Anritsu MT9083

- 01 Bộ đo suy hao quang (Loss Test Set)

Hình 5.12: Hình Bộ đo suy hao quang (Loss Test Set)

- 03 Bút laser kiểm tra dây nhảy quang

Khi cáp quang bị đứt hoặc hư hỏng, việc truyền thông tin liên lạc và trao đổi thông tin quốc tế của khách hàng sẽ bị ảnh hưởng nghiêm trọng Các dịch vụ như web, email, thoại và video sẽ gặp khó khăn do lưu lượng phải chuyển sang các hướng dự phòng, dẫn đến nguy cơ nghẽn mạng.

Khi sự cố cáp quang xảy ra, như sự kiện đứt cáp quang quốc tế AAG vào ngày 25/10/2012, việc truyền thông giữa các tuyến bị gián đoạn và cần chuyển sang hướng dự phòng Sau khi chuyển hướng, quá trình kiểm tra cáp được thực hiện bằng các dụng cụ chuyên dụng để xác định vị trí đứt cáp Tiếp theo, cáp được nối lại bằng thiết bị chuyên dụng, và các mối nối cùng thiết bị khe cắm được kiểm tra và vệ sinh để đảm bảo hoạt động ổn định.

6.5 Thực hành đấu nối cáp quangbằng máyFujikura FSM-50S:

Để chuẩn bị cho việc hàn cáp quang bằng máy hàn cáp FSM-50S, bạn cần có cáp quang, dao cắt cáp quang và bật nguồn máy Nhấn và giữ nút khởi động cho đến khi đèn LED trên bàn phím sáng lên Màn hình sẽ hiển thị trạng thái "READY" khi tất cả các motor đã trở về vị trí khởi đầu, đồng thời kiểu nguồn cung cấp cũng sẽ được hiển thị Nếu sử dụng nguồn pin, trạng thái điện năng còn lại sẽ được chỉ thị rõ ràng.

Để tối ưu hóa trải nghiệm sử dụng máy hàn cáp quang, hãy bật nguồn và điều chỉnh góc màn hình cho góc nhìn tốt nhất Sử dụng các phím mũi tên lên và xuống để hiệu chỉnh độ sáng màn hình theo ý muốn.

"Enter" để xác lập giá trị.

Hình 5.14: Hiệu chỉnh độ sáng màn hình

Chọn chế độ hàn phù hợp cho từng loại sợi quang, với chế độ hiện tại hiển thị trên màn hình "READY" Chế độ AUTO được khuyến nghị cho các loại sợi SM, DS, NZDS và MM, cho phép tự động cân chỉnh hồ quang trong quá trình hàn Đảm bảo lựa chọn chế độ gia nhiệt thích hợp với loại ống co nhiệt bảo vệ mối hàn, cũng được hiển thị trên màn hình "READY" Để thay đổi chế độ hàn, nhấn phím mũi tên sang trái trên màn hình "READY", sau đó nhấn mũi tên sang trái một lần nữa để thay đổi chế độ nung Màn hình sẽ chuyển đổi qua các chế độ [Splice Mode Select] và [Heater Mode Select].

 Bước 2 :thiết lập kích thước khoang nung

Thiết lập kích thược khoang nung bằng cách, mở nắp khoang nung, trượt thanh định cỡ đến giá trị thích hợp với loại ống co nhiệt sử dụng

Hình 5.15: Thiết lập kích thước khoang nung

Để đảm bảo chất lượng mối hàn, hãy làm sạch đầu sợi bằng gạc hoặc vải mỏng thấm cồn khoảng 100mm, nhằm tránh bụi lọt vào ống co nhiệt Sau đó, tiến hành luồn một trong hai sợi quang vào ống co nhiệt (Fiber protection sleeve).

Hình 5.16: Luồn sợi quang vào ống co nhiệt3.2 Tuốt và làm sạch sợi

MẠNG MODBUS

Giới thiệu tổng quan

Nhiễu là tín hiệu ngẫu nhiên với mật độ phân bố công suất đồng đều, nghĩa là công suất của nó là như nhau trong toàn bộ băng thông Tín hiệu này được gọi là nhiễu trắng do có những đặc điểm tương tự với ánh sáng trắng.

Nhiễu trắng không thể được tạo ra hoàn toàn theo lý thuyết do định nghĩa của nó yêu cầu mật độ phổ công suất phải phân bố trong khoảng tần số vô hạn, dẫn đến công suất vô hạn Tuy nhiên, trong thực tế, việc tạo ra nhiễu trắng chỉ cần được thực hiện trong khoảng băng tần của hệ thống đang được xem xét.

Nhiễu Gaussian, với phân bố biên độ theo hàm Gaussian, không giống như nhiễu trắng Thuật ngữ "Gaussian" chỉ đến phân bố xác suất cho giá trị độ lớn, trong khi "white" mô tả cách phân bố công suất tín hiệu trong miền thời gian hoặc tần số.

Ngoài nhiễu trắng Gaussian, còn tồn tại các loại nhiễu khác như nhiễu trắng Poisson và Cauchy Trong việc mô tả hệ thống bằng toán học, nhiễu AWGN (nhiễu trắng Gaussian cộng) thường được sử dụng do tính đơn giản và dễ tạo ra của nó.

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 xảy ra khi hai hoặc nhiều tín hiệu có tần số khác nhau kết hợp khi truyền qua thiết bị phi tuyến, dẫn đến sự hình thành các tín hiệu không mong muốn Những tín hiệu này gây ra nhiễu cho các đài vô tuyến điện khác, ảnh hưởng đến chất lượng truyền dẫn.

Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC) xảy ra khi các thiết bị và hệ thống vô tuyến điện, điện, điện tử không hoạt động hiệu quả trong môi trường điện từ Một số nguyên nhân gây ra nhiễu EMC bao gồm sự can thiệp từ các thiết bị khác, ảnh hưởng của sóng điện từ và các yếu tố môi trường xung quanh.

 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 từ các điểm tiếp xúc giữa đường dây tải điện không được bảo vệ và các trụ sứ có thể gây ra nhiễu cho các mạng đường dây điện lân cận Việc đảm bảo kỹ thuật tại những vị trí này là cần thiết để giảm thiểu tác động tiêu cực đến hiệu suất của các hệ thống điện gần đó.

 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, xảy ra khi các thiết bị phát sóng vô tuyến điện phát ra tín hiệu không đáp ứng các tiêu chuẩn kỹ thuật về phát xạ Những phát xạ ngoài băng này gây ra nhiễu cho các thiết bị khác, ảnh hưởng đến hiệu suất và chất lượng tín hiệu.

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 là hiện tượng gây ra bởi các nguồn phát sóng khác nhau như sóng Radio, truyền hình và sóng điện thoại ở dải tần cao Ngoài ra, các nguồn số như ánh sáng, rơle, motor, và cả nguồn phóng xạ cũng góp phần tạo ra nhiễu Các nguồn tần số thấp, chẳng hạn như điện áp cao trong hệ thống truyền dẫn điện, cũng là một yếu tố quan trọng trong việc hình thành nhiễu điện từ.

Ba vấn đề chính của nhiễu điện từ

Sử dụng cáp có vỏ bọc che chắn để chống các nguồn nhiễu từ bên ngoài

Hình 2.2: Cáp có vỏ bọc che chắn

3.3 Tốc độ dẫn của dây cáp:

- Đối với các hệ thống thương phẩm có thể đạt tới 1 đến 50 Gbits/s với các đường truyền đến 10Km

Các dạng nối đất cơ bản

- Nguồn cách điện với đất

- Tải cách điện với đất

Hình 2.3: Các kiểu nối đất

- Nhiễu cáp truyền cảm ứng điện dung

Hình 2.4: Kỹ thuật triệt nhiễu bằng điện dung

- Bảo vệ chống cảm ứng điện dung

Hình 2.5: Bảo vệ chống cảm ứng điện dung

- Chống nhiễu bọc kim bằng 1 màn chắn:

Hình 2.6: chống nhiễu bọc kim bằng một màn chắn

- Cảm ứng ở thanh của bọc kim:

Hình 2.7: Cảm ứng thanh của bọc kim

- Cảm ứng điện cảm và cách bảo vệ

Hình 2.8: Cảm ứng điện cảm

- Sử dụng bộ khuếch đại vi sai:

Màu xanh lá cây : 2 dây nối với đất vi sai

Màu đỏ: dây nối đất cầu Wheatstone với khuếch đại đo lường

Hình 2.9: Khuếch đại vi sai

- Chống nhiễu bằng cách sử dụng đường truyền tích hợp:

 Truyền có dây có 3 loại chính

- Truyền có 1 dây nối đất

 Loại dây xoắn: loại này phổ biến nhất vì loại xoắn giữa 2 cực tím hiệu nên có khả năng chống được nhiễu điện từ

- Kiểu chống nhiễu của nó dựa vào điện cảm

Hình 2.12: Cáp quang Đặc điểm:

- Dây dẫn quang bằng lõi hình trụ, bằng thủy tinh hay bằng nhựa

- Là chùm sáng trong dây dẫn quang

- Chùm sáng phản xạ phải trong dây dẫn Lưu lượng:

- Đối với hệ thống thương phẩm Từ 1 đến 50 Gbits/s và chiều dài truyền khoảng 10Km

- Hệ số truyền sai 10  9 Ưu điểm:

- Không gây một nhiễu dạng xung

- Không phát ra tín hiệu nào

- Rất chắc chắn khi sử dụng

- Không cần có biện phát phát hiện sai

Câu 1 : Nêu các phương pháp hạn chế nhiễu trong công nghiệp, cho ví dụ thực tiễn về các hệ thống chống nhiễu này?

Câu 2: Nhiễu thường gây hại gì đến sản xuất? tại sao trong nhà máy dùng nhiều biến tần thì gây ra nhiễu lớn?cách khắc phục?

BÀI 3 CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS232

Mã bài: MĐ34-03 Giới thiệu:

Cáp RS232 là một trong những loại cáp phổ biến trong ngành công nghiệp và dân dụng Bài viết này hướng dẫn học sinh cách sử dụng, đấu nối và sửa chữa cáp RS232 một cách hiệu quả.

- Hiểu các vấn đề cơ bản về chuẩn truyền thông RS232

- Vận dụng được kiến thức để khắc phục các sự cố và ứng dụng của cáp truyền

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

Ngày nay, các thiết bị đo lường và điều khiển cần giao tiếp với máy tính để theo dõi thông số và chế độ hoạt động Chuẩn giao tiếp RS232 được coi là đơn giản và dễ sử dụng, và hầu hết các thiết bị đều áp dụng chuẩn này để kết nối với máy tính Bài viết này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về chuẩn giao tiếp RS232, bao gồm sơ đồ ghép nối và giao diện phần mềm.

RS-232, hay còn gọi là EIA/TIA-232, tương ứng với chuẩn châu Âu CCITT V2.4, được phát triển để kết nối điểm - điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE) Chuẩn này thường được sử dụng trong việc kết nối các thiết bị như máy tính (PC, PLC) với máy in, hoặc giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị truyền dữ liệu (DCE).

Data Communication Equipment) ví dụ giữa máy tính và Modem (dùng dây Console để cấu hình mạng cho Modem qua máy tính).

2 Các yếu tố của RS232:

RS-232 là một giao thức truyền thông sử dụng phương thức truyền không đối xứng, với tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và mass Mức điện áp dao động trong khoảng -15V đến 15V, trong đó khoảng 3V đến 15V tương ứng với giá trị logic 0 và -15V đến -3V tương ứng với giá trị logic 1 Do khoảng từ -3V đến 3V không được định nghĩa, tín hiệu khi chuyển đổi giữa các giá trị logic cần phải vượt qua khoảng quá độ này trong một thời gian hợp lý, theo tiêu chuẩn DIN.

Theo quy định tại điều 66259, độ dốc tối thiểu của tín hiệu cần đạt 6V/ms hoặc 3% nhịp xung, tùy theo giá trị nào nhỏ hơn Quy định này yêu cầu phải hạn chế điện dung của các thiết bị tham gia cũng như đường truyền.

Tốc độ truyền dẫn tối đa của tín hiệu RS-232 phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, với hầu hết các hệ thống hiện nay hỗ trợ tốc độ tối đa 19.2KBd trong khoảng cách 30-50m Mặc dù đã có các mạch thu phát có thể đạt tốc độ 460KBd hoặc cao hơn, nhưng việc duy trì tốc độ truyền dẫn thực tế trên 115.2KBd theo chuẩn RS-232 trong hệ thống hoạt động dựa vào ngắt vẫn gặp nhiều khó khăn.

Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng công suất phát tương đối thấp, nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7K

Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa Điện áp đầu ra hở mạch 25V Điện áp đẩu ra khi có tải 3K R L  7K 5V 15V

Trở kháng đẩu ra khi cắt nguồn -2V  VO 2V 300

Dòng ra ngắn mạch 500mA Điện dung tải 2500pF

Trở kháng đầu vào 3V  VI 25V 3K 7K

Ngưỡng cho giá trị logic 0 3V

Ngưỡng cho giá trị logic 1 -3V

Bảng 1: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-232

Cấu trúc giao thức Modbus

Giao thức RTU là một giao thức truyền thông sử dụng cổng nối tiếp RS232 hoặc RS485, trong khi giao thức TCP sử dụng Ethernet, kết hợp Modbus RTU với lớp TCP/IP Mô hình ISO bao gồm 7 lớp, nhưng trong mạng Modbus chỉ có 3 lớp hiện hữu: lớp ứng dụng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý.

Modbus TCP/IP communication Stack

# Lớp Quang trọng Giao thức Reference

7 ứng dụng Modbus application protocol

2 Lớp liên kết dữ liệu Modbus serial line protocol IEEE 802.3 ethernet

1 Lớp Vật lý EIA/TIA – 485 (232)

Mạng Modbus hoạt động trên các giao diện đơn giản như RS485 hoặc RS232, nơi thông điệp được gửi một cách đơn giản Khi sử dụng các hệ thống mạng linh hoạt hơn như TCP/IP qua Ethernet, thông điệp Modbus được nhúng trong các gói dữ liệu phù hợp với giao diện vật lý Điều này cho phép Modbus và các kiểu kết nối khác cùng tồn tại trên cùng một giao diện vật lý Mặc dù cấu trúc thông điệp Modbus là peer-to-peer, nó cũng có thể hoạt động như mạng point-to-point và multidrop.

Trong mạng modbus có các cơ chế giao tiếp master/slave.

Device address Địa chỉ của receiver

Function code Mã định nghĩa kiểu message

Data Data block với thông tin phụ

Error check Giá trị số kiểm tra để kiểm tra lỗi truyền thông

Mạng Modbus là một cơ chế giao tiếp chủ-tớ, cho phép máy tính chủ kết nối với các thiết bị điều khiển thông qua lớp liên kết dữ liệu, như được minh họa trong hình 6.1.

Hình 6.2 cơ chế giao tiếp truyền thông master/slave

Chế độ truyền dữ liệu được quy ước gồm 10 bit trong đó 1 start (bit 0) +

8 bit Data + 1 bit parity (chẵn/lẻ) + 1 bit stop. start Address Function Data LRC check end

1 bit 8 bit 8 bit N x bit 16 bit 1 bit

Bảng 6.3: Cấu trúc bức điện - Khung RTU

Các mã số chức năng

Thông tin đầu tiên trong mỗi tin nhắn Modbus là địa chỉ của thiết bị nhận, được mã hóa thành một byte thông tin Trong Modbus/ASCII, địa chỉ này được biểu diễn bằng hai ký tự hexadecimal, trong khi Modbus/RTU sử dụng một byte duy nhất Các địa chỉ hợp lệ nằm trong khoảng từ 0 đến 247, trong đó các giá trị từ 1 đến 247 được gán cho các thiết bị Modbus cụ thể, và địa chỉ 0 được sử dụng cho việc phát sóng Tất cả các tin nhắn được gửi sau đó sẽ được nhận bởi tất cả các thiết bị slave Mỗi thiết bị slave sẽ luôn phản hồi lại một tin nhắn Modbus, sử dụng cùng địa chỉ như master trong yêu cầu, giúp master xác định được thiết bị nào thực sự đáp ứng yêu cầu.

Trong một thiết bị Modbus, các holding register, input và output được gán số từ 1 đến 10000, nhưng trong các thông điệp Modbus, địa chỉ sử dụng là từ 0 đến 9999 Điều này có nghĩa là để đọc giá trị của output (coil) 18, bạn cần chỉ định giá trị 17 trong thông điệp truy vấn Modbus Hơn nữa, đối với input và holding register, cần phải trừ một offset từ địa chỉ thiết bị để xác định địa chỉ chính xác trong cấu trúc thông điệp Modbus Điều này có thể dẫn đến những lỗi phổ biến và cần được chú ý khi thiết kế ứng dụng với Modbus Bảng dưới đây trình bày các dải địa chỉ cho coil, input và holding register, cùng với cách tính địa chỉ trong thông điệp Modbus dựa trên địa chỉ thực của mục trong thiết bị slave.

Device and Modbus address ranges

Device address Modbus address Description

Bảng 6.4: Địa chỉ các thiết bị trong mạng Modbus

3.2 Các mã chức năng Modbus

Mã chức năng là tham số thứ hai trong mỗi thông điệp Modbus, xác định kiểu thông điệp và hành động cần thiết từ thiết bị slave Tham số này bao gồm một byte thông tin; trong Modbus/ASCII, nó được biểu diễn bằng hai ký tự hexadecimal, trong khi trong Modbus/RTU, chỉ sử dụng một byte Các mã chức năng hợp lệ nằm trong khoảng từ 1 đến 255, tuy nhiên không phải tất cả các thiết bị Modbus đều nhận biết cùng một tập mã chức năng Bài viết này sẽ thảo luận về các mã chức năng phổ biến nhất.

Khi một Modbus slave phản hồi, nó thường sử dụng cùng mã chức năng với yêu cầu Tuy nhiên, khi phát hiện lỗi, bit cao nhất của mã chức năng sẽ được bật, cho phép master phân biệt giữa phản hồi thành công và thất bại Các mã code liên quan bao gồm 384, 484, 584, 884, M84 và 984.

1 Đọc trạng thái cuộn dây Y Y Y Y Y Y

2 Đọc trạng thái đầu vào Y Y Y Y Y Y

4 Đọc thanh ghi đầu vào Y Y Y Y Y Y

7 Đọc trạng thái ngoại lệ Y Y Y Y Y Y

Bảng 6.5: Bảng mã chức năng trong mạng Modbus Đọc trạng thái của tín hiệu đầu ra:

Trong ngôn ngữ Modbus, coil được định nghĩa là giá trị output rời rạc, và chức năng Modbus 01 cho phép đọc trạng thái của các output Chỉ có thể truy vấn một thiết bị tại một thời điểm, tuy nhiên, địa chỉ Broadcast hỗ trợ chức năng này, cho phép yêu cầu trạng thái của nhiều coil cùng lúc bằng cách xác định một dải output trong trường dữ liệu của thông điệp.

Khi nhận một thông điệp truy vấn Modbus với chức năng 01, slave sẽ thu thập các giá trị output cần thiết và tạo ra một thông điệp phản hồi Chiều dài của thông điệp này phụ thuộc vào số lượng giá trị cần trả về Cụ thể, với N giá trị được yêu cầu, số byte cần thiết để lưu trữ các giá trị này là ((N+7) mod 8) Số byte dữ liệu thực tế trong khối dữ liệu được chỉ định trong byte đầu tiên của trường dữ liệu Do đó, cấu trúc chung của phản hồi cho truy vấn Modbus chức năng 01 là như vậy.

Yêu cầu (query) Đáp ứng (response)

Field name Mã hex Field name Mã hex

Starting address Hi 00 Byte count 05

Starting address Lo 13 Data coil (27-20) CD

No of points Hi 00 Data coil (35-28) 6B

No of points Lo 25 Data coil (43-36) B2

Data coil (56 - 52) 1B Error check LRC or CRC Error check LRC or CRC

Đọc trạng thái tín hiệu đầu vào trong Modbus được thực hiện tương tự như đọc trạng thái các coil, với điểm khác biệt là sử dụng hàm Modbus function 02 Chế độ địa chỉ phát sóng không được hỗ trợ, do đó bạn chỉ có thể truy vấn giá trị của các input trên một thiết bị tại một thời điểm Địa chỉ của input đầu tiên và số lượng input cần đọc phải được chỉ định trong trường dữ liệu của thông điệp truy vấn Các input trên các thiết bị bắt đầu từ địa chỉ 10001, tương đương với địa chỉ 0 trong thông điệp Modbus.

Khi nhận một truy vấn với chức năng Modbus 02, thiết bị slave sẽ đặt các giá trị input yêu cầu vào cấu trúc message và gửi lại cho Modbus master Chiều dài của message phụ thuộc vào số lượng giá trị input được trả về, dẫn đến sự thay đổi trong chiều dài của message đầu ra Số databyte trong trường dữ liệu chứa các giá trị input được chuyển như byte đầu tiên trong trường dữ liệu Mỗi message trả lời Modbus có cấu trúc chung như sau.

Starting address Lo C4 Data input (10204-10197) AC

No of points Hi 00 Data coil (10212- 10205) DB

No of points Lo 16 Data coil (10218 - 10213) 35

Error check LRC or CRC Error check LRC or CRC

Bảng 6.7: Bảng yêu cầu và đáp ứng đọc trạng thái vào Đọc nội dung của thanh ghi đầu ra:

Các giá trị trong thiết bị Modbus được lưu trữ trong các holding register, có kích thước hai byte và phục vụ nhiều mục đích khác nhau Một số register chứa tham số cấu hình, trong khi những register khác lưu trữ giá trị đo lường như nhiệt độ Các register trong thiết bị Modbus bắt đầu từ địa chỉ 40001 và được đánh địa chỉ trong thông điệp Modbus với chỉ số bắt đầu từ 0 Để yêu cầu giá trị từ một hoặc nhiều holding register, Modbus sử dụng function 03 Lưu ý rằng chỉ một slave device có thể được đánh địa chỉ trong một truy vấn đơn và không hỗ trợ truy vấn Broadcast với function 03.

Sau khi xử lý truy vấn, Modbus slave sẽ trả về các giá trị 16 bit của các holding register được yêu cầu, với mỗi register được mã hóa bằng hai byte trong thông điệp phản hồi Byte đầu tiên chứa byte cao, trong khi byte thứ hai chứa byte thấp của register Thông điệp phản hồi Modbus bắt đầu với địa chỉ thiết bị slave và mã chức năng 03, tiếp theo là số lượng byte dữ liệu, gấp đôi số register được trả về Cuối cùng, một kiểm tra lỗi được thực hiện để xác định xem có lỗi truyền thông nào xảy ra hay không.

Starting address Lo 6B Data Hi (R 40108) 02

No of points Hi 00 Data Lo (R40108) 2B

No of points Lo 03 Data Hi (R 40109) 00

Error check LRC or CRC Data Lo (R40109) 00

Error check LRC or CRC Bảng 6.8: Bảng yêu cầu và đáp ứng đọc thanh ghi ra Đọc nội dung của thanh ghi đầu vào:

Field name Mã hex Field name Mã hex

Starting address Lo 08 Data Hi (R 30009) 00

No of points Hi 00 Data Lo (R 30009) 0A

Error check LRC or CRC Error check LRC or CRC

Bảng 6.9: Bảng yêu cầu và đáp ứng đọc thanh ghi vào

Hình6.3 : Hình cài đặt Modbus

Hình6.4 : Hình cài đặt chế độ nâng cao cho Modbus

Xử lý các sự cố

4.1 Các vấn đề và lỗi cơ bản

Kỹ thuật này cung cấp giải pháp cho các vấn đề thường gặp khi thực hiện mạng Modbus, được thiết kế như một bổ sung cho MBX-MDB, không phải là sự thay thế Người đọc nên tham khảo các phần liên quan trong hệ thống trợ giúp, và hệ thống trợ giúp Orion cũng chứa nhiều thông tin hữu ích.

Đảm bảo rằng các loại mạng và thông số tốc độ truyền được quy định với MOD.OPEN phù hợp với cấu hình tổng thể của mạng.

- Trước khi một biến có thể được truy cập qua mạng, nó phải được "ánh xạ"

- Sau khi khởi tạo giao diện Modbus với tuyên bố MOD.OPEN, MotionBASIC

Đảm bảo rằng mạng MODBUS chỉ có một thiết bị "chủ" và tất cả các thiết bị còn lại được cấu hình là "nô lệ" Các thiết bị "chủ" khởi xướng quá trình truyền dữ liệu, trong khi các thiết bị "nô lệ" sẽ đáp ứng các yêu cầu truyền dữ liệu từ các thiết bị "chủ".

Khi một PLC thực hiện đọc và viết trên thiết bị khác trong mạng, tin nhắn khối cần thực hiện chức năng đọc/ghi và chờ phản hồi trước khi tiến hành đọc/ghi tiếp theo Việc thực hiện một khối tin nhắn trong mỗi lần quét của chương trình PLC có thể dẫn đến nhiều loại lỗi mạng khác nhau.

Nếu Orion thực hiện đọc hoặc viết trên một thiết bị khác qua mạng, các chương trình sẽ không thực hiện lại việc đọc hoặc ghi cho đến khi MOD.MSG @ trở thành sự thật Sau khi MOD.MSG @ được xác nhận, ứng dụng cần kiểm tra MOD.STS @ để đảm bảo các hoạt động đã hoàn thành thành công Nếu MOD.STS @ có giá trị bằng 0, điều này cho thấy không có lỗi nào được phát hiện Giá trị khác không cho thấy vấn đề Vui lòng tham khảo tài liệu hướng dẫn cho MOD.STS @ để biết thêm chi tiết.

Chương trình PLC nên có khoảng thời gian giữa các khối tin nhắn hành quyết để giảm lưu lượng mạng Tốc độ thực hiện chương trình MotionBASIC ® có thể bị chậm do CPU phải xử lý tất cả các ký tự gửi và nhận qua giao diện nối tiếp.

Điện tiếng ồn có thể gây ra các vấn đề nghiêm trọng trên mạng tốc độ cao Để khắc phục tình trạng này, cần đảm bảo rằng việc tiếp đất và che chắn kỹ thuật được thực hiện đúng cách Thông tin chi tiết về ứng dụng và các biện pháp che chắn kỹ thuật có thể được tham khảo thêm.

4.2 Mô tả các công cụ được dùng:

- Máy tính đã khai báo cài đặt

- Tài liệu hướng dẫn sử dụng

- PLC và các thiết bị ngoại vi

4.3 Chi tiết quá trình xử lý sự cố:

 Các Lưu ý chung khi thực hành :

- Mở máy tính và kiểm tra lại các thông số truyền khai báo trên phần mềm, MODBUS @ được thiết lập ON

- Kiểm tra một kết nối RS-232/RS485 trực tiếp giữa một máy tính và Orion, hoặc giữa hai Orions, một null " modem kết nối "phải được thực hiện

- Kiểm tra ánh xạ bằng cách kiểm tra thông giữa các thiết bị trong mạng

Ví dụ của MotionBASIC mã, và sơ đồ bậc thang PLC trong hệ thống trợ giúp

Trong việc sử dụng PLC Modicon và Orion, có sự khác biệt trong cách bù đắp đăng ký số, ví dụ, đăng ký 0 trong Orion tương ứng với đăng ký 40.001 trong Modicon 984 Điều này cũng áp dụng cho các thiết bị khác như gói phần mềm MMI Khi PLC thực hiện việc đọc và viết đăng ký, cần lưu ý rằng việc nhập số thập phân, bát phân hoặc số hex là cần thiết theo các định nghĩa trong khối tin nhắn Để biết thêm chi tiết, hãy tham khảo mục "Modicon / Modbus Đăng ký Số" trong hệ thống trợ giúp.

- Kiểm tra lại giao thức đúng master/slave chưa/

- Kiểm tra nguồn điện, các đầu cắm…

Trong công nghiệp có nhiều thiết bị PLC

Biến tần tích hợp chuẩn Modbus từ các thương hiệu như Siemens, Schneider, và Rockwell cho phép giao tiếp hiệu quả trong hệ thống tự động hóa Trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào việc thực hành giao tiếp qua mạng Modbus trên thiết bị PLC Siemens S7-200 PLC S7-200 có khả năng giao tiếp với nhau thông qua chuẩn Modbus, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao trong các ứng dụng công nghiệp.

200 được sử dụng để làm master và slave Một master có thể điều khiển được

247 slave Việc truyền và nhận dữ liệu ngõ vào, ngõ ra và các thanh ghi được thực hiện thông qua các hàm.

1 Hàm truyền nhận dữ liệu trong Master Đối với master, sử dụng 2 hàm để truyền dữ liệu Modbus control và modbus message

1.1.Hàm khởi tạo trong Modbus

Các tham số ngõ vào:

- EN cho hàm khởi tạo hoạt động, ngõ vào

EN phải luôn ON để điều khiển và giám sát quá trình hoạt động của việc truyền nhận.

- Mode : chọn lựa giao thức truyền thông cho cổng giao tiếp của PLC

+ Mode = 0 cho phép giao tiếp theo chuẩn PPI

+ Mode = 1 cho phép giao tiếp theo chuẩn modbus

- Baud : Tốc độ truyền thông

- Parity : kiểm tra chẳn lẻ (1 lẽ, 2 chẳn, 0 là khôngkiểm tra)

- Time out : thời gian tối đa đợi áp ứng từ slave.

1.2.Hàm truyền nhận dữ liệu : Modbus messge

Các tham số ngõ vào và ngõ ra của hàm truyền nhập dữ liệu

- EN cho phép hàm hoạt động

Đầu vào "first" kích thích quá trình truyền nhận dữ liệu, bắt đầu khi giá trị ngõ vào bằng 1 Vì vậy, ngõ vào này thường ở dạng xung; mỗi khi có xung ngõ vào, quá trình truyền nhận dữ liệu sẽ được khởi động.

- Slave : địa chỉ của slave có giá trị từ 0 đến

- RW : ngõ vào điều khiển đọc dữ liệu hay ghi dữ liệu

+RW = 0 : đọc dữ liệu từ slave về master +RW = 1 : đọc dữ liệu từ master đến slave

Địa chỉ Modbus chỉ bao gồm dữ liệu ngõ ra S61 và thanh ghi lưu trữ, cho phép cả chức năng đọc và ghi Trong khi đó, thanh ngõ vào và dữ liệu ngõ vào chỉ hỗ trợ chức năng đọc.

Số lượng bit hoặc word dữ liệu được đọc hoặc ghi trong giao thức Modbus là rất quan trọng Modbus chỉ hỗ trợ hai loại dữ liệu này, và lệnh đọc (read) hoặc ghi (write) không được phép vượt quá 1920 bit hay 240 byte.

- Data ptr: con trỏ địa chỉ dán tiếp chỉ cùng nhớ V trong S7-200

- Done : Ngõ ra báo thiệu việc ghi hay đọc đã hoàn tất.

- Error : Byte báo lỗi trong trường hợp xãy ra lỗi.

Modbus Address S7-200 Address Modbus Address S7-200 Address

AIW62 Hold Start HoldStart+2 HoldStart+4

Mã lỗi Diễn tả mã lỗi

1 Lỗi giới hạn của Ram

3 Lỗi địa chỉ trạm con

4 Lỗi giá trị thông số của Modbus

5 ký tự ở slave modbus tràn thanh ghi con trỏ trong vùng V

6 lỗi gửi chẳn lẽ trong modbus

8 Yêu cầu chức năng không được hổ trợ

9 Địa chỉ trong Ram bị lỗi khi có yêu cầu

10 Chức năng trạm con không được cho phép

 Ví dụ thực hành 1 viết chương trình mạng modbus đọc 4 word dữ liệu từ slave bắt đầu địa chỉ

Để lưu trữ dữ liệu, địa chỉ 40020 sẽ được ghi vào vùng nhớ PLC bắt đầu từ địa chỉ VW300 Đồng thời, 4 word dữ liệu sẽ được ghi vào vùng nhớ slave bắt đầu từ địa chỉ 40001, bắt đầu từ địa chỉ VW0.

 Bước 1: mở chương trình s7-200 vào start -> all programs -> simatic-> S7-microwin 4.0.9.25 -> step 7 – microwin như hình bên dưới hoặc ra ngoài destop double click vào biểu tượng :

 Bước 2 : ta vào thư viện lấy hàm MBUS_CTRT và ghi các thông số vào

 Bước 3 : ta ghi các thông số truyền nhận kiểm tra chẳn lẽ cho hàm

- Đoạn chương trình khởi tạo cho modbus

- Đoạn chương trình ghi dữ liệu, việc ghi dữ liệu bắt đầu từ bít M2.0 = 1 khi dữ liệu ghi hoàn tất thì bít M0.1 = 1, nếu xảy ra lỗi thì bit MB10

- Đoạn chương trình đọc dữ liệu, việc đọc dữ liệu bắt đầu từ bít M2.1 = 1 khi dữ liệu ghi hoàn tất thì bít M0.1 = 1, nếu xảy ra lỗi thì bit MB10

Lưu chương trình và download chương trình vào plc thực tế kiểm tra dữ liệu truyền và nhận

1.4.Hàm khởi tạo trong truyền nhận trong slave

Các tham số vào ra của hàm modbus INT

- EN : bắt đầu thực hiện

- Mode : chọn chế độ truyền thông

- Address : địa chỉ của slave(từ 1 đến 247)

- Baud : tốc độ truyền thông (từ 1200 đến

- Paraty : bit kiểm tra chẳng lẻ

- Delay : thời gian chờ để nhận dữ liệu (0 đến 32765 ms)

- MaxIQ : số lượng ngõ vào, ngõ ra cho phép đọc, ghi (0 đến 128)

- MaxAI : số lượng analog cho phép (0 đến 32 kênh).

- Maxhold : số lượng word tối đa cho phép truy xuất trong slave

- Hold start : con trỏ địa chỉ của vùng nhớ V

Các tham số ngõ vào:

- EN cho hàm khởi tạo hoạt động

- Done : làm việc khi có master modbus gửi thông tin xuống.

- Error : giá trị báo lỗi khi có thông điệp lỗi.

Bước 1: Thực hiện tương tự như các bước trước, nhưng cần sử dụng một khối hàm khác và điều chỉnh các thông số của hàm MBUS_INT Ví dụ, sử dụng hàm khởi tạo MBUS_INIT để truyền nhận dữ liệu từ thiết bị slave.

Bước 2: Lưu chương trình và tải xuống PLC thực tế để kiểm tra tín hiệu truyền nhận, đồng thời ghi lại kết quả Sau đó, học viên sẽ thực hành các bài tập dưới sự giám sát và hướng dẫn của giáo viên.

MẠNG AS -I (ACTUATOR SENSOR INTERFACE)

Lớp vật lý

 Chủ-tớ, phương pháp hỏi đáp tuần tự (polling), tuần hoàn

 Chủ yếu là dữ liệu logic (tối đa 4 bit dữ liệu vào/ra trong một bức điện)

 Thời gian một chu kỳ bus tối đa được đảm bảo không lớn hơn 5 ms (với 31 trạm tớ)

 Version 2.0: Cho phép truyền dữ liệu tương tự (7 chu kỳ bus x 5 = 35 giây)

Trạm chủ có khả năng gửi kèm các thông báo bổ sung mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến thời gian chu kỳ bus Các thông báo này bao gồm 9 loại, trong đó có hai loại phục vụ cho việc truyền dữ liệu và tham số, hai loại dùng để thiết lập địa chỉ cho trạm tớ, và năm loại được sử dụng để nhận diện và xác định trạng thái của các trạm tớ.

Hình 7.3: Cấu trúc bức điện mạng AS- i

Lớp kết nối dữ liệu

 Tên chính thức EIA/TIA-485, phiên bản mới nhất là EIA/TIA-485b

 Truyền chênh lệch đối xứng => các ưu điểm đã nêu

 Là chuẩn được sử dụng thông dụng nhất trong các hệ thống truyền thông công nghiệp (Profibus FMS/DP, Interbus, AS-Interface và các giao thức riêng khác )

Hình 7.4: Sơ đồ ghép nối RS 485

Một số đặc điểm cơ bản:

 Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng

 Chế độ truyền chủ yếu là hai chiều gián đoạn

 Ghép nối nhiều điểm, số trạm tối đa/đoạn mạng là 32

 Tốc độ truyền cao (có thể tới > 10Mbps)

 Khoảng cách truyền lớn (có thể tới 1200m)

 Có thể dùng tới 3 bộ lặp (4 đoạn mạng), trong thực tế có thể hơn

 Trở đầu cuối: 100 hoặc 120 Ohm

Quan hệ giữa tốc độ truyền và khoảng cách truyền (sử dụng đôi dây xoắn AWG 24)

Tốc độ truyền dẫn RS 485 yêu cầu bộ kích thích tín hiệu cung cấp dòng tổng cộng 60mA để đảm bảo hoạt động hiệu quả với trở đầu cuối 60Ω (120Ω tại mỗi đầu) Điện áp tối thiểu cần thiết là 1,5V, tương ứng với 25mA Trong trường hợp xấu nhất, khi có 32 tải đơn vị mắc song song, mỗi đơn vị tải tiêu thụ 1mA, tổng dòng cần thiết sẽ là 32mA.

Đặc điểm hoạt động

 APM (Alternate Pulse Modulation): kết hợp giữa AFP và mã Manchester

Hình 7.6: Sơ đồ mã hóa bit cấu trúc mạng AS- i

 Lớp 1 chịu trách nhiệm hoàn toàn trong việc kiểm tra lỗi, dựa vào bit chẵn/lẻ kết hợp với phương pháp mã hóa bit hợp lý

 Trong một chu kỳ bit (6 μs) tín hiệu trên đường truyền được bộthu lấy mẫu 16 lần=> Nhận biết dạng tín hiệu theo mã APM

 Mỗi bức điện đều có chiều dài cố định, có bit đầu, bit cuối, ngăn cách bằng một thời gian nghỉ

 Kiểm tra bằng một bit chẵn lẻ

 Tỉ lệ lỗi còn lại rất thấp Vídụ, tỉ lệ bit lỗi là 0.0012 (tức khoảng 200 lỗi/s) thì TMTBF các bức điện trạm chủ lớn hơn 10 năm.

Trong trường hợp không có lỗi truyền tại 31 trạm, một chu kỳ bus sẽ bao gồm 33 bức điện, bao gồm 2 bức điện thông báo tham số Thời gian cho mỗi chu kỳ bus được tính là 33 x 25 bit x 6μs/bit, tương đương với 4.95 ms.

Nếu trung bình có một bức điện bị lỗi cần gửi lại trong mỗi chu kỳ, với khoảng 200 lỗi mỗi giây, thì chu kỳ bit sẽ kéo dài là 34 x 25 bit x 6μs/bit, tương đương 5.1 ms.

 Trong trường hợp mười bức điện bịlỗi phải gửi lại trong một chu kỳ, thời gian chu kỳ bus sẽ là: 43 x 25 bit x 6μs/bit = 6.45 ms

Kỹ thuật truyền tốc độ cao được sử dụng để giám sát điện áp trên cáp và truyền dữ liệu Khi phát hiện lỗi truyền hoặc hư hỏng ở các thiết bị slave, hệ thống sẽ gửi thông điệp đến PLC để người sử dụng có thể xử lý Việc thêm hoặc trao đổi các thiết bị slave trong quá trình hoạt động bình thường không ảnh hưởng đến khả năng truyền thông với các mạng khác.

Các actuator/sensor thông minh làm tăng thêm các khã năng, thí dụ giám sát, gán tham số, kiểm tra ô nhiễm …

Trong mạng AS-I thường xày ra các lỗi về hệ thống, lỗi nguồn, lỗi kết nối, lỗi cấu hình lỗi địa chỉ…

Một số thiết bị master và slave được dùng kết nối trong mạng AS-I

Hình 7.8 : Cách nối cáp AS – I vào CP242-2

Trạng thái các đèn báo:

 SF (red) :Lỗi hệ thống.

 APF (red) :Lỗi nguồn cung cấp.

 CER (yellow) :Lỗi cấu hình

 AUP (green) :Đang làm việc.

 CM (yellow) :Chế độ cấu hình

 SET Button :Đặt cấu hình chuẩn

 DISPLAY Button :Xem trạng thái các slave trong mạng

Hình 7.9: AS-I master CP 342-2 Trạng thái các đèn báo:

 ADR (red) :Lỗi địa chỉ

 RUN (đỏ) :Master hoạt động

 SF (đỏ) :Lỗi hệ thống.

 APF (đỏ) :Lỗi nguồn ASI.

 CER (vàng) :Lỗi cấu hình.

 AUP (xanh) :Chế độ tự động

 CM (vàng) :Chế độ cấu hình.

 Các sensor với kết nối ASI tích hợp sẵn ví dụ của hãng SIEMENS hoặc các nhà sản xuất khác Sensor thông minh (sensor điện cảm )

Hình 7.10: Hình dạng một sensor thông minh

Hình 7.11: Cấu trúc một sensor thông minh Vùng 1: Đối tượng quá gần hay sensor ngắn mạch.

Vùng 4: Vùng chắc chắn ―OFF‖.

Vùng 5: Đứt dây dẫn cuộn dây sensor.

Sn: Khoảng cách đóng mạch định mức

Sr: Khoảng cách đóng mạch thực

Khả năng bus của sensor có thể được thực hiện thông qua ASI, giúp đơn giản hóa việc nối dây mà không cần các module vào/ra trong điều khiển Các sensor hỗ trợ nối bus này được kết nối trực tiếp qua cáp ASI.

Các tín hiệu phụ có vai trò quan trọng trong việc bổ sung các tín hiệu đóng mạch nhị phân, giúp chẩn đoán tình trạng đứt dây hoặc nhiễu tín hiệu trong quá trình truyền tải Hướng dữ liệu được đưa về dựa trên các tham số của cảm biến, từ đó nâng cao độ chính xác trong việc giám sát và xử lý thông tin.

2 VÙNG 3 VÙNG 4 VÙNG 5 biến (ví dụ: độ nhạy, khoảng cách đóng mạch, sự trễ tín hiệu…) trên cùng dây dẫn

Các cảm biến ASI tích hợp bộ vi xử lý thông minh, cho phép chẩn đoán hiệu quả và lập trình các đặc tính như độ trễ và tính tuyến tính Điều này giúp giảm thiểu tình trạng điều khiển vượt quá, nâng cao hiệu suất hoạt động.

Trong ngành công nghiệp, có nhiều phần mềm hỗ trợ thiết lập mạng AS-I, tuy nhiên, giáo trình này sẽ sử dụng phần mềm Simatic S7-300 Lý do là phần mềm này đã có sẵn trong trường và được nhiều nhà máy sử dụng trong thực tế, cùng với phần cứng tương ứng.

Hình 7.13 : đấu dây modul AS-I 343-2DP

Thiết lập mang AS-I sử dụng CP 343-2 và CPU 315-2DP diều khiển 2 động cơ

- Khai báo các thông số của phần cứng như nguồn, CPU,CP343-2

Chọn nguồn có thông số PS 307- 10A Chọn CPU315-2DP

Hình 7.14 : thiết lập phần cứng modul AS-I 343-2P Sau đó ta thiết lập slave AS-I cho CP343-2P

Hình 7.15 : thiết lập slave AS-I 343-2P Tương tự như vậy ta khai báo tất cả phần cứng có trên hệ thống mạng.

Ta lưu lại và download xuống CPU và hiện lên hộp thoại như sau:

Hình 7.16a : download phần cứng xuống CPU

Nhấp OKVà hiện ra hộp thoại nữa và ta chọn địa chỉ MPI là 2 rồi nhấp

OK Hiện ra như hình trên là việc khai báo phần cứng gần như thành công.

Hình 7.16b : download phần cứng xuống CPU

Ta nhìn vào CPU nếu thấy đèn ngay nút RUN hiển thị màu xanh báo hiệu đã kết nối thành công và bắt đầu hoạt động.

Ta viết chương trình:chọn block kích đúp vào OB1 viết chương trình như sau:

Lưu chương trình và tải xuống PLC để theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị Sau đó, học sinh sẽ thực hành các bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên.

Bài 1 : dùng modul CP343-2P AS-I viết chương trình đọc dữ liệu từ vùng slave có địa chỉ PIW20 điều khiển động cơ chạy theo thời gian thực, thứ 7 chủ nhật nghỉ

Bài 2: Dùng modul CP342-2 AS-I viết chương trình giám sát đọc tín hiệu nhiệt độ khoảng nhiệt độ từ 20 độ C đến 340 độ C từ modul analog và điều khiển quạt gió Nếu nhiệt độ khoảng 200 độ quạt thổi hơi lạnh sẽ chạy

Bài 3 : viết chương trình dùng hệ thống AS-I với modul phân tán ET200S viết chương trình điều khiển máy nén khí giám sát hoạt động của máy nén khí trên giao diện SCADA.

MẠNG INDUSTRIAL ENTHERNET

Một số loại tốc độ truyền thông Enthernet

Ethernet là một môi trường mạng LAN chia sẻ, nơi tất cả các trạm trên mạng chia sẻ băng thông, có thể đạt 10Mbps, 100Mbps hoặc 1000Mbps Hiện nay, Switched Ethernet đã trở thành khái niệm phổ biến, cho phép sử dụng Switch thay vì Hub, giúp mỗi cặp máy tính có đường truyền riêng với băng thông đầy đủ Mạng Ethernet có thể sử dụng nhiều loại cáp như cáp đồng trục, cáp xoắn đôi, cáp quang hoặc kết nối không dây, và áp dụng cả cấu trúc tuyến tính và hình sao.

Các hệ thống Ethernet 10Mb/s

10Base5 là tiêu chuẩn Ethernet đầu tiên, sử dụng cáp đồng trục dày với tốc độ truyền tải đạt 10 Mb/s Tiêu chuẩn này hoạt động trên băng tần cơ sở và cho phép chiều dài tối đa của một phân đoạn mạng lên đến 500m.

10Base2, còn được gọi là "thin Ethernet", sử dụng cáp đồng trục mỏng với tốc độ truyền dữ liệu đạt 10 Mb/s Chiều dài tối đa của mỗi phân đoạn cáp là 185 m, nhưng theo tiêu chuẩn IEEE, chiều dài này được làm tròn thành 200 m.

+ 10BaseT: Chữ T là viết tắt của ―twisted‖: cáp xoắn cặp 10BaseT hoạt động tốc độ 10 Mb/s dựa trên hệ thống cáp xoắn cặp Cat 3 trở lên.

10BaseF là chuẩn Ethernet sử dụng sợi quang, viết tắt từ Fiber Optic, với tốc độ hoạt động 10 Mb/s và được giới thiệu vào năm 1993 Chuẩn này là một phần của hệ thống Ethernet 100 Mb/s, thường được gọi là Fast Ethernet.

+ 100BaseT: Chuẩn Ethernet hoạt động với tốc độ 100 Mb/s trên cả cắp xoắn cặp lẫn cáp sợi quang

100BaseX là một hệ thống mạng với đặc tính mã hóa đường truyền, sử dụng phương pháp mã hóa 4B/5B theo chuẩn FDDI Hệ thống này bao gồm hai chuẩn: 100BaseFX và 100BaseTX Trong đó, 100BaseFX có tốc độ truyền dữ liệu lên đến 100Mb/s và sử dụng cáp sợi quang đa mode.

+ 100Base TX: Tốc độ 100Mb/s, sử dụng cáp xoắn cặp

100BaseT2 và 100BaseT4 là các chuẩn Ethernet sử dụng 2 và 4 cặp cáp xoắn Cat 3 trở lên, nhưng hiện nay chúng ít được sử dụng Trong khi đó, hệ thống Gigabit Ethernet đang trở thành lựa chọn phổ biến hơn.

Chuẩn 1000BaseX, với chữ "X" biểu thị đặc tính mã hóa đường truyền, dựa trên phương pháp mã hóa 8B/10B, được sử dụng trong các hệ thống kết nối tốc độ cao như Fibre Channel do ANSI phát triển Chuẩn này bao gồm ba loại khác nhau.

- 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 với tốc độ Gigabit, sử dụng băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên Công nghệ này áp dụng kiểu mã hóa đường truyền riêng biệt để đạt được tốc độ cao trên loại cáp này.

Industrial Enthernet

Hình 8.1 : Mạng truyền thông Ethernet trong công nghiệp

Advantech cung cấp một loạt sản phẩm cho giải pháp Ethernet công nghiệp, bao gồm bộ chuyển mạch Ethernet, bộ chuyển đổi truyền thông và bộ biến đổi tín hiệu từ Serial sang Ethernet Các sản phẩm này có tính năng chính là đảm bảo kết nối ổn định và hiệu suất cao trong môi trường 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 dòng điện

* Tự động điều chính chế độ truyền dữ liệu (Full/half duplex)

* Giải pháp mạng quang cho các ứng dụng khoảng cách xa và chống nhiễu

(100 Base-FX, Single/Multi Mode Cổng nối chuẩn SC)

* Tiện lợi trong lắp đặt như 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.

3.2 Kết nối và dây cáp:

+ Vật lý: Đường thẳng hoặc hình sao

+ Mã hóa Manchester, truyền chênh lệch đối xứng (±0,85V)

— 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 8.2 : Cáp truyền thông Ethernet

Hình 8.3 : Mô hình đấu nối cáp mạng ethernet Ở sơ đồ này Sử dụng một nhánh mạng 10BASE-2 làm xương sống:

Trường hợp này phải chọn các Hub có môđun mở rộng (Add- in module)

Khuôn dạng khung truyền được thể hiện trên hình sau:

Hình 8.4: Cấu trúc khung truyền trong Ethernet IEEE 802.3

Premable (7 byte): là phần đầu dùng để thiết lập sự đồng bộ, nó là dãy bít luân phiên 1 và 0 kết thúc là 0

SFD (Start frame Delimiter): là dãy bít 10101011, để chỉ sự bắt đầu thực sự của khung truyền.

DA (Destination Address) 2 byte hoặc 6 byte : địa chỉ trạm đích, có thể lựa chọn thống nhất địa chỉ là 16 bít hoặc 48 bit

SA (Source Address): địa chỉ trạm nguồn, có chiều dài tương ứng với địa chỉ đích.

Length (2 byte): chỉ độ dài của phần LLC data

LLC data: đơn vị dữ liệu của LLC

PAD: Phần dữ liệu them vào với mục đích phát hiện xung đột

FCS(Frame Check Sequence): mã kiểm tra lỗi CRC 32 bít cho tất cả các vùng trừ Preamble, SFD và FCS.

Khuôn dạng của vùng địa chỉ 16 bít và 48 bít được chỉ ra trên hình sau:

I/G = 0, Địa chỉ riêng biệt I/G = 1, Địa chỉ nhóm

Hình 8.5: Dạng địa chỉ 16 bít

U/L = 0, Địa chỉ toàn cục U/L = 1, Địa chỉ địa phương

Hình 8.5: Dạng địa chỉ 46 bít

3.4 Nhiễu và tiếng ồn: Để mạng Ethernet hoạt động đúng, mỗi máy trạm phải phát hiện và thông báo sự xung đột tới trạm xa nhất trong mạng trước khi một trạm nguồn hoàn thành việc truyền khung Khung Ethernet kích cỡ nhỏ nhất là 512 bit (64 octet), do đó khoảng thời gian nhỏ nhất để phát hiện và thông báo xung đột là

512 lần thời gian một bit.

Ethernet 10Mb/s: slot Time = 51,2 us

Ethernet 100Mb/s: slot Time = 5,12 us

Ethernet 1000Mb/s: slot Time = 512 ns

Khi vi phạm thời gian slotTime, mạng Ethernet sẽ hoạt động không chính xác Mỗi khi truyền khung, máy trạm lưu khung trong bộ đệm cho đến khi truyền thành công Nếu mạng không đáp ứng đúng tham số slotTime, ví dụ, trạm 1 có thể truyền 512 bit thành công mà không gặp xung đột, nhưng khung sẽ bị xóa khỏi bộ đệm Do sự phát hiện xung đột bị trễ, trạm 1 không thể truyền lại khung vì nó đã bị xóa, dẫn đến việc mạng không hoạt động đúng cách.

Một mạng Ethernet được thiết kế đúng phải thoả mãn điều kiện sau:

― Thời gian trễ tổng cộng lớn nhất để truyền khung Ethernet từ trạm này tới trạm khác trên mạng phải nhỏ hơn một nửa slotTime‖

Thời gian trễ tổng cộng trong mạng Ethernet bao gồm trễ qua các thành phần truyền khung, như trễ tín hiệu trên cáp nối và trễ qua bộ repeater Mỗi thành phần có thời gian trễ riêng, phụ thuộc vào đặc tính kỹ thuật của chúng Các nhà sản xuất thiết bị cung cấp thông số cụ thể, do đó, việc lựa chọn và tính toán hợp lý là cần thiết để đảm bảo mạng hoạt động hiệu quả.

3.5 TCP/IP và Industrial Ethernet:

Mô hình TCP/IP bao gồm 4 lớp và không hoàn toàn giống với mô hình OSI Dù cả hai mô hình đều nhằm mục đích tạo điều kiện truyền thông giữa các mạng và máy tính khác nhau, mỗi mô hình có những đặc điểm và cách thực thi riêng Mô hình OSI, do ISO phát triển, được coi là chuẩn cho các mô hình khác Ngược lại, TCP/IP ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của chính phủ Mỹ trong bối cảnh cụ thể, do đó, sự phát triển của nó không bị ràng buộc bởi những yêu cầu nghiêm ngặt như OSI.

Do OSI là mô hình tham khảo, việc áp dụng nó vào thực tế gặp nhiều khó khăn, dẫn đến hiệu suất kém khi dữ liệu phải đi qua tất cả các lớp của mô hình Vì lý do này, OSI chỉ đóng vai trò như một tiêu chuẩn cho các nhà nghiên cứu phát triển các mô hình tối ưu hơn Mặc dù có nhiều mô hình khác nhau đã được phát minh, nhưng hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của Internet, mô hình TCP/IP đang được sử dụng phổ biến nhất trên toàn cầu.

Bộ giao thức TCP/IP đóng vai trò quan trọng trong việc lựa chọn phương thức truyền thông, giúp giảm thiểu lỗi và nâng cao hiệu quả Một số đặc điểm nổi bật của TCP/IP bao gồm khả năng truyền dữ liệu đáng tin cậy, tính linh hoạt trong việc kết nối mạng và khả năng tương thích với nhiều loại giao thức khác nhau.

 Độc lập với cầu hình mạng: TCP/IP có thể dung cho mạng bus, start, ring, cho mạng cục bộ, mạng diện rộng hay các liên mạng

 Độc lập với phần cứng vật lý của mạng: TCP/IP có thể dung cho Ethernet, token-ring hay bất cứ loại phần cứng nào.

TCP/IP là một giao thức mở, cho phép hoạt động trên nhiều hệ điều hành khác nhau, điều này làm cho nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các mạng đa dạng về phần cứng và phần mềm, như Internet.

Mỗi trạm trong mạng TCP/IP được xác định bằng một địa chỉ IP duy nhất, cho phép nó liên lạc với bất kỳ trạm nào khác trên mạng.

 Hỗ trợ đắc lực mạng theo mô hình Client – Server

Các giao thức chuẩn lớp ứng dụng trong TCP/IP không chỉ giúp lập trình viên truyền dữ liệu giữa các ứng dụng mà còn là nền tảng cho nhiều giao thức lớp ứng dụng khác.

Kiến trúc của TCP/IP

Phát triển từ mô hình tham chiếu OSI, TCP/IP được phân làm 4 lớp:

 Lớp truy xuất mạng (Network Access layer)

 Lớp liên mạng (Internet Layer)

 Lớp giao vận (Transport layer).

 Lớp ứng dụng (Application layer).

Việc phân lớp này đảm bảo một số nguyên tắc sau:

 Một lớp được tạo ra khi cần đến mức trừu tượng hóa tương ứng

 Mỗi lớp cần thực hiện các chức năng được định nghĩa rõ ràng

 Việc chọn chức năng cho mỗi lớp cần chú ý tới việc định nghĩa các quy tắc chuẩn hóa quốc tế.

 Ranh giới các mức cần chọn sao cho thông tin đi qua là ít nhất ( tham số cho chương trình con là ít)

 Số mức phải đủ lớn để các chức năng tách biệt không nằm trong cùng một lớp và đủ nhỏ để mô hình không quá phức tạp.

 Một mức có thể được phân thành các lớp nhỏ cần thiết.

 Các mức con có thể lại bị loại bỏ.

 Hai hệ thống khác nhau có thể truyền thông với nhau nếu chúng bảo đảm những nguyên tắc chung (cài đặt cùng một giao thức truyền thông).

 Các chức năng được tổ chức thành một tập các lớp đồng mức cung cấp chức năng như nhau Các lớp đồng mức phải sử dụng giao thức chung

Một lớp trong mô hình giao thức không định nghĩa một giao thức đơn lẻ mà xác định chức năng truyền thông có thể được thực hiện bởi nhiều giao thức khác nhau Mỗi lớp có thể chứa nhiều giao thức, mỗi giao thức cung cấp dịch vụ phù hợp với chức năng của lớp đó Để đảm bảo giao tiếp hiệu quả, mỗi lớp cần được chuẩn hóa với lớp tương ứng Mặc dù giao thức chỉ liên quan đến lớp của nó, việc chuyển dữ liệu giữa các lớp trên một máy tính cần có sự đồng thuận Lớp cao hơn phụ thuộc vào lớp thấp hơn để truyền dữ liệu qua mạng Dữ liệu sẽ được chuyển xuống ngăn xếp từ lớp này đến lớp thấp hơn cho đến khi được truyền qua mạng nhờ giao thức của lớp vật lý, và tại nơi nhận, dữ liệu sẽ đi lên ngăn xếp đến ứng dụng nhận Các lớp riêng lẻ không cần biết cách các lớp trên và dưới xử lý thông tin, chỉ cần biết cách chuyển thông tin đến lớp đó Sự cô lập các chức năng truyền thông giữa các lớp khác nhau giúp giảm thiểu sự tích hợp công nghệ và cho phép thêm ứng dụng mới mà không cần thay đổi lớp vật lý của mạng, đồng thời phần cứng có thể được nâng cấp mà không cần viết lại phần mềm ứng dụng.

Các lớp kiến trúc mô hình TCP/IP và các nghi thức tương ứng như sau:

OSI TCP/IP TCP/IP Protocol Stack

Application layer Process/Application layer FTP, SMTP, TELNET,

Transport layer Transport layer TCP or UDP

Network layer Internet layer IP, ARP, RARP, ICMP DataLink layer Network Access layer Network interface card

Hình 8.6: Tương quan hai mô hình OSI model và TCP/IP model

TCP (Transmission Control Protocol) is a connection-oriented protocol that ensures error-free, two-way full duplex data transmission for user processes.

UDP (User Datagram Protocol) là một giao thức không thiết lập kết nối, cho phép người dùng truyền tải dữ liệu mà không đảm bảo tính chính xác khi đến đích.

ICMP (Internet Control Message Protocol): nghi thức sử lý lỗi và điều khiển thông tin giữa các gateway và các host.

IP (Internet Protocol): đây là protocol cung cấp dịch vụ phân phối các packet cho TCP, UDP và ICMP

ARP (Adress Resolution Protocol): protocol ánh xạ một địa chỉ Internet vào trong một địa chỉ phần cứng

RARP (Reverse Address Resolution Protocol): ánh xạ một địa chỉ phần cứng thành một địa chỉ Internet

Trong phần mở đầu, trường quan trọng đầu tiên là Preamble, đánh dấu sự xuất hiện của khung bit với giá trị cố định là 10101010 Nhóm bit này cho phép phía nhận tạo ra xung đồng hồ 10 MHz.

SFD (start frame delimiter): trường này mới thực sự xác định sự bắt đầu của 1 khung Nó luôn mang giá trị 10101011

Các trường Destination và Source xác định địa chỉ vật lý của các trạm gửi và nhận khung, giúp xác định nguồn gốc và đích đến của khung dữ liệu Trường LEN cho biết kích thước của phần dữ liệu trong khung FCS chứa CRC (cyclic redundancy checksum), được tính toán bởi phía gửi trước khi truyền khung và được kiểm tra lại bởi phía nhận Nếu giá trị CRC trùng khớp, khung được coi là nhận đúng; ngược lại, khung sẽ bị loại bỏ do lỗi.

+ Truy nhập bus: CSMA/CD

Xử lý sự cố

Từ những ứng dụng ban đầu của mạng LAN với công nghệ Metro Ethernet, Ethernet tốc độ 10/100/1000Mbps đã trở thành phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày Nhu cầu về tốc độ truyền và chất lượng dịch vụ QoS ngày càng cao đã dẫn đến sự phức tạp trong triển khai Ethernet và mở rộng ứng dụng ra các khu vực lớn hơn Trong quá trình triển khai mạng, việc bảo trì thiết bị và xử lý sự cố đòi hỏi phải đạt được hiệu quả cao về chất lượng truyền dẫn và vận hành khi đầu tư vào công nghệ Ethernet Đối mặt với những thách thức trong môi trường LAN, việc tìm ra lỗi nhanh chóng là một vấn đề lớn đối với người quản lý DADI đã cung cấp một loạt thiết bị kiểm tra mạng sử dụng công nghệ Ethernet, thừa hưởng những đặc điểm kỹ thuật và tính thương mại của DN065 Ethernet Analyzer, giúp giải quyết các vấn đề trong quá trình kiểm tra và nâng cao hiệu quả công việc.

Hình 8.8 : Các lỗi trong mạng Ethenet

4.2 Các vấn đề và lỗi cơ bản

Khi trong mạng Ethernet có lỗi thì ta phải phân tích lỗi :

 Phát hiện lỗi như thế nào ở đâu

 Xem xét lỗi gì trên những alarm, messeger

 Cô lập lỗi truyền thông

 Phục hồi lỗi đang hiện hữu

Hình 8.9 : Hình thể hiện các vấn đề về sự cố mạng Ethernet

TPT-8020A là thiết bị cầm tay dễ sử dụng, lý tưởng cho việc kiểm tra cáp và mạng Nó không chỉ hiển thị sơ đồ dây và đo độ dài cáp, mà còn chẩn đoán lỗi cáp và vẽ kết nối cáp Bên cạnh đó, TPT-8020A còn có khả năng kiểm tra hoạt động của mạng, mang lại hiệu quả cao trong việc quản lý và bảo trì hệ thống mạng.

Hình 8.10 : managed Switch Enthernet manager

DN065 Gigabit Ethernet Analyzer là thiết bị cầm tay chuyên dụng cho việc kiểm tra và triển khai công nghệ Ethernet 10/100/1000Mbps Thiết bị này tích hợp nhiều chức năng quan trọng như kiểm tra dịch vụ Ethernet, kiểm tra tỷ lệ lỗi bit (BER), và thực hiện bài kiểm tra RFC 2544, cùng với khả năng đo độ biến thiên độ trễ IP (IPDV).

Hình 8.11 : managed Switch Enthernet manager

Managed Switch không chỉ hỗ trợ tính năng IGMP mà còn sở hữu nhiều chức năng quan trọng khác như lưu trữ lịch sử lỗi, kiểm soát tốc độ từng cổng, cài đặt bảo mật và ánh xạ cổng mạng (Port Mirroring) Tính năng ánh xạ cổng cho phép quản trị viên theo dõi gói tin qua các cổng bằng cách ánh xạ sang cổng khác, hỗ trợ việc xác định nguyên nhân sự cố khi mạng gặp vấn đề Khi xảy ra sự cố, kỹ sư bảo trì có thể sử dụng máy tính và cáp Ethernet để theo dõi lưu lượng Multicast và Broadcast, từ đó phát hiện nguyên nhân gây chậm mạng Mặc dù Switch có tốc độ phản hồi nhanh hơn nhiều so với thiết bị đầu cuối, nhưng nguyên nhân chính gây ra sự cố mạng thường là do truyền thông Multicast hoặc Broadcast quá mức, dẫn đến quá tải thiết bị Do đó, việc kiểm soát Multicast và Broadcast là cần thiết để tối ưu hiệu suất mạng.

4.4 Các vấn đề và giải quyết

Sau khi hệ thống mạng được lắp đặt và hoạt động, việc kiểm soát, vận hành và bảo trì hệ thống là rất quan trọng Nhiều phần mềm hỗ trợ cho quản trị mạng và kỹ sư bảo trì ở các cấp độ khác nhau Trong chương này, chúng ta sẽ tập trung vào mạng truyền thông Ethernet công nghiệp của Siemens.

Mạng truyền thông Ethernet công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như nhà máy thép, xi măng, dầu ăn và dầu khí Bài viết này giới thiệu các hàm truyền thông của hãng Siemens, kèm theo ví dụ và bài tập thực hành Các hàm này được sử dụng để truyền và nhận dữ liệu, và tùy thuộc vào các đối tượng trong mạng, các hàm truyền và nhận dữ liệu sẽ khác nhau.

Bảng 8.1 : Các hàm truyền Ethernet trong PLC S7300/400

 Cơ Chế hoạt động của hàm AG_SEND và AG_RECV:

 Dữ liệu được hàm AG_SEND truyền qua vùng dữ liệu đệm gửi của CP 343-1 từ đây dữ liệu được truyền lên mạng truyền thông

 Dữ liệu truyền đến được lưu vào vùng dữ liệu đệm nhận cùa CP

343-1 CPU nhận được dữ liệu từ bộ đệm thông qua hàm

Hình 8.13 : Khối hàm lệnh AG_SEND

Giá trị có thể Giải thích

ACT INPUT BOOL 0,1 Nếu ACT=1,

Dữ liệu được truyền đi với vùng dữ liệu bắt đâu từ SEND với chiều dài bằng LEN Nếu ACT =0 thì các thông số DONE,

ERROR và STATUS được cập nhập.

Số hiệu kết nối được định nghĩa trong phần thiết lập kết nối ID

LADDR INPUT WORD Địa chỉ bắt đầu của Module

The address and theoretical length of a data region can take several forms, including process image area, bit memory, and data block area.

LEN INPUT INT - Với ISO

Transport và ISO- on- TCP/TCP:

Số lượng Byte được truyền Giá trị có thể từ tới chiều dài danh nghĩa phù hợp với thông số SEND

Chú ý với dạng của BLOCK S7-300 Với Version cũ của

AG_SEND (tới V3.0), Vúng dữ liệu luôn luôn bị hạn chế lớn nhất 240 byte Những phiên bản hiện naychoi phép tới 8192 bytes

DONE OUTPUT BOOL 0: DL đang truyền

Thông số cho biết công việc chưa truyền xong hay ko truyền được không có lỗi

Thông số ERROR kết hợp với

DONE và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi được trình bày ở bảng dưới.

Thông số ERROR kết hợp với

DONE và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi được trình bày ở bảng dưới

STATUS OUTPUT WORD Thông số

DONE và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi được trình bày ở bảng dưới

Bảng 8.2 : Các thông số hàm AG_SEND trong PLC S7300/400

 Để biết chính xác lỗi ở đâu để từ đó tìm cách khắc phục ta dựa vào các thông số DONE,

1 0 0000 Công việc hoàn tất không lỗi

0 0 8180 Không có công việc đang được thực hiện

0 0 8181 Công việc truyền đang hoạt động

300: Hàm FC được gọi với ACT=0; công việc vẫn chưa được xử lý

0 1 8183 Khai báo cấu hình hay dịch vụ ISO/TCP vẫn chưa được kích hoạt trên CP Ethernet

0 1 8185 Tham số LEN dài hơn vùng gốc SEND

0 1 8186 Tham số ID vô hiệu ID!-1,2 tới

0 1 8301 SAP chưa được kich hoạt trên trạm đích.

Trạm nguồn không nhận dữ liệu từ trạm đích, dẫn đến việc trạm nhận không thể xử lý dữ liệu một cách nhanh chóng Có thể do trạm nhận chưa sẵn sàng để tiếp nhận dữ liệu.

Acknowledge) không được hỗ trợ cho SAP của trạm đích

0 1 8304 Kết nối không được thiết lập, công việc truyền chỉ nên thử lại sau khi đợi khoảng 100ms

0 1 8311 Trạm đích không nhân được địa chỉ Etherner

0 1 8F22 Dữ liệu nguồn vô hiệu Ex: LEN 240 byte, CPU, Dịch vụ không được cung cấp)

80B2 Trong trường hợp CPU là Older version)

0 1 80C0 Dữ liệu ghi không thể đọc.

0 1 80C1 Dữ liệu ghi vào đang được xử lý

0 1 80C2 Có quá nhiều công việc đang được xử lý.

0 1 80D2 Địa chỉ Module không đúng.

Bảng 8.3 : Các thông số báo lỗi hàm AG_SEND trong PLC S7300/400

Hình 8.14 : Khối hàm lệnh AG_RECV Thông

Khai báo Dạng Giá trị có thể Giải thích

ID INPUT INT 1,2 tới 14 Số hiệu kết nối được định nghĩa trong phần thiết lập kết nối ID

LADDR INPUT WORD Địa chỉ bắt đầu của Module

The theoretical address and length of the data region can take several forms, including the process image area, bit memory, and data block area.

Chất lượng truyền dữ liệu được cải thiện lên tới 212 byte nếu bạn hạn chế chiều dài đến

212 byte với các tham số của RECV

Thông số này cho biết dữ liệu mới có được nhận hay không

Thông số ERROR kết hợp với NDR và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi được trình bày ở bảng dưới.

STATUS OUTPUT WORD Thông số

ERROR kết hợp với NDR và STATUS cho biết chính xác hơn về lỗi được trình bày ở bảng dưới

LEN INPUT INT - Với ISO

Transport và ISO- on- TCP/TCP:

Số lượng Byte đã được chấp nhận từ

CP Ethenet và được truy cập vào vùng dữ liệu S7-300

Với Version cũ của AG_SEND (tới V3.0), Vúng dữ liệu luôn luôn bị hạn chế lớn nhất 240 byte Những phiên bản hiện naychoi phép tới 8192 bytes

Bảng 8.4 : Các thông số hàm AG_RECV trong PLC S7300/400

 Thông số NDR, ERROR, STATUS cho biết trạng trạng thái của hàm

1 0 0000 Dữ liệu mới được chấp nhận

0 0 8180 Chưa có dữ liệu được truyền đến.

0 0 8181 Công việc nhận đang được hoạt động

0 1 8183 Khai báo cấu hình hay dịch vụ ISO vẫn chưa được kích hoạt trên CP Ethernet

(Vùng dữ liệu nguồn không đúng)

0 1 8186 Tham số ID không hợp lệ ID!-1,2 tới 16 (S7-300)

0 1 8304 Kết nối không được thiết lập Việc truyền chỉ nên được thực hiện lại chỉ sau đợi khoảng thời gian ngắn nhất

0 1 8F23 DL nguồn không hợp lệ, (Ex: Trùng vùng dữ liệu)

0 1 8F25 Lỗi khi đang ghi các tham số.

0 1 8F29 Lỗi sắp xếp kgi ghi các tham số

0 1 8F30 Tham số được bảo vệ ghi trong hoạt động ghi lần 1

0 1 8F31 Tham số được bảo vệ ghi trong hoạt động ghi lần 2

0 1 8F32 Số DB trong tham số quá cao

0 1 8F3A Vùng dữ liệu đích không được tải

0 1 8F43 Quá thời gian ghi các tham số vào vùng (I/O)

0 1 8F45 Địa chì của tham số được ghi bị vô hiệu trong truy cập.

0 1 8090 Không có Module với địa chỉ đã khai báo hay CPU đang ở chế độ STOP

0 1 8092 Trong một số dạng, tham số không phải dạng Byte chỉ có ở S7-400

0 1 80A0 Không thông báo đang đọc ở Module

0 1 80A4 Truyền thông giữa CPU và CP không được xác lập

0 1 80B0 Module không thừa nhận dữ liệu ghi vào

0 1 80B1 Vùng dữ liệu đích bị vô hiệu

CPU và CP không được xác lập

0 1 80C0 Module không thừa nhận dữ liệu ghi vào

0 1 80C1 Dữ liệu ghi đang được xử lý

0 1 80C2 Có quá nhiều công việc đang được xử lý

0 1 80C3 Nguồn CPU đang được sữ dụng

0 1 80D2 Địa chỉ Module không đúng

Bảng 8.5 : Các thông số báo lỗi hàm AG_RECV trong PLC S7300/400

Chương trình gửi khung dữ liệu dài 38 từ từ địa chỉ con trỏ vùng dữ liệu DB302.DBX118 đến PLC trạm 1 qua mạng Ethernet công nghiệp.

Hệ thống gồm có 2 PLC S7-400 412-2DP và 416-2DP dữ liệu từ PLC trạm 2 gửi qua trạm 1.

Thiết lập trạm thứ nhất ta lấy nguồn , CPU412-2DP và CP443-1 thiết lập mạng ethernet

Hình 8.15 : Bảng thiết lập Ethernet CP443-1

 Bước 2 : thiết lập địa chỉ IP

Hình 8.16 : Bảng thiết lập địa chỉ Ethernet trạm 1

 Bước 2.1 : tương tự ta thiết lập trạm thứ 2

Hình 8.17 : Bảng thiết lập Ethernet CP443-1 Advanced

 Bước 3 : định địa chỉ IP

Hình 8.18 : Bảng thiết lập địa chỉ Ethernet trạm 2

 Bước 4 : Sau đó ta save, download và compile tất cả ra màn hình chính ta viết chương trình khung dữ liệu gửi và truyền.

Hình 8.19 : Màn hình sau khi thiết lập xong

Hình 8.20 : Khối hàm gửi 38 word cho trạm 1

Hình 8.21 : Khối hàm nhận dữ liệu

Lưu chương trình và tải xuống PLC để quan sát trạng thái hoạt động của thiết bị Sau đó, học sinh sẽ thực hành các bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên.

Mạng truyền thông Ethernet công nghiệp của Siemens được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, cung cấp giải pháp tối ưu về chi phí cho môi trường công nghiệp hiện đại Với khả năng thích ứng cao, mạng Ethernet của Siemens tương thích tốt với các mạng truyền thông và phần cứng từ nhiều nhà sản xuất khác nhau.

Bài tập yêu cầu kết nối hai PLC S7 300 qua mạng Ethernet, với PLC1 có địa chỉ IP 192.168.0.11 và PLC2 có địa chỉ IP 192.168.0.12 Chương trình cần được viết để truyền dữ liệu từ MB4 và MB11 của PLC1 sang PLC2, sau đó lưu kết quả vào QB15 và QB20.

Bài tập yêu cầu kết nối hai PLC S7 300 qua mạng Ethernet, với PLC1 có địa chỉ IP 192.168.0.1 và PLC2 có địa chỉ IP 192.168.0.2 Động cơ được gắn tại PLC2, trong khi hai nút nhấn START và STOP được gắn tại PLC1 Chương trình cần thực hiện chức năng: khi nhấn nút START, động cơ sẽ được bật (ON), và khi nhấn nút STOP, động cơ sẽ tắt (OFF).

MẠNG TRUYỀN THÔNG RADIO VÀ WIRELESS

Thiết bị truyền thông Radio

Cuối tháng 9/2009, GE Digital Energy đã giới thiệu sản phẩm MDS SD9, một giải pháp hiệu quả cho truyền thông không dây trong ngành công nghiệp Sản phẩm này cho phép truyền nhận tín hiệu trên khoảng cách lớn qua các dải tần radio phổ biến, giúp người dùng dễ dàng kết nối với mạng IP/Ethernet và các bộ điều khiển sử dụng giao tiếp nối tiếp.

SD9 hỗ trợ cả truyền thông IP/Ethernet và truyền thông nối tiếp, giúp các nhà máy cải thiện hiệu suất và linh hoạt trong hệ thống truyền thông Việc nâng cấp từ giao tiếp nối tiếp sang giao tiếp hiện đại hơn sẽ mang lại nhiều lợi ích cho quy trình sản xuất.

IP/Ethernet đã trở nên dễ dàng hơn, đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho toàn bộ nhà máy MDS SD9 được ứng dụng trong thu thập dữ liệu, giám sát và điều khiển máy biến thế, các thông số của máy bơm, máy nén khí, và máy đo lưu lượng trong ngành dầu khí Nó cũng hỗ trợ điều khiển PLC và các thiết bị đo trong nhà máy xử lý nước thải cùng nhiều ngành công nghiệp khác.

MDS SD9 không chỉ hỗ trợ giao thức IP/Ethernet mà còn được trang bị khả năng mã hóa AES 128 bit, đảm bảo an toàn cho dữ liệu Thiết bị này có hai cổng nối tiếp, cho phép truyền thông hiệu quả ở khoảng cách lên tới 50 dặm Đặc biệt, MDS SD9 còn tích hợp chế độ sleep giúp tiết kiệm điện năng, làm cho sản phẩm này trở nên ấn tượng và tiết kiệm hơn.

2.2 Máy phát hình bán dẫn VHF/UHF:

Với hơn mười năm kinh nghiệm trong lĩnh vực phát thanh truyền hình, TQT tự hào giới thiệu dòng máy phát hình VHF và UHF thế hệ mới, nổi bật với nhiều ưu điểm vượt trội Những sản phẩm này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe của thị trường và khách hàng, đặc biệt là trong lĩnh vực phát hình kỹ thuật số tương lai Sự phát triển của máy phát mới của TQT là kết quả của sự hợp tác chặt chẽ với khách hàng, kết hợp công nghệ tinh xảo và đảm bảo an toàn tối đa cho quá trình phát sóng.

2.3 Máy bộ đàm Motorola GP338 VHF/UHF:

Máy bộ đàm Motorola GP338 được trang bị công nghệ nén và tăng cường âm thanh X-PAND độc quyền, mang đến chất lượng âm thanh sắc nét và rõ ràng Điều này cho phép duy trì liên lạc hiệu quả ngay cả trong những môi trường ồn ào.

Bộ đàm Motorola GP-338 là giải pháp lý tưởng cho việc liên lạc thường xuyên giữa nhiều nhóm làm việc, đặc biệt trong điều kiện khắc nghiệt ngoài trời Với độ bền cao và khả năng hoạt động trong môi trường ồn ào, thiết bị này hỗ trợ hiệu quả cho các hoạt động của người thi hành công vụ và trong tình huống khẩn cấp Tính năng truyền tín hiệu PTT-ID cải tiến cho phép cập nhật thông tin liên tục, cùng với khả năng thực hiện cuộc gọi chọn lọc hạn chế tần số vô tuyến Sản phẩm đạt tiêu chuẩn MIL-STD 810C, D và E, đảm bảo độ tin cậy cao trong mọi tình huống.

Tần số: VHF 136-174 MHz.UHF 403-470MHz

Công suất: 5W. Độ ổn định tần số: +/- 2.5ppm Độ nhạy thu: 0.25MicroVon

Hình 9.2: MICRO không dây VHF TOA WM 3220

- RF nhà cung cấp điện ít hơn 50 mW

- Giai điệu tần số 32,768 kHz

- Điều chế hệ thống PLL tổng hợp

- Cấp đầu vào tối đa 120 dB SPL

- Độ lệch tối đa ± 40 kHz, ± 15 kHz (Mỹ Part.90)

- Tuổi thọ pin 10 giờ (alkaline)

- Chỉ số Power / chỉ báo pin (sử dụng chung)

- Nhiệt độ hoạt động -10 0 C đến +50 0 C

- Thành phẩm: nhựa, lớp phủ (thay đổi khác)

- Bộ chuyển đổi phụ kiện chờ 1, trục vít lái xe 1

- Ngưng tụ Electret cardioid microphone yếu tố.

- Mức đầu vào tối đa: 125 dB SPL.

- 6 kênh tần số lựa chọn

- On / Off chuyển đổi cũng giữ mic từ lăn khi đặt xuống

- Nhấp nháy đèn LED chỉ báo pin thấp.

- Yêu cầu WT 3810 hoặc WT 3800 nhận

Microphone không dây WM-3220 được trang bị micro tụ electret, lý tưởng cho các ứng dụng thoại Với hệ thống PLL-tổng hợp, thiết bị hỗ trợ 6 tần số hoạt động khác nhau, mang lại sự linh hoạt cho người sử dụng Công suất đầu ra cao của microphone giúp đảm bảo truyền tải tín hiệu radio ổn định và chất lượng.

Đặc điểm của VHF/UHF

Băng tần VHF 50-54 MHz, còn được gọi là 6 mét hay ban nhạc The Magic, có khả năng truyền sóng mặt đất lên đến vài trăm km qua SSB và tới 1200 dặm trong điều kiện mở Băng tần này có thể vượt qua các tầng khí quyển như lẻ tẻ-E, F2, cũng như chịu ảnh hưởng từ hiện tượng như phân tán sao băng, cực quang, đảo đoạn và một số hoạt động EME (Earth Moon Earth) Nhiều nhà khai thác đã kết nối với các đài phát thanh khá khiêm tốn, bên cạnh đó còn có một số hoạt động FM và lặp lại.

Băng tần VHF 144-148 MHz, hay còn gọi là băng tần 2 mét, là một trong những băng tần phổ biến nhất cho liên lạc vô tuyến Khoảng cách liên lạc qua mặt đất thường đạt khoảng 200 dặm với các trạm SSB khiêm tốn hoặc CW Băng tần này rất thích hợp cho điện thoại di động và phát sóng FM, với nhiều lặp FM địa phương có thể liên lạc lên đến 150 dặm Các lặp này thường kết nối với nhau để mở rộng vùng phủ sóng Dự án IRLP (Internet Radio Linking Project) cho phép kết nối các lặp trên toàn cầu thông qua internet Bên cạnh đó, băng tần này cũng hỗ trợ các hoạt động như đài phát thanh gói tin, vệ tinh, EME và DX mặt đất cho các tín hiệu yếu (QRP) Các hoạt động trên băng tần 2 mét tương tự như trên băng tần 6 mét.

Băng tần VHF 222-225 MHz (1-1/4 mét) không phải là băng tần phổ biến nhất, chủ yếu vì hoạt động trên băng tần 2 mét và không có khả năng liên lạc qua vệ tinh Băng tần này cũng không được sử dụng rộng rãi ở nhiều quốc gia ngoài Hoa Kỳ.

Băng tần UHF 420-450 MHz, còn được gọi là 70 cm, là tần số thấp nhất trong dải UHF cho nghiệp dư Mặc dù bảo hiểm groundwave hạn chế hơn so với băng tần 2 mét do sự hấp thụ cao, nhưng truyền hình vệ tinh, EME và DXing mặt đất vẫn rất phổ biến trong băng tần này Tần số 430 MHz cũng được sử dụng nhiều cho quét truyền hình nhanh Hoạt động FM diễn ra sôi nổi giữa 440-450 MHz, và nhiều máy móc được kết nối với băng tần 2 mét Các phần tử dài nhất của một chùm cho băng tần này thường khoảng 12 đến 13 inch ở tần số thấp.

Băng tần UHF 902-928 MHz hiện chưa được khai thác nhiều do thiếu thiết bị phù hợp, và nó cũng là một băng tần chia sẻ với các dịch vụ khác.

Băng tần UHF 1200-1300 MHz (1,2 GHz) cung cấp nhiều cơ hội cho thí nghiệm, với EME và vệ tinh là những hoạt động phổ biến trong khu vực này Một số vùng của Mỹ cũng có hoạt động lặp FM Các ăng-ten ở tần số này rất nhỏ gọn, mặc dù không có nhiều hoạt động DXing trên mặt đất, nhưng vẫn có sự tham gia trong các cuộc thi Các ăng-ten cho công việc tín hiệu nhỏ thể hiện hiệu suất ấn tượng với nhiều yếu tố bùng nổ ngắn.

Các modul radio

4.2 RipEX - đài phát thanh modem Router:

 Bỏ phiếu - Báo cáo của ngoại lệ đồng thời

 5x đầu cuối máy chủ - SW chuyển đổi COM / ETH

 SW tính năng phím - Trả tiền khi bạn phát triển

 Giao diện web, nhúng chẩn đoán & quản lý mạng

 Bản địa chỉ IP thiết bị (Router hoặc Bridge)

4.3 MR400 - đài phát thanh modem:

 Không có Linux, Không có Windows - Cực kỳ nhanh chóng khởi động (3 giây)

 Quản lý mạng SW RANEC

 Tự động back-up các tuyến đường

 Lai mạng tương thích với MG100, GPRS của ph

4.4 Các lỗi mạng Wi-Fi

Wi-Fi ngày càng phổ biến nhờ vào sự gia tăng sử dụng laptop, mang lại sự tiện lợi trong việc truy cập internet một cách di động Tuy nhiên, mạng không dây cũng có thể gặp phải những lỗi khó chịu Việc nhận biết và hiểu rõ các sự cố này là rất quan trọng, vì nếu không, việc khắc phục sẽ trở nên khó khăn Dưới đây là một số sự cố thường gặp trong mạng Wi-Fi và cách khắc phục hiệu quả.

Nếu bạn quên mật khẩu bảo mật WEP hoặc WPA khi kết nối Internet với máy tính lạ, đừng lo lắng, có nhiều cách để tìm ra khóa bảo mật này Để lấy khóa bảo mật trong Windows Vista hoặc Windows 7, hãy mở danh sách các mạng không dây có sẵn Trong Windows Vista, nhấn Start > Connect To, còn trong Windows 7, nhấn vào biểu tượng Network ở góc dưới bên phải màn hình Sau đó, nhấp chuột phải vào tên mạng, chọn Properties, và chuyển đến tab Security Cuối cùng, tích vào hộp chọn Show Characters để xem các khóa bảo mật của Router.

Quên mật khẩu Router có thể gây khó khăn trong việc thay đổi các thiết lập Để đăng nhập vào Router, bạn cần nhập địa chỉ IP của nó vào trình duyệt web và sử dụng username cùng password Trong quá trình cài đặt, nhiều Router sẽ yêu cầu bạn thay đổi mật khẩu mặc định Nếu bạn không nhớ đã tạo mật khẩu mới, hãy thử sử dụng mật khẩu mặc định trước.

Hầu hết router của Linksys và D-Link có tên đăng nhập và mật khẩu mặc định là "admin", hoặc sử dụng "admin" cho tên đăng nhập và để trống mật khẩu Dưới đây là danh sách một số tên đăng nhập và mật khẩu mặc định thường gặp để bạn tham khảo.

Phải thực hiện kết nối sau khi khởi động lại

Sau khi khởi động lại máy tính hoặc laptop, bạn không cần thực hiện bất kỳ thao tác nào để kết nối lại với mạng không dây, vì khóa bảo mật sẽ được Windows hoặc bộ quản lý kết nối lưu trữ Tuy nhiên, nếu bạn đã cài đặt bộ quản lý kết nối của bên thứ ba mà không hoạt động, bạn có thể gặp khó khăn trong việc tự động kết nối lại Trong trường hợp này, hãy gỡ bỏ cài đặt bộ quản lý kết nối qua tiện ích Add/Remove Programs trong Control Panel, tìm tên hãng của Router không dây và xóa các chương trình liên quan Thao tác này sẽ giúp bạn giữ lại driver đã cài đặt cho adapter không dây Nếu vẫn gặp vấn đề, hãy làm theo hướng dẫn của nhà sản xuất để cài đặt lại phần mềm của họ.

Trong phần thực hành ta ứng dụng thiết bị CP443-1 Advanced, CPU S7-

400 và SCALANCE W Access point (W788-1PRO)của hãng Siemens để thiết kế mạng Wireless

Viết chương trình thu thập tín hiệu từ bộ Wireless scalance W788-1PRO thông qua ET200S gửi dữ liệu về PLC

 Bước 1 : cách cài thiết lập scalance và IM151-3DP

Hình 9.6 : Thiết lập cho IM-151 ET200S

Hình 9.7 : Thiết lập thiết bị Scalance W788-1PRO

 Bước 2 : thiết lập địa chỉ Ethernet cho các modul CP443-1 và Scalance

Hình 9.8 :Thiết lập địa chỉ Ethernet cho CP443-1

Hình 9.9 : Thiết lập địa chỉ Ethernet cho Scalance W788-1PRO

 Bước 3 : soạn thảo chương trình

Lưu chương trình và tải xuống PLC để theo dõi trạng thái hoạt động của thiết bị Sau đó, học sinh thực hành các bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên.

Bài 1 : Viết chương trình truyền thông qua mạng Wireless dùng modul phát Wireless Scalance giữa hai PLC S7-300 và S7-400 tự chọn một PLC cụ thể với PLC S7-400 làm chủ Gửi tính hiệu từ vùng chỉ MD30 đến MD50 vào vùng địa nhớ bắt đầu MD0 của S7-400

Bài 2: Viết chương trình giao thiếp giửa 2 PLC khác nhau S7-400 và PLC Mitsubishi họ Q06HCPU gửi 25word từ W11 đến W25 của PLC mitsu về PLC Siemens với địa chỉ nhận DB200.DBD0 đến DB200.DBD48 qua mạng truyền thông wireless dùng scalance và bộ thiết lập cổng gateway.

Tiêu đề	Giáo Trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp
Trường học	Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ
Chuyên ngành	Điện công nghiệp
Thể loại	giáo trình
Năm xuất bản	2021
Thành phố	Trung bộ

Định dạng
Số trang	156
Dung lượng	3,87 MB