Giáo trình mạng truyền thông công nghiệp (nghề cơ điện tử 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 dữ liệu nối tiếp Các hệ thống này cho phép liên kết từ cảm biến và thiết bị quan sát đến máy tính điều khiển giám sát và máy tính cấp điều hành trong doanh nghiệp, giúp quản lý hiệu quả quy trình sản xuất.

Mạng truyền thông công nghiệp không chỉ đơn thuần là mạng máy tính hay mạng viễn thông, mà còn có những đặc điểm riêng biệt Mặc dù giữa chúng tồn tại một số điểm chung, nhưng cũng có nhiều khác biệt quan trọng cần được nhận diện.

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

Mạng viễn thông kết nối cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó con người giữ vai trò chủ yếu Các loại thông tin được trao đổi 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 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 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 yêu cầu khắt khe hơn về độ bảo mật.

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

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 chức năng điều khiển Trong hệ thống điều khiển phân tán, các bộ điều khiển cũng phải trao đổi thông tin với nhau để phối hợp điều khiển quá trình sản xuất hiệu quả Ở 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 quy trình sản xuất Việc sử dụng mạng truyền thông trong công nghiệp mang lại nhiều lợi ích quan trọng cho hệ thống điều khiển và sản xuất.

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

Việc tiết kiệm dây nối và chi phí thiết kế lắp đặt hệ thống trở nên khả thi nhờ cấu trúc đơn giản Điều này giúp quá trình thiết kế hệ thống dễ dàng hơn, khi mà nhiều cáp truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, từ đó giảm đáng kể chi phí nguyên vật liệu và công lắp đặt.

Việc nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin trở nên dễ dàng hơn nhờ vào kỹ thuật truyền thông số Trong khi phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển dễ bị ảnh hưởng bởi nhiễu, dẫn đến thay đổi nội dung thông tin mà thiết bị không thể nhận biết, thì truyền thông số không chỉ giảm thiểu sai lệch mà còn cho phép các thiết bị tự phát hiện và chẩn đoán lỗi Hơn nữa, việc loại bỏ nhiều lần chuyển đổi giữa tín hiệu tương tự và số giúp cải thiện 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, giúp việc thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng trở nên dễ dàng hơn Giao diện chuẩn cũng cải thiện khả năng tương tác giữa các thành phần trong hệ thống.

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

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

Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp: 11 2 Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại

Để phân loại và phân tích đặc trưng của các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, chúng ta dựa vào 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 tùy theo từng chức năng.

Hình1.1 : Tháp mạng truyền thông công nghiệp

Ở các cấp dưới, các chức năng thường cơ bản hơn và yêu cầu độ nhạy bén cùng thời gian phản ứng cao Ngược lại, chức năng ở cấp trên, mặc dù không cần phản ứng nhanh, lại đòi hỏi xử lý lượng thông tin lớn hơn từ các chức năng cấp dưới.

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

Trong các cấp điều khiển giám sát và thấp hơn, thuật ngữ "bus" thường được sử dụng thay cho "mạng" do phần lớn hệ thống mạng ở các cấp này có cấu trúc vật lý hoặc logic dạng bus.

Mô hình phân cấp chức năng là công cụ hữu ích cho thiết kế hệ thống và lựa chọn thiết bị Trong thực tế, cách phân cấp chức năng 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 khái niệm chung trong ngành chế biến, chỉ các hệ thống bus nối tiếp sử dụng truyền thông số để kết nối thiết bị điều khiển như PC và PLC với thiết bị chấp hành và thiết bị trường 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 kết nối mạng bao gồm ngõ vào/ra phân tán, thiết bị đo lường và cơ cấu chấp hành tích hợp khả năng xử lý truyền thông Một số loại 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 để xử lý và truyền quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, do đó yêu cầu về tính năng thời gian thực là rất quan trọng Hiện nay, các hệ thống bus trường phổ biến bao gồm FROFIBUS, CAN, Modbus, Internetbus, và gần đây là Foundation Fieldbus, AS-i.

Bus hệ thống, bus điều khiển:

Các hệ thống mạng công nghiệp, hay còn gọi là bus hệ thống hoặc bus quá trình, được sử dụng để kết nối các máy tính điều khiển và máy tính cấp giám sát Qua bus hệ thống, các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu cho các trạm kỹ thuật và quan sát, cũng như nhận mệnh lệnh và tham số điều khiển từ các trạm khác 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 Hơn nữa, máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể được kết nối qua mạng này, tạo ra một hệ thống thông tin liên kết hiệu quả.

Khái niệm bus trường và bus hệ thống khác nhau không chỉ ở kiểu bus mà còn ở mục đích sử dụng và thiết bị ghép nối Một số giải pháp sử dụng cùng một kiểu bus cho cả hai cấp Đối với bus hệ thống, yêu cầu về tính năng thời gian thực có thể khác nhau tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng, với thời gian phản ứng thường từ vài trăm miligiây và lưu lượng thông tin lớn hơn so với bus trường Tốc độ truyền thông của bus hệ thống dao động từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s Khi bus hệ thống được sử dụng để kết nối ngang giữa các máy tính điều khiển, khái niệm bus điều khiển được áp dụng, phục vụ cho việc trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm trong hệ thống phân tán Mặc dù bus điều khiển có tốc độ truyền không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực thường rất khắt khe.

Mạng xí nghiệp là một mạng LAN kết nối các máy tính văn phòng từ cấp điều hành sản xuất đến cấp giám sát Nó truyền tải thông tin về trạng thái làm việc của quá trình kỹ thuật, thiết bị và hệ thống điều khiển tự động, cùng với các số liệu thống kê về sản xuất và chất lượng sản phẩm Ngoài ra, mạng cũng gửi đi các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành, đồng thời cho phép trao đổi thông tin mạnh mẽ giữa các máy tính trong cấp điều hành sản xuất.

Mạng xí nghiệp không yêu cầu tính năng thời gian thực nghiêm ngặt như các hệ thống bus cấp dưới, với việc trao đổi dữ liệu thường không định kỳ nhưng có thể đạt 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 thành phần quan trọng trong hệ thống truyền thông của doanh nghiệp sản xuất, tương tự như mạng viễn thông hoặc mạng máy tính diện rộng Chức năng chính của nó là kết nối các máy tính văn phòng, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với khách hàng qua các phương tiện như thư điện tử, hội thảo từ xa, và truy cập Internet Hình thức tổ chức và công nghệ mạng rất đa dạng, có thể bao gồm một hệ thống mạng duy nhất nhưng chia thành nhiều nhóm làm việc khác nhau Mạng công ty yêu cầu tốc độ truyền thông cao và độ an toàn tin cậy để đảm bảo hiệu quả hoạt động.

2 Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại:

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

DCS (Hệ thống điều khiển phân tán) là giải pháp điều khiển và giám sát với cấu trúc phân cấp, chủ yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến Trạm điều khiển DCS là các máy tính chuyên dụng, có khả năng xử lý số thực lớn và cho phép lập trình linh hoạt thông qua phần mềm mạnh 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, với nhiều sản phẩm mới không còn mang tên DCS.

DCS là một giải pháp điều khiển phân tán, nhưng không phải tất cả các giải pháp điều khiển phân tán đều là DCS Có thể xây dựng hệ thống tự động hóa với cấu trúc phân tán dựa trên DCS, PLC, IPC, và sự phân biệt giữa các thiết bị điều khiển này đôi khi không rõ ràng Một giải pháp DCS có thể sử dụng PLC hoặc IPC cho các trạm điều khiển Sự phát triển công nghệ máy tính làm cho các thiết bị điều khiển ngày càng giống nhau, dẫn đến khái niệm hệ điều khiển lai, trong đó mỗi trạm có thể mang đặc điểm của DCS, PLC hoặc IPC Xu hướng sử dụng bus trường và thiết bị thông minh tích hợp chức năng điều khiển 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

Hệ thống điều khiển quá trình

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

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

Hình 1.3 : Hệ thống điều khiển bằng SCADA

Multi Panel chuyên dụng ngày càng được ưa chuộng và đóng vai trò quan trọng trong hệ thống SCADA Theo quan điểm truyền thống, SCADA là một mạng lưới thiết bị thu thập dữ liệu từ các trạm xa và truyền về trung tâm xử lý Trong các hệ thống này, phần cứng và hệ thống truyền thông thường được ưu tiên hàng đầu Tuy nhiên, với sự phát triển vượt bậc của công nghệ truyền thông và phần mềm trong công nghiệp những năm gần đây, việc thiết kế hệ thống SCADA đã chuyển sang tập trung vào việc lựa chọn công cụ phần mềm để thiết kế giao diện và tích hợp các giải pháp hệ thống hiệu quả hơn.

Hệ điều khiển lai (SCADA và DCS)

Trước nhu cầu ngày càng tăng của các ứng dụng công nghiệp và xu hướng tiết kiệm chi phí cho hệ thống điều khiển, các nhà cung cấp đã phát triển hệ thống điều khiển mới mang tên hệ thống điều khiển lai (Hybrid Control System).

Hệ thống lai, kết hợp công nghệ từ PLC và DCS, có khả năng quản lý khoảng 10,000 ngõ vào/ra và thực hiện các quá trình liên tục cũng như gián đoạn Mặc dù thiết bị nhỏ hơn so với hệ DCS thương phẩm, nhưng hệ thống lai tận dụng những ưu điểm thiết kế 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 với các thiết bị lập kế hoạch 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 Những công cụ này có giao diện thân thiện và ngôn ngữ lập trình bậc cao, giúp kỹ sư dễ dàng và nhanh chóng xây dựng ứng dụng.

Hạn chế của ứng dụng điều khiển lai bao gồm kích thước nhỏ của thiết bị điều khiển, dẫn đến lưu lượng truyền thông lớn và giảm số lượng điểm vào ra, đặc biệt trong các hệ thống yêu cầu chu trình điều khiển ngắn Ngoài ra, khả năng mở rộng dữ liệu hạn chế cũng khiến các hệ thống lai không đáp ứng đủ 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

Các hệ điều khiển khác

Hệ điều khiển FCS (Field Control System) là giải pháp tiên tiến trong việc xử lý tín hiệu thông minh thông qua các bus trường Việc áp dụng hệ thống FCS giúp tiết kiệm vật liệu và giảm công suất lắp đặt, đồng thời nâng cao hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ 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

Thiết bị điều khiển khả trình

Thiết bị khả trình PLC (Programmable Logic Controller) là một thiết bị điều khiển logic có khả năng lập trình, cho phép thực hiện linh hoạt các lệnh điều khiển thông qua ngôn ngữ lập trình Ra đời 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 Qua thời gian, các nhà thiết kế đã cải tiến PLC để trở nên gọn nhẹ và dễ sử dụng hơn Mặc dù vậy, việc lập trình vẫn gặp khó khăn do thiếu thiết bị ngoại vi hỗ trợ Ngày nay, các PLC đã đáp ứng đầy đủ nhu cầu của 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 kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế giao thức mạng Được phát triển trong khuôn khổ kế hoạch Kết nối các hệ thống mở do ISO và IUT-T khởi xướng, mô hình này còn được biết đến với tên gọi Mô hình bảy tầng của OSI.

Các tầng hệ thống mở

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

Mô hình OSI bao gồm bảy lớp: lớp ứng dụng, lớp biểu diễn dữ liệu, lớp kiểm soát nối, lớp vận chuyển, lớp mạng, lớp liên kết dữ liệu và lớp vật lý Dưới đây là mô tả chi tiết về từng lớp trong mô hình OSI.

Hình 1.9 : Mô hình hệ thống mở

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 nghĩa quá 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

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

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 Việc này giúp các gói tin được trao đổi một cách an toàn hơn, nâng cao độ bảo mật trong quá trình truyền dữ liệu.

Giao thức không liên kết cho phép truyền dữ liệu mà không cần thiết lập kết nối 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:

Thiết lập liên kết logic giữa hai thực thể đồng mức trong hai hệ thống thương lượng giúp xác định các tham số sẽ được sử dụng trong giai đoạn truyền dữ liệu sau.

Truyền dữ liệu là quá trình chuyển giao thông tin với các cơ chế kiểm soát và quản lý đi kèm, bao gồm kiểm soát lỗi, kiểm soát luồng dữ liệu, và cắt/hợp dữ liệu, nhằm nâng cao độ tin cậy và hiệu quả của việc truyền tải thông tin.

Hủy bỏ liên kết trong hệ thống là quá trình giải phóng tài nguyên đã được cấp phát cho liên kết đó, nhằm sử dụng cho các liên kết khác Đối với giao thức không liên kết, chỉ có một giai đoạn truyền dữ liệu duy nhất.

Truyền dữ liệu trong mô hình

Gói tin là đơn vị thông tin cơ bản trong giao thức mạng, được sử dụng để truyền tải và giao tiếp dữ liệu giữa các máy tính Khi một thông điệp được gửi từ máy nguồn, nó sẽ được chia thành nhiều gói tin, và tại đích, những gói tin này sẽ được kết hợp lại để tái tạo thông điệp ban đầu Mỗi gói tin có thể chứa yêu cầu phục vụ, thông tin điều khiển và dữ liệu cần thiết cho quá trình truyền tải.

Hình 1.10 :Phương thức xác lập các gói tin trong mô hình OSI

Trong mô hình mạng phân tầng, mỗi tầng chỉ thực hiện chức năng nhận dữ liệu từ tầng trên và chuyển giao xuống tầng dưới Chức năng này bao gồm việc gắn thêm và gỡ bỏ phần đầu (header) của các gói tin trước khi chuyển đi Mỗi gói tin bao gồm phần đầu và phần dữ liệu; khi đến một tầng mới, gói tin sẽ được đóng thêm một phần đầu mới và được coi là gói tin của tầng đó Quá trình này tiếp diễn cho đến khi gói tin được truyền qua mạng đến bên nhận Tại bên nhận, các gói tin sẽ được gỡ bỏ phần đầu tương ứng ở từng tầng, phản ánh nguyên lý cơ bản của mọi mô hình phân tầng.

Vai trò và chức năng chủ yếu của các tầng

Tầng vật lý là tầng thấp nhất trong mô hình OSI, chịu trách nhiệm mô tả các đặc trưng vật lý của mạng như loại cáp kết nối thiết bị, loại đầu nối sử dụng, và chiều dài tối đa của cáp Ngoài ra, tầng này còn cung cấp các thông số điện của tín hiệu truyền dữ liệu qua cáp giữa các máy trong mạng, bao gồm kỹ thuật nối mạch điện và tốc độ truyền dẫn của cáp.

Tầng vật lý không quy định ý nghĩa cho các tín hiệu, chỉ đơn thuần là các giá trị nhị phân 0 và 1 Tuy nhiên, ở các tầng cao hơn trong mô hình OSI, ý nghĩa của các bit truyền qua tầng vật lý sẽ được xác định rõ ràng.

Tiêu chuẩn Ethernet cho cáp xoắn đôi 10 baseT quy định các đặc điểm điện, kích thước và kiểu dáng của đầu nối, cũng như chiều dài tối đa của cáp.

Tầng vật lý khác biệt với các tầng khác ở chỗ không có gói tin riêng và không có phần đầu (header) chứa thông tin điều khiển; dữ liệu được truyền dưới dạng dòng bit Giao thức của tầng vật lý quy định phương thức truyền (đồng bộ hoặc phi đồng bộ) và tốc độ truyền.

Các giao thức tầng vật lý được phân loại thành hai loại chính: giao thức sử dụng phương thức truyền thông dị bộ (asynchronous) và giao thức sử dụng phương thức truyền thông đồng bộ (synchronous).

Phương thức truyền dị bộ cho phép truyền dữ liệu mà không cần tín hiệu đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận Trong quá trình gửi, máy gửi sử dụng các bit đặc biệt START và STOP để phân tách các xâu bit biểu diễn ký tự Điều này cho phép truyền một ký tự bất kỳ mà không cần quan tâm đến các tín hiệu đồng bộ trước đó.

Phương thức truyền đồng bộ yêu cầu sự đồng bộ giữa máy gửi và máy nhận, sử dụng các ký tự đặc biệt như SYN (Synchronization) và EOT (End Of Transmission) hoặc một "cờ" (flag) để đánh dấu các dữ liệu Những ký tự này giúp máy nhận nhận biết được dữ liệu đang được truyền đến hoặc đã hoàn tất.

Tầng 2: Liên kết dữ liệu (Data link)

Tầng liên kết dữ liệu là tầng nơi gán ý nghĩa cho các bít truyền trên mạng, quy định định dạng, kích thước và địa chỉ của máy gửi và nhận mỗi gói tin Nó xác định cơ chế truy cập thông tin trên mạng và phương thức gửi gói tin để đảm bảo chúng đến đúng người nhận.

Tầng liên kết dữ liệu có hai phương thức kết nối máy tính: "một điểm - một điểm" và "một điểm - nhiều điểm" Phương thức "một điểm - một điểm" thiết lập các đường truyền riêng biệt để kết nối từng cặp máy tính, trong khi phương thức "một điểm - nhiều điểm" cho phép một máy tính kết nối với nhiều máy khác.

- nhiều điểm " tất cả các máy phân chia chung một đường truyền vật lý.Các đường truyền kết nối kiểu "một điểm - một điểm" và "một điểm - nhiều điểm"

Tầng liên kết dữ liệu đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu bằng cách phát hiện và sửa lỗi cơ bản, giúp dữ liệu nhận được giống hệt dữ liệu đã gửi Nếu một gói tin bị lỗi không thể sửa, tầng này sẽ thông báo cho nơi gửi biết để gửi lại gói tin đó.

Các giao thức tầng liên kết dữ liệu được chia thành hai loại chính: giao thức hướng ký tự và giao thức hướng bit Giao thức hướng ký tự dựa trên các ký tự đặc biệt từ các bộ mã chuẩn như ASCII hoặc EBCDIC Ngược lại, giao thức hướng bit sử dụng cấu trúc nhị phân để xây dựng các phần tử của giao thức, trong đó dữ liệu được tiếp nhận lần lượt từng bit một.

Tầng mạng (network layer) đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối các mạng khác nhau thông qua việc tìm đường (routing) cho các gói tin, xác định hướng đi và đảm bảo các gói tin được chuyển tiếp đến đích cuối cùng Nó cung cấp phương tiện truyền tải cho các gói tin, ngay cả khi phải đi qua một mạng của mạng (network of network), và cần tương thích với nhiều kiểu mạng và dịch vụ khác nhau Hai chức năng chính của tầng mạng là chọn đường (routing) và chuyển tiếp (relaying) Tầng mạng đặc biệt quan trọng khi kết nối hai loại mạng khác nhau, như Ethernet và Token Ring, yêu cầu sử dụng bộ tìm đường để chuyển gói tin giữa các mạng Trong mạng chuyển mạch gói (packet-switched network), các gói dữ liệu được truyền qua một chuỗi các nút, với mỗi nút thực hiện chức năng chọn đường và chuyển tiếp từ đường vào đến đường ra để đảm bảo dữ liệu đến đích một cách hiệu quả.

Việc chọn đường là quá trình xác định lộ trình để truyền tải một đơn vị dữ liệu, như gói tin, từ trạm nguồn đến trạm đích Kỹ thuật chọn đường cần thực hiện hai chức năng chính: xác định lộ trình tối ưu và đảm bảo dữ liệu được chuyển giao một cách hiệu quả.

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

Việc cập nhật thông tin về mạng là rất quan trọng, vì thông tin này giúp người dùng lựa chọn đường đi phù hợp Mạng thường xuyên có sự thay đổi, do đó, việc theo dõi và cập nhật thường xuyên là cần thiết để đảm bảo hiệu quả trong việc sử dụng.

Trong mạng chuyển mạch gói, có hai phương thức chính để chọn đường cho việc chuyển vận các gói tin: phương thức xử lý tập trung và phương thức xử lý tại chỗ.

Foudation Fieldbus

Foundation Fieldbus được phát triển bởi tổ chức phi lợi nhuận Foundation Fieldbus, với hơn một trăm công ty thành viên trong lĩnh vực tự động hóa toàn cầu Ban đầu, Foundation Fieldbus cung cấp hai tốc độ 31.25kbps và 1Mbps, với các hệ thống cao hơn như 2.5Mbps thay thế cho đường truyền analog 4-20mA, hỗ trợ tối đa 32 thiết bị mỗi phân đoạn Ở tốc độ cao hơn, Foundation Fieldbus phát triển trên nền tảng mạng Ethernet, sử dụng switch và được gọi là Fieldbus HSE (High Speed Ethernet) Fieldbus HSE chủ yếu liên kết các mạng Fieldbus để tạo thành hệ thống lớn hơn, với các thiết bị hiện đại có khả năng kết nối trực tiếp vào Fieldbus HSE Foundation Fieldbus đã trở thành tiêu chuẩn quốc tế, thúc đẩy xu hướng phát triển hệ thống tự động hóa nhằm nâng cao khả năng tích hợp, cho phép kết nối dễ dàng các thiết bị điều khiển, đo lường và chấp hành từ nhiều nhà sản xuất khác nhau trong cùng một hệ thống điều khiển.

Hình 1.14 : Hình chuẩn truyền thông Foudation Fieldbus

Ethernet

Ethernet, được phát triển bởi trung tâm nghiên cứu Palo Alto (PARC) của tập đoàn Xerox vào những năm 70 của thế kỷ 20, sử dụng phương pháp truy cập mạng CSMA/CD Mặc dù có nhiều giao thức mạng được xây dựng trên nền tảng Ethernet, TCP (Transport Control Protocol) vẫn là giao thức phổ biến nhất Ethernet công nghiệp (Industrial Ethernet) được thiết kế để tận dụng những ưu điểm của Ethernet như tốc độ cao, chi phí thấp và dễ thực hiện, đồng thời khắc phục các nhược điểm liên quan đến yêu cầu thời gian thực và tính dự phòng.

Hình 1.15 : Hình chuẩn truyền thông Ethernet

Profibus

PROFIBUS (Process Field Bus) là kết quả của dự án nghiên cứu do 13 công ty và 5 viện nghiên cứu phối hợp, được khởi xướng bởi bộ công nghệ và nghiên cứu CHLB Đức vào năm 1987 Dự án nhằm phát triển một mạng truyền thông kỹ thuật số thay thế cho truyền thông tương tự 4-20mA trong điều khiển quá trình công nghiệp PROFIBUS áp dụng phương pháp điều khiển truy nhập Bus thẻ bài và mô hình truyền thông Master-Slave, sử dụng cáp xoắn hoặc cáp quang làm môi trường truyền dẫn Nó có khả năng kết nối 124 nút mạng trong một phân đoạn với tốc độ tối đa 12Mbps Các phiên bản của PROFIBUS bao gồm PROFIBUS-PA, PROFIBUS-FMS, PROFINET và PROFIBUS-DP, trong đó PROFIBUS-DP là phiên bản phổ biến nhất trong điều khiển.

Hình 1.16 : Hình chuẩn truyền thông PROFIBUS DP

Modbus

Modbus là một giao thức phổ biến trong hệ thống mạng công nghiệp nhờ tính đơn giản và độ tin cậy cao Giao thức này hoạt động ở lớp ứng dụng của mô hình OSI, cho phép truyền tải dữ liệu qua nhiều chuẩn khác nhau như RS232, RS422, RS485 và Ethernet Các chuẩn truyền này tạo ra nhiều loại hình thức giao tiếp khác nhau, giúp Modbus linh hoạt trong việc kết nối và truyền thông trong các hệ thống tự động hóa.

 Modbus serial : Bao gồm Modbus RTU và Modbus ASCII được truyền trên các chuẩn truyền thông như : RS232, RS485, RSS422

 Modbus TCP : truyền thông trên nền Ethernet

Hình 1.17 : Một mạng truyền thông MODBUS

Câu hỏi ôn tập

Câu 1 : so sánh hệ thống SCADA và DCS giống và khác nhau điểm nào?khi nào dùng hệ thống SCADA?

Hệ mở đóng vai trò quan trọng trong nền công nghiệp hiện đại hóa, giúp tăng cường khả năng tương tác và tích hợp giữa các hệ thống khác nhau Các chuẩn truyền thông như Ethernet, TCP/IP và MQTT được sử dụng rộng rãi, với Ethernet là chuẩn phổ biến nhất nhờ tính linh hoạt và tốc độ cao Việc áp dụng các chuẩn này không chỉ nâng cao hiệu suất làm việc mà còn tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển công nghệ mới trong ngành công nghiệp.

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

Bài viết giới thiệu tổng quan về vấn đề điều khiển trong công nghiệp, nhằm cung cấp cho sinh viên cái nhìn mới mẻ về các phương thức điều khiển công nghiệp sẽ 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 công nghiệp thông qua việc truyền thông số và bít nối tiếp Hiện nay, các hệ thống này cho phép kết nối đa dạng từ cảm biến, thiết bị quan sát đến máy tính điều khiển giám sát và máy tính cấp điều hành, phục vụ cho việc quản lý và điều hành trong doanh nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp không chỉ đơn thuần là mạng máy tính hay mạng viễn thông, mà giữa chúng tồn tại những điểm chung và khác biệt rõ rệt.

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 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 yêu cầu kỹ thuật cao 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 đóng vai trò chủ yếu Thông tin trao đổi trong mạng viễn thông đa dạng, bao gồm tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu Ngược lại, mạng công nghiệp thuần túy chủ yếu tập trung vào các thiết bị công nghiệp, với 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 được xem là một phần quan trọng của mô hình phân cáp mạng công nghiệp, bao gồm 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 đó, mạng máy tính lại cần có độ bảo mật cao hơn để đảm bảo an toàn thông tin.

Mạng máy tính có thể có quy mô từ nhỏ như mạng LAN cho một nhóm máy tính đến lớn như mạng Internet Nhiều mạng máy tính thường sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu từ mạng viễn thông Trong khi đó, hệ thống mạng công nghiệp thường độc lập và có phạm vi hoạt động hạn chế Đối với truyền thông công nghiệp, đặc biệt ở các cấp dưới, yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản và chi phí thấp là rất quan trọng.

1.2 Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp:

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

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

Tiết kiệm dây nối và công thiết kế hệ thống nhờ vào cấu trúc đơn giản giúp việc thiết kế trở nên dễ dàng hơn Việc giảm thiểu số lượng cáp truyền bằng cách sử dụng một đường duy nhất không chỉ giảm thiểu chi phí nguyên vật liệu mà còn tiết kiệm đáng kể công lắp đặt.

Kỹ thuật truyền thông số đã 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 không thể khắc phục 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 giúp cải thiện 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, giúp việc thay thế, nâng cấp và mở rộng chức năng trở nên dễ dàng hơn Khả năng tương tác giữa các thành phần được cải thiện nhờ vào giao diện chuẩn, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển và tích hợp hệ thống.

Việc đơn giản hóa và tiện lợi hóa tham số hóa, chuẩn đoán, định vị lỗi cho các thiết bị được thực hiện qua một đường truyền duy nhất Nhờ đó, các thiết bị không chỉ trao đổi dữ liệu quá trình mà còn chia sẻ dữ liệu tham số, trạng thái, cảnh báo và chuẩn đoán Các thiết bị có khả năng tự chuẩn đoán, đồng thời các trạm trong mạng có thể cảnh báo 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.

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 nhận.

Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC) xảy ra khi các thiết bị, hệ thống vô tuyến điện, điện và điện tử không hoạt động đúng cách trong môi trường điện từ Các yếu tố gây ra nhiễu EMC bao gồm sự tương tác không mong muốn giữa các thiết bị, dẫn đến hiệu suất kém và sự cố trong hoạt động.

 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 nhiễu cho các mạng đường dây điện lân cận.

 Bộ khuyến đại tín hiệu (booster) gây nhiễu cho mạng

Nhiễu do 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 tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Những phát xạ ngoài băng này có thể gây ra nhiễu cho các thiết bị khác, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống truyền thông.

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 phát sóng radio, truyền hình và sóng điện thoại ở dải tần 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 một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến 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, được áp dụng rộng rãi cho hầu hết các thiết bị Bài viết này cung cấp cái nhìn tổng quan về chuẩn giao tiếp RS232, bao gồm sơ đồ ghép nối và giao diện phần mềm.

RS-232, hiện nay được biết đến với tên quốc tế EIA/TIA-232 và tương ứng với chuẩn châu Âu CCITT V2.4, được thiết kế chủ yếu để kết nối điểm-điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE - Data Terminal Equipment) Ví dụ điển hình bao gồm kết nối giữa hai máy tính (như PC, PLC), giữa máy tính và máy in, hoặc giữa thiết bị đầu cuối và thiết bị truyền dữ liệu (DCE - Data Communication Equipment).

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 giao thức truyền dữ liệu không đối xứng, sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa dây dẫn và mặt đất Điện áp dao động từ -15V đến 15V, với mức từ 3V đến 15V tương ứng với giá trị logic.

Trong hệ thống điện, giá trị logic 1 được biểu diễn bằng khoảng từ -15V đến -3V, như hình 3.2 minh họa Khoảng từ -3V đến 3V không được định nghĩa, do đó, khi chuyển đổi giá trị logic từ 0 lên 1 hoặc ngược lại, tín hiệu cần phải vượt qua khoảng quá độ này trong thời gian ngắn hợp lý Tiêu chuẩn DIN 66259 quy định rằng độ dốc tối thiểu của tín hiệu phải đạt 6V/ms hoặc 3% nhịp xung, tùy theo giá trị nào nhỏ hơn Điều này yêu cầu hạn chế điện dung của các thiết bị và đường truyền để đảm bảo hiệu suất hoạt động.

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 tại chỉ hỗ trợ tốc độ lên đến 19.2KBd trong khoảng cách 30-50m Mặc dù có các mạch thu phát có khả năng 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 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 RL 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 này, giắc cắm DB-9 và DB-25 được sử dụng phổ biến, với DB-9 được chuẩn hóa riêng trong 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 tín hiệu DCD ở trạng thái OFF, trạm nhận hiểu rằng trạm đối tác chưa gửi tín hiệu RTS (Pin 7) và có thể đoạt quyền kiểm soát đường truyền nếu cần Ngược lại, khi tín hiệu DCD ở trạng thái ON, điều này cho thấy bên đối tác đã gửi tín hiệu RTS và 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, cho phép DCE tự động chấp nhận lời kêu gọi không yêu cầu Khi mạch DTR ở trạng thái OFF, thiết bị đầu cuối không cho phép DCE nhận cuộc gọi từ xa, chuyển sang 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) là đường tín hiệu kiểm soát hướng truyền dữ liệu Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó sẽ kích hoạt mạch RTS bằng cách chuyển sang trạng thái ON để thông báo cho Modem của mình Thông tin này cũng được truyền tiếp đến Modem ở xa.

Pin 8 - CTS (Clear To Send): Khi tín hiệu CTS chuyển sang trạng thái ON, điều này thông báo cho trạm rằng modem đã sẵn sàng nhận dữ liệu Đồng thời, tín hiệu này cũng kiểm soát đường điện thoại để đảm bảo việc truyền dữ liệu diễn ra một cách hiệu quả.

Pin 9 - RI (Ring Indicator) là tín hiệu quan trọng trong modem, khi nhận được cuộc gọi, mạch RI sẽ chuyển ON/OFF theo chu kỳ giống như chuông điện thoại Tín hiệu này thông báo cho trạm đầu cuối 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 đảm nhận trách nhiệm đảm bảo an toàn cho quá trình truyền dẫn tín hiệu.

Hình 3.4 minh họa ví dụ về ghép nối trực tiếp giữa hai thiết bị trong chế độ bắt tay mà không cần modem Việc sử dụng dây dẫn DTR và DSR giúp đảm bảo độ an toàn trong giao tiếp Trong trường hợp 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, vì vẫn sử dụng các mức điện áp tương thích TTL để biểu thị các mức logic 0 và 1 Ngoài ra, RS-232 cũng quy định các giá trị trở kháng tải cố định được kết nối vào bus của thiết bị và các 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 được coi là trạng thái chuyển tuyến, vì đây là phạm vi không được định nghĩa Khi giá trị logic thay đổi từ thấp lên cao hoặc ngược lại, tín hiệu cần vượt qua quãng quá độ trong một khoảng thời gian hợp lý, dẫn đến yêu cầu hạn chế điện dung của thiết bị và đường truyền Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn, với hầu hết các hệ thống hiện tại chỉ hỗ trợ tốc độ 19,2 kBd Đặc biệt, độ dài cáp nối giữa máy tính và thiết bị ngoại vi qua cổng nối tiếp RS232 không được vượt quá 15m nếu không sử dụng mô hình.

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

Xử lý sự cố

Trong cuộc sống hàng ngày và trong ngành công nghiệp, cáp RS232 đã từng được sử dụng phổ biến, nhưng hiện nay đang dần được thay thế bởi các loại cáp có tốc độ truyền nhanh hơn và tiện lợi hơn như RS422 và RS485 Một số loại cáp RS232 thường gặp bao gồm cáp PLC S7200 cổng COM, cáp PLC Mitsubishi, cáp kết nối 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 không.

Để kiểm tra chức năng truyền thông RS232 trên máy tính, người dùng cần cài đặt phần mềm RS232 kiểm tra Kết nối một đầu cáp vào cổng COM của máy tính và đầu còn lại vào thiết bị cần kiểm tra Lưu ý cắm đúng khe cắm chân cho RS232, và nếu có khiếm khuyết, có thể đổi khe cắm khác Sau đó, chọn cổng COM mà máy tính nhận được và thiết lập đúng cổng trên phần mềm RS232-test Tiếp theo, chọn 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 Tiếp theo, mở phần mềm Microwin 4.0 trên desktop Khi màn hình soạn thảo hiển thị, nhấn đúp vào biểu tượng để mở khung màn hình, sau đó chọn cáp PC/PPI.

Để cài đặt PC/PPI, đầu tiên bạn cần chọn tùy chọn PC/PPI Sau đó, màn hình sẽ hiển thị để bạn chọn cổng giao tiếp phù hợp, tùy thuộc vào cáp mà bạn đang sử dụng, 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" để 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.

Học sinh thực hiện lại các bước kiểm tra cáp Siemens, tùy thuộc vào từng loại cáp và thiết bị phù hợp Giáo viên sẽ hướng dẫn học sinh thực hành và ghi lại 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 Đồng thời, hãy kiểm tra driver của máy tính để đảm bảo đã được cài đặt đầy đủ bằng cách vào Start -> My Computer.

Để kiểm tra cáp thiết bị, bạn hãy nhấn chuột phải chọn "Manager" và sau đó vào "Driver Manager" để xem thông tin về driver của mình Tiếp theo, sử dụng VOM để kiểm tra thông mạch; nếu tất cả đều ổn, cáp mới sẽ kết nối thành công.

Cáp RS232 là một loại cáp phổ biến trong các nhà máy xí nghiệp nhỏ và vừa, dễ dàng kiểm tra kết nối nhưng yêu cầu kiến thức vững về chế tạo Học sinh cần nắm vững các vấn đề cơ bản liên quan đến cáp RS232 để có thể tiếp cận nhanh chóng trong ngành 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 sử dụng một đường dẫn chung (bus) để kết nối nhiều hơn hai trạm, điều mà chuẩn RS-232 không thể thực hiện Với khả năng kết nối tối đa 32 thiết bị trên một đường truyền, RS-485 trở thành lựa chọn phổ biến trong các hệ thống bus trường, cho phép các trạm được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời 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 điện học, không quy định cụ thể về cáp nối hay bộ nối Người dùng có thể lựa chọn giữa dây xoắn, cáp trơn hoặc các loại cáp khác Tuy nhiên, dây xoắn vẫn là lựa chọn phổ biến nhất nhờ khả năng chống tạp nhiễu và xuyên âm hiệu quả.

RS-485 sử dụng phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng, trong đó sự chênh lệch điện áp giữa hai dây dẫn (dây âm và dây dương) được dùng để biểu diễn trạng thái logic (1 và 0) của tín hiệu Phương pháp này không phụ thuộc vào đất, giúp tăng cường khả năng chống nhiễu và mở rộng khoảng cách truyền dẫn.

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

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) sử dụng cấu hình hai dây dẫn giúp giảm chi phí đầu tư, trong khi chế độ truyền song công toàn phần (full-duplex) với bốn dây dẫn thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu tốc độ truyền tải cao hơn nhưng chi phí cũng cao hơn Mặc dù tín hiệu được xác định qua điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B không phụ thuộc vào hệ đất, hệ thống RS-485 vẫn cần có một đường dây nối đất để giảm thiểu nhiễu và dòng không mong muốn RS-485 cho phép kết nối lên đến 32 bộ truyền trên bus với tốc độ truyền tối đa đạt 10Mbps.

Xử lý sự cố

Chuẩn RS-485 cho phép kết nối lên đến 32 mạch truyền và nhận trên cùng một đường dây bus, có thể mở rộng tới 256 node mạng khi sử dụng bộ lặp Repeater tự động và các bộ truyền nhận trở kháng cao RS-485 có khả năng chịu đựng xung đột dữ liệu và điều kiện lỗi trên đường truyền, nhờ vào việc Receiver nhận tín hiệu bằng cách lấy chênh lệch áp giữa hai dây, giúp triệt tiêu nhiễu tự động Các linh kiện RS-485 chỉ chịu được chênh lệch điện áp giữa các đất trong giới hạn chỉ định trong Datasheet, do đó, cách ly đường kết nối là một giải pháp hiệu quả để giảm thiểu ảnh hưởng của điện thế đất Mặc dù giới hạn nhiễu của RS-485 nhỏ hơn so với RS-232, nhưng vẫn còn tồn tại nhiễu do ảnh hưởng từ các thiết bị khác và từ chính RS-485, vì vậy việc lọc nhiễu là cần thiết.

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 Đặc biệt, ngưỡng giới hạn cho V CM của RS-485 được mở rộng trong khoảng từ -7 V đến một giá trị tối đa nhất định.

RS-485 hoạt động với điện áp 12 V và có trở kháng đầu vào lớn gấp ba lần so với RS-422 Giống như RS-422, RS-485 cho phép khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối lên đến 1200m, không phụ thuộc vào số lượng trạm tham gia Tốc độ truyền dẫn tối đa có thể đạt 10Mbit/s, tuy nhiên, tốc độ này bị ràng buộc bởi độ dài dây dẫn, nên một mạng dài 1200m sẽ không thể hoạt động ở tốc độ 10Mbit/s.

Trong trường hợp cáp truyền ngắn và tốc độ truyền thấp, không cần sử dụng điện trở đầu cuối (100Ω đến 120Ω) vì tín hiệu phản xạ sẽ suy giảm sau vài lần qua lại Tốc độ truyền dẫn thấp đồng nghĩa với chu kỳ nhịp bus dài, và nếu tín hiệu phản xạ triệt tiêu hoàn toàn trước thời điểm trích mẫu, thì tín hiệu thông tin sẽ không bị ảnh hưởng Có nhiều phương pháp chặn đầu cuối cho đường dẫn RS-485, RS-422, trong đó phương pháp phổ biến nhất là sử dụng một điện trở thuần giữa hai dây A và B tại mỗi đầu, được gọi là chặn song song Điện trở này có giá trị tương đương với trở kháng đặc trưng của cáp, giúp loại bỏ tín hiệu phản xạ và đảm bảo chất lượng tín hiệu Tuy nhiên, nhược điểm của phương pháp này là hao tổn nguồn tại hai điện trở Phương pháp thứ hai là chặn RC, kết hợp tụ C và điện trở R, giúp khắc phục nhược điểm của điện trở thuần, nhưng không cho phép hệ thống hoạt động với tốc độ cao.

Mặc dù điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A và B không liên quan đến nối đất, hệ thống RS-485 và RS-422 vẫn yêu cầu một đường dây nối đất để giảm thiểu nhiễu chế độ chung và các dòng điện không mong muốn Việc nối đất giúp duy trì một mức điện áp tối thiểu giữa hai dây A và B, ngay cả khi bus ở trạng thái rỗi hoặc 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

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, bao gồm tối đa 32 trạm (Master hoặc Slave), có thể kết nối vào một Segment Mỗi Segment cần được kết thúc bằng Bus tích cực (Active Bus Terminator) ở cả hai đầu Để đảm bảo hoạt động không có lỗi, nguồn điện phải luôn được cung cấp cho cả hai đầu kết thúc Bus.

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 dãi tần trong môi trường làm việc Ví dụ, tín hiệu ở các tần số này có thể gây ra nhiễu, ảnh hưởng đến hoạt động của các thiết bị điện tử khác, hoặc ngược lại, bị nhiễu từ các thiết bị khác Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng 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, nó có thể 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 sử dụng hai dây tín hiệu A và B mà không cần dây mass Tín hiệu trên hai dây này có tính chất đối kháng, tức là 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 đảm bảo chất lượng tín hiệu trong quá trình truyền tải.

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  6v, điện áp khác biệt không nhỏ hơn 1.5v và không lớn hơn 6 v

- 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 rộng rãi trong ngành công nghiệp, tuy nhiên, vấn đề nhiễu vẫn gây nhiều khó khăn cho các chuyên gia tại nhà máy Với sự phát triển của thiết bị công nghiệp ngày càng tân tiến, tình trạng nhiễu trong ngành 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, đầu thu và cáp quang Nguồn có thể là LED, IRED hoặc laser diode, thường được điều chế bằng tín hiệu tương tự hoặc kích hoạt bằng các xung số Đầu thu thường sử dụng PIN hoặc APD Tuyến thông tin này có thể truyền tải dữ liệu ở khoảng cách ngắn, trung bình hoặc xa, trong đó thông tin khoảng cách ngắn thường chỉ 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 lớn hơn vài mét và dưới 1 km, được gọi là mạng LAN Mạng này thường sử dụng sợi thủy tinh đa mode với băng thông rộng và tổn hao thấp, hoặc plastic đa mode Nguồn điển hình cho mạng LAN là IRED hoạt động ở bước sóng nhất định.

Đối với bức xạ từ IRED, bước sóng 850 nm với khẩu độ số từ 0.2 đến 0.5 và đường kính lõi từ 50 đến 100 µm là tối ưu Sử dụng đường kính lõi lớn hơn giúp giảm chi phí lắp đặt và kết nối, mặc dù điều này có thể dẫn đến độ rộng băng giảm.

Hệ thống khoảng cách xa dễ thiết kế nhờ vào việc hạn chế lựa chọn cấu phần Hệ thống này được sử dụng để tải dữ liệu băng rộng và có thể sử dụng sợi chiết suất graded Đối với khoảng cách rất xa, chỉ nên dùng 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 sử dụng 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 sử dụng ống dẫn sóng và các linh kiện quang được tích hợp trên 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 dựa trên cấu trúc ống dẫn sóng với vật liệu có chiết suất cao hơn so với đế Ống dẫn sóng hoạt động giống như cáp sợi quang, cho phép 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 có thể tích hợp hiệu ứng quang điện để phát triển các chuyển mạch quang Các vật liệu có hiệu ứng quang điện sẽ thay đổi chỉ số khúc xạ khi có điện trường do điện áp áp đặt Sự kết hợp giữa điện áp thiên áp và điện áp chuyển mạch sẽ quyết định đầu ra của bức xạ truyền.

Các vật liệu tinh thể như GaAs và LiNbO có khả năng tạo ra hiệu ứng quang điện Trong đó, LiNbO thể hiện hiệu ứng quang điện mạnh mẽ với thế chuyển mạch khoảng 5—10V Hệ số định hướng của vật liệu này dao động 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 điều chế pha được cấu tạo từ một ống dẫn sóng đặt trong tinh thể quang điện, giữa hai điện cực Mức độ điều chế 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, cụ thể là 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 di chuyển dọc theo các đường khác nhau sẽ đến đầu cuối tại những thời điểm khác nhau, với mode trục tới trước tiên và mode tương ứng với góc.

NA đến sau cùng) → 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, và nguồn thu Nguồn phát có nhiệm vụ 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 (trên

Cáp quang có thể sử dụng cho cả Singlemode và Multimode với khoảng cách lên đến 20km, tuy nhiên chi phí cao và khó sử dụng Đèn LED có tán sắc nhiều, tốc độ truyền dẫn chậm hơn nhưng lại có chi phí thấp và dễ sử dụng, thường được áp dụng cho cáp quang Multimode Đèn LED thích hợp cho 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 khoảng 1310nm và 1550nm, với phần tử chịu lực trung tâm bằng 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 chặn nước xâm nhập Cáp còn được trang bị lớp băng chống thấm nước và lớp nhựa PE bảo vệ bên ngoài, cùng với dây treo bằng sợi thủy tinh phi kim loại (FRP) phù hợp cho việc sử dụng ngoài trời và treo trên không.

5.2 Cáp ngầm (trong đất, nước):

Cáp quang gồm 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 để truyền dẫn ánh sáng, trong khi cladding bao bọc lõi nhằm bảo vệ và phản xạ ánh sáng trở lại Lớp vỏ bảo vệ chính, thường là 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 lớn khoảng 1mm, thích hợp cho truyền dẫn tín hiệu ngắn và mạng tốc độ thấp Cáp quang GOF thường có các thông số như 9/125, 50/125 hoặc 62,5/125, thể hiện đường kính của lõi và lớp 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, tùy thuộc vào cấu tạo và tính chất của từng loại cáp Ba lớp bảo vệ chính bao gồm lớp chịu lực kéo (strength member), lớp vỏ bảo vệ ngoài (buffer) và lớp áo giáp (jacket) Lớp strength member thường được làm từ sợi Kevlar, 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 ngoài cùng, có khả năng chịu va đập, nhiệt và mài mòn, giúp bảo vệ phần bên trong khỏi ẩm ướt và các tác động từ môi trường.

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 kỹ thuật, bạn sẽ thường thấy hai thuật ngữ viết tắt là IFC và OSP IFC (Intrafacility fiber cable) là loại cáp quang được sử dụng trong nhà, có cấu trúc bảo vệ vật lý đơn giản và dễ dàng trong việc thi công lắp đặt Ngược lại, OSP (Outside plant cable) là loại cáp quang được thiết kế cho môi trường ngoài trời, có khả năng 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) đề cập 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 nhất định, được ký hiệu là dB/km Cáp quang Multimode có suy giảm 3 dB/km ở bước sóng 850nm và 1 dB/km ở 1300nm Đối với cáp quang Singlemode, suy giảm là 0,4 dB/km ở 1310nm và 0,3 dB/km ở 1550nm Ngoài ra, đầu nối (connector) có suy giảm 0,5 dB/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, khoảng 850nm, 1300nm và 1550nm Các bước sóng truyền dẫn quang được xác định dựa trên hai yếu tố chính: khắc phục suy hao năng lượng và vật liệu truyền dẫn, đảm bảo bước sóng nằm trong vùng hồng ngoại và không bị hấp thu do tạp chất trong quá trình sản xuất cáp quang.

Bước sóng cáp quang thường được sử dụng là 650nm và 850nm cho POF, trong khi GOF với Multimode hoạt động ở 850nm và 1300nm, còn Singlemode ở 1310nm và 1550nm Việc không sử dụng các bước sóng dài hơn là do bước sóng hồng ngoại có thể gây ra nhiệt xung quang cao hơn, dẫn đến tín hiệu nhiễu loạn nhiều hơn Giữa hai bước sóng 1300nm và 1310nm không có sự khác biệt về tính chất, mà chỉ 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 bảo vệ và giữ thẳng sợi cáp quang Ferrule có thể được chế tạo từ nhiều chất liệu khác nhau như thủy tinh, kim loại, nhựa hoặc gốm, trong đó gốm được coi là chất liệu tốt nhất cho hiệu suất quang học.

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 mô tả đầu nối cáp quang, giúp giảm thiểu ánh sáng bị mất hoặc phản xạ tại chỗ ghép nối Đầu nối dạng PC có giá trị suy hao phản xạ 40dB, nhưng với sự phát triển của công nghệ, UPC ra đời với giá trị return loss 50dB, cải thiện hiệu suất Đầu nối UPC cũng tương thích với các kiểu như FC, SC, ST, DIN và E2000 APC, với góc vạt chéo 8 độ, đạt giá trị return loss 60dB, loại bỏ hầu hết sự phản xạ Khi đọc thông số kỹ thuật quang, cần lưu ý dấu “+” và “-” trong các giá trị suy hao, vì chúng có thể gây nhầm lẫn; ví dụ, mức suy hao có thể được ghi là -40dB nhưng thực tế là 40dB.

Hiện nay, giá cáp quang và phụ kiện đã giảm đáng kể so với vài năm trước Sự phát triển của các giải pháp như IP Camera, VoIP, và hội nghị truyền hình qua mạng đã thúc đẩy nhu cầu kết nối mạng gigabit giữa các tòa nhà, văn phòng và xưởng sản xuất Do đó, cáp quang ngày càng trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc triển khai hạ tầng mạng yêu cầu băng thông lớn và tốc độ cao.

Việc hàn nối cáp quang là bước quan trọng trong việc triển khai hệ thống mạng cáp quang Cáp quang chưa được kết nối chỉ là những sợi thủy tinh mỏng manh, dễ gãy và không thể kết nối với thiết bị Để thực hiện kết nối, cần sử dụng dây nối quang và hàn vào sợi cáp, sau đó cắm vào hộp phối quang ODF Từ hộp ODF, dây nhảy quang sẽ kết nối với thiết bị quang điện như converter quang Hàn nối cáp quang không thể thực hiện thủ công mà cần máy hàn cáp quang chuyên dụng, bao gồm thân máy chính, dao cắt sợi quang, 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 chuyển sang các hướng dự phòng, dẫn đến nguy cơ nghẽn mạng.

Khi sự cố cáp quang xảy ra, như vụ đứt cáp quang quốc tế AAG vào ngày 25/10/2012, việc truyền thông giữa các tuyến bị gián đoạn, buộc phải chuyển sang phương án dự phòng Sau khi chuyển sang hướng dự phòng, cần tiến hành kiểm tra cáp bằng các dụng cụ chuyên dụng để xác định vị trí đứt Sau đó, tiến hành nối cáp bằng thiết bị nối cáp chuyên dụng và kiểm tra các mối nối, cũng như vệ sinh các thiết bị hub để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định trở lại.

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

Để chuẩn bị máy hàn cáp FSM-50S, bạn cần có cáp quang và dao cắt cáp quang Bật nguồn máy hàn cáp quang, nhấn và giữ nút cho đến khi đèn LED trên bàn phím sáng Màn hình sẽ hiển thị trạng thái "READY" khi tất cả các motor đã trở về vị trí khởi đầu Kiểu nguồn cung cấp sẽ được hiển thị, và nếu sử dụng nguồn pin, trạng thái điện năng còn lại của pin sẽ được chỉ thị.

Để bật nguồn máy hàn cáp quang, hãy điều chỉnh góc màn hình cho phù hợp nhằm có được góc nhìn tốt nhất Sử dụng các phím mũi tên lên và xuống để điều chỉnh độ sáng của màn hình.

"Enter" để xác lập giá trị

Để hiệu chỉnh độ sáng màn hình, đầu tiên chọn chế độ hàn phù hợp với các loại sợi quang cần hàn; chế độ hiện tại sẽ hiển thị trên màn hình "READY" Chế độ AUTO được khuyến nghị cho các loại sợi SM, DS, NZDS và MM, với việc cân chỉnh hồ quang tự động theo tiến trình hàn Tiếp theo, 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", và để thay đổi chế độ nung, nhấn mũi tên sang trái một lần nữa Màn hình sẽ chuyển 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 quang bằng gạc hoặc vải mỏng thấm cồn khoảng 100mm, nhằm tránh bụi bẩn lọt vào ống co nhiệt Sau đó, luồn một trong hai sợi quang vào ống co nhiệt (Fiber protection sleeve).

Hình 5.16: Luồn sợi quang vào ống co nhiệt 3.2 Tuốt và làm sạch sợi

MẠNG MODBUS

Giới thiệu tổng quan

Nhiễu trắng là tín hiệu ngẫu nhiên có mật độ phân bố công suất phẳng, nghĩa là công suất của nó đồng đều trong toàn bộ băng thông Tín hiệu này được gọi là nhiễu trắng do tính chất tương tự với ánh sáng trắng Mặc dù theo lý thuyết, nhiễu trắng có mật độ phổ công suất phân bố trong khoảng tần số vô hạn và do đó có công suất vô hạn, nhưng trong thực tế, chúng ta chỉ cần tạo ra nhiễu trắng trong băng tần của hệ thống đang 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 các giá trị độ lớn, trong khi "white" liên quan đến cách phân bố công suất tín hiệu trong miền thời gian hoặc tần số.

Ngoài nhiễu trắng Gaussian, còn tồn tại nhiễu trắng Poisson và Cauchy Trong việc mô tả hệ thống bằng toán học, nhiễu AWGN (nhiễu trắng Gaussian cộng) thường được sử dụng vì đây là loại nhiễu dễ tạo ra nhất.

2 Những sự cố thường gặp và cách giải quyết:

 Nhiễu trùng kênh : Là do nhiều thiết bị có tần số trùng nhau

Nhiễu do xuyên điều chế 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 dẫn và khả năng thu nhận tín hiệu.

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 bình thường trong môi trường điện từ Một số nguyên nhân gây ra can nhiễu EMC bao gồm sự không tương thích giữa các thiết bị và tác động từ các nguồn điện từ bên ngoài.

 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 đảm kỹ thuật và các trụ sứ có thể gây 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 tuân thủ các tiêu chuẩn kỹ thuật Những phát xạ ngoài băng này gây ra nhiễu cho các thiết bị khác, ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của chúng.

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

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: MĐ35-03 Giới thiệu:

Cáp RS232 là một trong những loại cáp phổ biến trong cả ngành công nghiệp và dân dụng Bài viết này sẽ 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 phổ biến và dễ sử dụng nhất là RS232, được áp dụng rộng rãi cho 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, hiện nay được biết đến với tên quốc tế EIA/TIA-232 và tương ứng với 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 về các ứng dụng của chuẩn này bao gồm việc kết nối giữa hai máy tính (PC, PLC, v.v ), giữa máy tính và máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu (DCE - Data Circuit-terminating Equipment).

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 phương thức truyền dữ liệu không đối xứng, sử dụng sự chênh lệch điện áp giữa một dây dẫn và mass Điện áp hoạt động trong khoảng từ -15V đến 15V, với giá trị logic được xác định trong khoảng từ 3V đến 15V.

Trong hệ thống điện, giá trị logic 1 được biểu thị bởi khoảng -15V đến -3V, như thể hiện trong hình 3.2 Khoảng từ -3V đến 3V là vùng không được định nghĩa, do đó, khi thay đổi giá trị logic từ 0 lên 1 hoặc ngược lại, tín hiệu cần phải vượt qua khoảng quá độ này trong một khoảng thời gian hợp lý Tiêu chuẩn DIN 66259 quy định rằng độ dốc tối thiểu của tín hiệu phải đạt 6V/ms hoặc 3% nhịp xung, tùy thuộc vào giá trị nào nhỏ hơn Điều này yêu cầu phải hạn chế điện dung của các thiết bị tham gia và 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 chỉ hỗ trợ tốc độ tối đa 19.2KBd cho chiều dài 30-50m Mặc dù đã có mạch thu phát có khả năng đạt tốc độ 460KBd và cao hơn, nhưng việc duy trì tốc độ truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2KBd trong các hệ thống làm việc dựa vào ngắt là rất 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 RL 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 đó, giắc cắm DB-9 và DB-25 được sử dụng phổ biến hơn, đặc biệt là DB-9, đã được chuẩn hóa riêng theo EIA/TIA-574.

Hình 3.3: Sơ đồ chân RS-232 loại DB-9

Cấu trúc giao thức Modbus

Giao thức RTU là một giao thức truyền thông sử dụng RS232 hoặc RS485, trong khi giao thức TCP sử dụng Ethernet kết hợp với Modbus RTU và TCP/IP layer Mô hình ISO có 7 lớp, nhưng mạng Modbus chỉ bao gồm 3 lớp chính: 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 và 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 với định dạng phù hợp cho 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 vẫn có thể hoạt động như một mạng point-to-point hoặc 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 receiver, chứa một byte thông tin Trong Modbus/ASCII, địa chỉ này được mã hóa thành hai ký tự hexadecimal, trong khi Modbus/RTU sử dụng một byte Các địa chỉ hợp lệ nằm trong dải từ 0 đến 247, với giá trị từ 1 đến 247 được gán cho các thiết bị Modbus cụ thể và 0 được sử dụng cho địa chỉ broadcast, cho phép tất cả các slave nhận tin nhắn Mỗi slave sẽ luôn đáp ứng với một tin nhắn Modbus, sử dụng cùng địa chỉ với master trong yêu cầu, giúp master xác định thiết bị nào thực sự phản hồi.

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 lại nằm trong khoảng 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, một offset cần được trừ từ địa chỉ thiết bị để xác định địa chỉ chính xác trong cấu trúc thông điệp Modbus Sự khác biệt này có thể dẫn đến các lỗi phổ biến, do đó cần được lưu ý khi thiết kế ứng dụng với Modbus Bảng dưới đây trình bày các dải địa chỉ cho coil, input và holding register, cùng cách tính địa chỉ trong thông điệp Modbus cho địa chỉ thực của các 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

Tham số thứ hai trong mỗi thông điệp Modbus là mã chức năng, định nghĩa kiểu thông điệp và hành động cần thiết từ thiết bị slave Tham số này chứa một byte thông tin; trong Modbus/ASCII, nó được biểu diễn bằng hai ký tự hexadecimal, trong khi trong Modbus/RTU, sử dụng một byte Các mã chức năng hợp lệ nằm trong khoảng từ 1 đến 255, nhưng 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 gửi phản hồi, nó thường sử dụng cùng mã chức năng như trong yêu cầu Tuy nhiên, khi xảy ra lỗi, bit cao nhất của mã chức năng sẽ được kích hoạt, giúp master nhận biết sự khác biệt giữa phản hồi thành công và thất bại.

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 là giá trị output rời rạc, và chức năng Modbus 01 cho phép đọc trạng thái của output Chỉ một thiết bị có thể được truy vấn 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 định nghĩa một dải output trong trường data của thông điệp.

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

Do đó cấu trícchung của answer cho Modbus function 01 query là:

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

Error check LRC or CRC Error check LRC or CRC

Để đọc trạng thái của tín hiệu đầu vào trong Modbus, các giá trị input được truy vấn tương tự như cách đọc trạng thái của các coil, với sự khác biệt là sử dụng function 02 cho input Modbus 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 đánh số từ 10001, và giá trị địa chỉ này tương đương với địa chỉ 0 trong thông điệp Modbus.

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

Yêu cầu (query) Đáp ứng (response)

Starting address Hi 00 Byte count 03

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, mỗi register có chiều rộng hai byte và phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, bao gồm các tham số cấu hình và 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 cấu trúc thông điệp Modbus với địa chỉ bắt đầu từ 0 Để yêu cầu một hoặc nhiều giá trị holding register từ thiết bị, Modbus sử dụng chức năng 03, tuy nhiên chỉ một thiết bị slave có thể được đánh địa chỉ trong một truy vấn đơn, và các truy vấn Broadcast với chức năng 03 không được hỗ trợ.

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

Yêu cầu (query) Đáp ứng (response)

Starting address Hi 00 Byte count 06

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

Data Hi (R 40110) 00 Data Lo (R40110) 64 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:

Yêu cầu (query) Đáp ứng (response)

Field name Mã hex Field name Mã hex

Starting address Hi 00 Byte count 02

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 phải phù hợp với cấu hình của toàn bộ 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" Thiết bị "chủ" là nguồn khởi tạo dữ liệu, trong khi các thiết bị "nô lệ" sẽ đáp ứng các yêu cầu truyền dữ liệu từ thiết bị "chủ".

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

Nếu Orion được thực hiện đọc và/hoặc viết trên thiết bị khác qua mạng, các chương trình sẽ không thực hiện đọc/ghi lần thứ hai cho đến khi MOD.MSG @ trở thành sự thật Sau khi MOD.MSG @ trở thành sự thật, ứng dụng cần kiểm tra MOD.STS @ để xác minh các hoạt động đã hoàn thành thành công Nếu MOD.STS @ là số không, điều này cho thấy không có lỗi nào được phát hiện; giá trị khác không cho thấy một 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 đảm bảo hiệu suất tối ưu, cần thực hiện đúng quy trình tiếp đất và che chắn kỹ thuật Thông tin chi tiết về nền tảng và các biện pháp che chắn kỹ thuật có thể được tham khảo tại trang web chính thức.

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 bù đắp trong đăng ký số, ví dụ như 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, bao gồm cả gói phần mềm MMI Khi PLC thực hiện đọc và viết đăng ký, cần chú ý đến việc nhập số thập phân, bát phân hoặc số hex theo yêu cầu trong các định nghĩa 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

Các hãng như Siemens, Schneider và Rockwell cung cấp biến tần tích hợp chuẩn Modbus Trong bài viết này, chúng ta sẽ thực hành trên thiết bị cụ thể là mạng Modbus trong PLC Siemens S7-200 PLC S7-200 có khả năng giao tiếp với nhau thông qua chuẩn Modbus, giúp tối ưu hóa quá trình điều khiển và giám sát.

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 không kiểm 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

Kích thích quá trình truyền nhận dữ liệu bắt đầu khi ngõ vào first = 1 Vì vậy, ngõ vào này thường được thiết lập dưới dạng xung; mỗi khi có xung ngõ vào, quá trình truyền nhận dữ liệu sẽ khởi động.

- Slave : địa chỉ của slave có giá trị từ 0 đến 247

- 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 cho phép truy cập dữ liệu ngõ ra S61 và các thanh ghi lưu trữ, hỗ trợ 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 hay word dữ liệu được đọc hoặc ghi được gọi là "Count" Trong giao thức Modbus, chỉ hỗ trợ hai loại dữ liệu này Lệnh đọc (read) hoặc ghi (write) có giới hạn tối đa là 1920 bit hoặc 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

Địa chỉ VW300 trên PLC được sử dụng để lưu trữ giá trị 40020, trong khi dữ liệu 4 word sẽ được ghi vào vùng nhớ slave bắt đầu từ địa chỉ 40001.

 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

- 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: Tương tự như bước trước, nhưng cần lấy một khối hàm khác và thay đổi thông số của hàm MBUS_INT Ví dụ về hàm khởi tạo MBUS_INIT để truyền nhận dữ liệu từ slave.

Bước 2: Lưu chương trình và tải xuống PLC thực tế để kiểm tra tín hiệu truyền nhận, 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

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

Trạm chủ có khả năng gửi các thông báo bổ sung mà không làm tăng đáng kể thời gian chu kỳ bus Có tổng cộng 9 loại thông báo, bao gồm 2 loại phục vụ cho việc truyền dữ liệu và tham số, 2 loại để thiết lập địa chỉ cho trạm tớ, và 5 loại dùng để nhận diện cũng như 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)

Theo quy định chuẩn, bộ kích thích tín hiệu RS 485 cần đảm bảo dòng tổng cộng 60mA để cung cấp cho điện trở đầu cuối 60Ω (120Ω tại mỗi đầu) với điện áp tối thiểu 1,5V, tương ứng với 25mA Trong trường hợp xấu nhất, khi có 32 tải đơn vị mắc song song với dòng 1mA qua mỗi đơn vị tải, 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 một chu kỳ bus được tính toán là 4.95 ms, tương ứng với công thức: 33 x 25 bit x 6μs/bit.

Nếu trung bình có một bức điện bị lỗi và cần gửi lại trong mỗi chu kỳ (khoảng 200 lỗi mỗi giây), thì thời gian chu kỳ bit sẽ kéo dài là 34 x 25 bit x 6μs/bit, tương đương với 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 trong các thiết bị slave, hệ thống sẽ gửi thông điệp đến PLC để người sử dụng có thể xử lý Việc trao đổi hoặc thêm các thiết bị slave trong quá trình hoạt động bình thường không ảnh hưởng đến việc 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 này được kết nối trực tiếp qua cáp ASI, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả trong quá trình lắp đặt.

Các tín hiệu phụ đóng vai trò quan trọng trong việc bổ sung các tín hiệu đóng mạch nhị phân, giúp chẩn đoán các vấn đề như đứt dây hay nhiễu tín hiệu trong quá trình truyền tải Hướng dữ liệu được truyền về bao gồm các tham số từ cảm biến, cung cấp thông tin cần thiết cho quá trình giám sát và phân tích.

5 dụ: độ nhạy, khoảng cách đóng mạch, sự trễ tín hiệu…) trên cùng dây dẫn

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

Trong ngành công nghiệp, có nhiều phần mềm để thiết lập mạng AS-I, nhưng trong giáo trình này, chúng tôi chỉ sử dụng phần mềm Simatic S7-300 Lý do là phần mềm này đã có sẵn tại trường, cùng với phần cứng tương ứng, và được nhiều nhà máy áp dụng trong thực tế.

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 OK Và 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, sau đó quan sát và ghi lại trạng thái hoạt động của thiết bị 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 loại mạng LAN sử dụng môi trường truyền thông chia sẻ, trong đó tất cả các trạm trên mạng cùng chia sẻ băng thông, có thể đạt tốc độ 10Mbps, 100Mbps hoặc 1000Mbps Hiện nay, công nghệ Switched Ethernet đã xuất hiện, 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 Cấu trúc mạng Ethernet có thể là tuyến tính hoặc 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 dữ liệu đạt 10 Mb/s Tiêu chuẩn này hoạt động trên băng tần cơ sở và cho phép chiều dài cáp tối đa lên đến 500 mét.

10Base2, còn được gọi là “thin Ethernet”, là một loại mạng sử dụng cáp đồng trục mỏng với tốc độ truyền dữ liệu 10 Mb/s Chiều dài tối đa của mỗi phân đoạn cáp lên đến 185 m, tuy nhiên, 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, với "F" là viết tắt của Fiber Optic (sợi quang), là chuẩn Ethernet được thiết kế cho sợi quang, hoạt động với tốc độ 10 Mb/s và được giới thiệu vào năm 1993 Chuẩn này đóng vai trò quan trọng trong hệ thống Ethernet 100 Mb/s, còn 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, bao gồm hai chuẩn chính: 100BaseFX và 100BaseTX Chuẩn 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 mạng sử dụng 2 cặp và 4 cặp cáp xoắn Cat 3 trở lên Tuy nhiên, hiện nay, hai chuẩn này ít được sử dụng do sự phát triển của các hệ thống Gigabit Ethernet.

Chuẩn 1000BaseX, với chữ "X" biểu thị đặc tính mã hoá đường truyền, sử dụng kiểu mã hoá 8B/10B từ hệ thống kết nối tốc độ cao 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 là công nghệ mạng hoạt động với tốc độ Gigabit, sử dụng băng tần cơ sở trên cáp xoắn cặp Cat 5 trở lên Nó áp dụng kiểu mã hóa đường truyền độc quyền 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 giải pháp Ethernet công nghiệp toàn diện với các sản phẩm như Bộ chuyển mạch Ethernet, Bộ chuyển đổi truyền thông và bộ biến đổi tín hiệu từ Serial sang Ethernet Các sản phẩm này nổi bật với tính năng chính của bộ Switches/Hubs công nghiệp, đáp ứng nhu cầu kết nối và truyền tải dữ liệu hiệu quả.

* 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 không hoạt động đúng Mỗi lần truyền khung, máy trạm lưu khung trong bộ đệm cho đến khi truyền thành công Nếu mạng không đáp ứng đúng tham số slotTime, khi trạm 1 truyền 512 bit thành công mà không bị xung đột, khung sẽ được xem là truyền thành công và bị xóa khỏi bộ đệm Tuy nhiên, do sự phát hiện xung đột bị trễ, trạm 1 không thể truyền lại khung vì khung đã bị xóa khỏi bộ đệm, dẫn đến mạng không hoạt động đúng.

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 biệt, phụ thuộc vào đặc tính của chúng Các nhà sản xuất thiết bị cung cấp thông tin chi tiết về thời gian trễ, do đó, việc lựa chọn và tính toán các thành phần là cần thiết để đảm bảo mạng Ethernet 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 Mặc dù cả hai mô hình đều nhằm mục đích tạo điều kiện cho việc truyền thông giữa các mạng và máy tính khác nhau, chúng có những đặc điểm và cách thực thi riêng Mô hình OSI, được phát triển bởi ISO, đã trở thành tiêu chuẩn cho các mô hình khác, trong khi TCP/IP ra đời từ nhu cầu cấp bách của chính phủ Mỹ, dẫn đến sự phát triển linh hoạt hơn mà không bị ràng buộc bởi các yêu cầu nghiêm ngặt như OSI.

Mô hình OSI, mặc dù là một tiêu chuẩn tham khảo quan trọng, nhưng việc áp dụng thực tế gặp khó khăn do hiệu suất kém khi dữ liệu phải đi qua tất cả các lớp của nó Vì lý do này, OSI chủ yếu được sử dụng như một cơ sở để các nhà nghiên cứu phát triển các mô hình tối ưu hơn Hiện nay, với sự bùng nổ của Internet, mô hình TCP/IP đã trở thành tiêu chuẩn phổ biến nhất trên toàn cầu.

Bộ giao thức TCP/IP đóng vai trò quan trọng trong việc tối ưu hóa phương thức truyền thông, giúp giảm thiểu lỗi và nâng cao hiệu quả Các đặc điểm nổi bật của TCP/IP bao gồm khả năng đảm bảo độ tin cậy, khả năng mở rộng và tính tương thích cao với nhiều loại mạng 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 chuẩn giao thức mở, cho phép hoạt động trên nhiều hệ điều hành khác nhau, phù hợp cho các mạng hỗn hợp với nhiều loại phần cứng và phần mềm, như Internet.

Mỗi trạm trong mạng TCP/IP sở hữu một địa chỉ IP duy nhất, cho phép chúng giao tiếp với bất kỳ trạm nào khác trong 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 tải 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 không chỉ định một giao thức đơn lẻ mà định nghĩa một 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 Để 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 đòi hỏi sự đồng thuận, vì mỗi lớp liên quan đến việc gửi dữ liệu từ ứng dụng này đến ứng dụng tương đương trên máy khác Lớp cao hơn dựa vào lớp thấp hơn để truyền dữ liệu qua mạng, với dữ liệu được chuyển xuống ngăn xếp từ lớp này sang lớp khác cho đến khi được gửi qua mạng nhờ giao thức của lớp vật lý Tại nơi nhận, dữ liệu lại đi lên ngăn xếp đến ứng dụng nhận Các lớp riêng lẻ không cần biết cách mà các lớp trên và dưới xử lý thông tin, chỉ cần biết cách chuyển thông tin tới lớp đó Sự cô lập các hàm truyền thông giữa các lớp giảm thiểu sự tích hợp công nghệ, cho phép thêm ứng dụng mới mà không cần thay đổi lớp vật lý của mạng và bổ sung phần cứng 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

Transport layer Transport layer TCP or UDP

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

Network interface card Transmission media Physical layer

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

TCP (Transmission Control Protocol): một nghi thức có cầu nối

(connection-oriented) cung cấp khả năng truyền dòng dữ liệu không lỗi, hai chiều song công (full duplex) cho các quá trình của người sử dụng

UDP (User Datagram Protocol): một khi thức không thiết lập cầu nối

(connectionless) cho các quá trình của user Do đó, nó không dảm bảo dữ liệu khi truyền có đến nơi chính xác hay không

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 của khung dữ liệu, có hai trường quan trọng cần lưu ý Trường Preamble đánh dấu sự xuất hiện của khung bit với giá trị cố định là 10101010, từ đó phía nhận có thể tạo ra xung đồng hồ 10 MHz Tiếp theo, trường SFD (start frame delimiter) xác định sự bắt đầu thực sự của một khung, với giá trị luôn là 10101011.

Các trường Destination và Source chứa địa chỉ vật lý của các trạm gửi và nhận khung, xác định nguồn gốc và đích đến của khung Trường LEN thể hiện kích thước của phần dữ liệu trong khung Trường FCS chứa CRC (cyclic redundancy checksum), được tính toán bởi phía gửi trước khi truyền khung, và phía nhận sẽ tính toán lại CRC tương tự Nếu hai kết quả trùng khớp, khung được coi là nhận đúng; ngược lại, khung sẽ bị xem là lỗi và bị loại bỏ.

+ Truy nhập bus: CSMA/CD

Cơ chế giao tiếp chủ yếu là tay đôi (peer-to-peer), cho phép kết nối tự do mà không cần cấu hình trước Mặc dù giao thức cấp trên có thể yêu cầu việc cấu hình, nhưng phương thức này vẫn mang lại sự linh hoạt và thuận tiện trong quá trình giao tiếp.

+ Hỗ trợ gửi đồng loạt (broadcast) và gửi theo nhóm (multicast):

— Bit đầu tiên của địa chỉ nhận = 1: gửi đồng lọat hoặc gửi theo nhóm

— Tất cả các bit = 1: gửi đồng loạt

+ Địa chỉ MAC: 48 bit, bit 46 phân biệt giữa địa chỉ toàn cục và địa chỉ cục bộ => bao nhiêu địa chỉ có thể dùng được?

Hình 8.7 : Sơ đồ kết nối truyền thông mạng Ethernet

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 một phần thiết yếu trong cuộc sống hàng ngày Nhu cầu về tốc độ truyền và chất lượng dịch vụ QoS ngày càng tăng đã làm cho việc triển khai Ethernet trở nên phức tạp hơn, mở rộng ứng dụng ra các khu vực rộng lớn Trong quá trình triển khai mạng, bảo trì thiết bị và xử lý sự cố, thách thức lớn nhất là làm thế nào để đảm bảo tốc độ và chất lượng truyền dẫn hiệu quả khi đầu tư vào công nghệ Ethernet Bên cạnh đó, việc nhanh chóng phát hiện lỗi trong môi trường LAN cũng là một vấn đề nan giải đối với các quản lý mạng DADI đã giới thiệu một loạt thiết bị kiểm tra mạng sử dụng công nghệ Ethernet, kế thừa các đặc điểm kỹ thuật và tính thương mại của DN065 Ethernet Analyzer, giúp giải quyết các vấn đề nổi bật 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, chuyên dụng cho việc kiểm tra cáp và mạng Nó không chỉ hiển thị sơ đồ dây và đo độ dài cáp mà còn hỗ trợ chẩn đoán lỗi cáp và vẽ kết nối cáp Đặc biệt, TPT-8020A còn có khả năng kiểm tra hoạt động của mạng, mang lại hiệu quả cao trong công việc kiểm tra và bảo trì hệ thống mạng.

Hình 8.10 : managed Switch Enthernet manager

DN065 Gigabit Ethernet Analyzer là thiết bị cầm tay chuyên dụng để kiểm tra và triển khai công nghệ Ethernet với tốc độ 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), kiểm tra theo tiêu chuẩn RFC 2544 và đo độ biến thiên độ trễ gói IP (IPDV).

Hình 8.11 : managed Switch Enthernet manager

Managed Switch không chỉ hỗ trợ tính năng IGMP mà còn cung cấp nhiều chức năng quan trọng khác như lưu trữ lịch sử lỗi, kiểm soát tốc độ từng cổng, cài đặt bảo mật và khả năng ánh xạ cổng mạng (Port Mirroring) Tính năng ánh xạ cổng cho phép quản trị viên theo dõi các gói tin qua các cổng của Switch bằng cách chuyển tiếp dữ liệu sang một cổng khác để phân tích Khi gặp sự cố mạng, kỹ sư bảo trì có thể kết nối máy tính vào một cổng trên Switch và theo dõi lưu lượng Multicast và Broadcast để xác định nguyên nhân sự cố Trong quá trình kiểm tra mạng Ethernet, Switch thường là thiết bị đầu tiên cần xem xét, vì nó có tốc độ phản hồi nhanh hơn từ 10 đến 50 lần so với các thiết bị đầu cuối.

Switch hiếm khi gây ra sự cố mạng Nguyên nhân chủ yếu dẫn đến tình trạng chậm mạng hoặc mất kết nối thường là do lượng truyền thông Multicast và Broadcast quá lớn, gây quá tải cho thiết bị mạng Do đó, để tối ưu hiệu suất mạng, việc kiểm soát hiệu quả Multicast và Broadcast là rất cần thiết.

4.4 Các vấn đề và giải quyết

Sau khi lắp đặt và đưa vào hoạt động hệ thống mạng, việc kiểm soát, vận hành và bảo trì trở nên cần thiết Để hỗ trợ công việc này, có nhiều phần mềm dành 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 nhận dữ liệu sẽ có sự khác biệt.

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

ACT INPUT BOOL 0,1 Nếu ACT=1,

Dữ liệu được truyền đi bắt đầu từ SEND với chiều dài bằng LEN Nếu ACT = 0, các thông số DONE, ERROR và STATUS sẽ được cập nhật.

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 of the data region can be categorized into three main types: process image area, bit memory, and data block area Each of these types plays a crucial role in defining how data is organized and accessed within a system Understanding these address types is essential for efficient data management and retrieval.

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

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

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

RECV INPUT ANY Địa chỉ và chiều dài lý thuyết Địa chỉ của vùng dữ liệu có thể nằm một trong các dạng sau Process image area

Bit Memory 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 thực tế, sau đó ghi lại trạng thái hoạt động của thiết bị Học sinh sẽ thực hành các bài tập dưới sự hướng dẫn của giáo viên để nâng cao kỹ năng.

Mạng truyền thông Ethernet công nghiệp của Siemens được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống điều khiển công nghiệp, mang lại 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 1 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, và lưu kết quả vào QB15 và QB20.

Hai PLC S7 300 được kết nối 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 lắp đặt tại PLC2, trong khi hai nút nhấn START và STOP được gắn ở PLC1 Chương trình cần được viết để khi nhấn nút Start, động cơ sẽ bật (ON), và khi nhấn nút Stop, động cơ sẽ tắt (OFF).

MẠNG TRUYỀN THÔNG RADIO VÀ WIRELESS

Thiết bị truyền thông Radio

Vào 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 IP sẽ mang lại nhiều lợi ích cho hoạt động sản xuất.

Ethernet đã trở nên dễ dàng hơn, đảm bảo độ tin cậy và an toàn cho toàn bộ nhà máy MDS SD9 có thể được áp dụng trong các lĩnh vực thu thập dữ liệu, như giám sát và điều khiển máy biến thế, theo dõi 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 mã hóa AES 128 bit, đảm bảo tính bảo mật cao Thiết bị có hai cổng nối tiếp, cho phép truyền thông ở khoảng cách lên tới 50 dặm Đặc biệt, MDS SD9 còn tích hợp chế độ sleep để tiết kiệm điện năng, làm cho sản phẩm này trở nên ấn tượng từ GE Digital Energy.

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 yêu cầu khắt khe của thị trường và nhu cầu cao từ 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 nối giữa bí quyết và công nghệ tinh xảo, 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 sử dụng công nghệ nén và tăng cường âm thanh X-PAND, mang đến chất lượng âm thanh sắc nét và rõ ràng, giúp duy trì liên lạc hiệu quả trong môi trường ồn ào Đây là lựa chọn lý tưởng cho những ai cần liên lạc thường xuyên với nhiều nhóm làm việc Sản phẩm nổi bật với độ bền cao, cho phép hoạt động ổn định trong nhiều điều kiện khác nhau.

Hình 9.1 minh họa hệ thống truyền thông MDS SD9 hoạt động hiệu quả trong điều kiện khắc nghiệt ngoài trời, cho phép liên lạc trong môi trường ồn ào Hệ thống hỗ trợ phối hợp hoạt động cho người thi hành công vụ và trong các tình huống khẩn cấp, đồng thời cập nhật thông tin liên tục từng phút với tính năng truyền tín hiệu cải tiến PTT-ID Cuộc gọi thoại được chọn lọc, hạn chế tần số vô tuyến, và sản phẩm đạt tiêu chuẩn MIL-STD 810C, D và E.

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 sử dụng micro tụ electret, lý tưởng cho các ứng dụng thoại Với hệ thống PLL-tổng hợp, thiết bị cung cấp 6 tần số hoạt động khác nhau Công suất đầu ra cao của microphone đảm bảo tín hiệu radio được truyền tải ổn định.

Đặc điểm của VHF/UHF

Băng tần VHF 50-54 MHz, còn được gọi là 6 mét hay "ban nhạc The Magic", cho phép truyền sóng mặt đất với khoảng cách lên đến vài trăm km qua chế độ SSB Trong điều kiện lý tưởng, sóng có thể đạt tới 1200 dặm hoặc xa hơn nhờ hiện tượng như lẻ tẻ-E, bỏ qua lớp F2, phân tán sao băng, cực quang, đảo đoạn và một số hoạt động EME (Earth Moon Earth) Các nhà khai thác có thể kết nối với nhau trên toàn thế giới chỉ với các thiết bị 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 groundwave có thể đạt tới 200 dặm với các trạm SSB hoặc CW Băng tần này rất thích hợp cho điện thoại di động FM, với nhiều lặp FM địa phương có thể kết nối lên đến 150 dặm Nhiều lặp có thể liên kết với nhau để mở rộng vùng phủ sóng IRLP (Dự án Radio Kết nối Internet) rất phổ biến, cho phép kết nối qua internet trên toàn cầu Bên cạnh đó, băng tần này cũng hỗ trợ hoạt động đài phát thanh gói tin, cũng như nhiều hoạt động vệ tinh, EME và DX mặt đất cho các tín hiệu yếu (QRP) Người dùng có thể mong đợi các hoạt động 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 như 2 mét và không hỗ trợ hoạt động vệ tinh Ngoài ra, băng tần này chủ yếu chỉ có sẵn ở Mỹ và không được phổ biến ở nhiều quốc gia khác.

Băng tần UHF 420-450 MHz, còn được gọi là 70 cm, là tần số thấp nhất trong dải UHF dành cho nghiệp dư Mặc dù bảo hiểm Groundwave bị hạn chế so với băng tần 2 mét do sự hấp thụ cao, nhưng băng tần này vẫn phổ biến cho các hoạt động như truyền hình vệ tinh, EME và DXing mặt đất Ngoài ra, việc quét truyền hình nhanh chóng cũng đã tìm thấy vị trí trên 430 MHz Nhiều hoạt động FM diễn ra trong khoảng từ 440-450 MHz, và có rất nhiều thiết bị kết nối với băng tần 2 mét Các phần tử dài nhất của chùm sóng trong băng tần này thường khoảng 12 đến 13 inch ở tần số thấp.

Băng tần UHF 902-928 MHz hiện tại chưa có nhiều hoạt động do thiếu trang thiết bị phù hợp Hơn nữa, đây cũng là băng tần chia sẻ với các dịch vụ khác, điều này ảnh hưởng đến việc sử dụng hiệu quả của nó.

Băng tần UHF 1200-1300 MHz (1,2 GHz) cung cấp nhiều cơ hội cho thí nghiệm, đặc biệt là trong các lĩnh vực EME và vệ tinh, cùng với một số hoạt động lặp FM ở một số khu vực của Mỹ Mặc dù không có nhiều hoạt động DXing trên mặt đất, nhưng trong các cuộc thi vẫn có sự tham gia đáng kể Các ăng-ten cho công việc tín hiệu nhỏ rất ấn tượng với khả năng xử lý các 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 trở nên phổ biến nhờ sự gia tăng sử dụng laptop, mang lại tiện lợi trong việc truy cập di động Tuy nhiên, mạng không dây cũng gặp phải nhiều vấn đề khó chịu cho người dùng Việc hiểu rõ các sự cố này sẽ giúp bạn dễ dàng khắc phục chúng Dưới đây là một số lỗi thường gặp trong mạng Wi-Fi và cách giải quyết hiệu quả.

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

Nếu bạn quên mật khẩu Router, hãy nhập địa chỉ IP của Router vào trình duyệt và đăng nhập bằng tên người dùng và mật khẩu Trong quá trình cài đặt, một số 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 các router của Linksys và D-Link thường sử dụng tên đăng nhập và mật khẩu mặc định là "admin" hoặc tên đăng nhập là "admin" với mật khẩu để trống Dưới đây là danh sách một số tên đăng nhập và mật khẩu mặc định phổ biến mà bạn có thể 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 lại Tuy nhiên, nếu bạn đã cài đặt bộ quản lý kết nối từ hãng khác mà không hoạt động, bạn có thể gặp khó khăn trong việc tự động kết nối Trong trường hợp này, hãy gỡ 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 Điều này sẽ giúp bạn giữ lại driver 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, quan sát 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.