Mạng truyền thông công nghiệp

Phân loại và đặc trưng của các hệ thống mạng công nghiệp Trang 2 1.1 Mạng truyền thông công nghiệp là gì?17-Sep-22Industrial Comunication Networks5GIỚI THIỆU1.1 Mạng truyền thông công n

Tài liệu: Industrial Communication Networks MẠNG TRUYỀN THÔNG CƠNG NGHIỆP ThS LƯU HỒNG Mạng truyền thơng cơng nghiệp – Hồng Minh Sơn – NXB KH&KT Bài giảng Mạng truyền thông công nghiệp – Nguyễn Tấn Đời – ĐH SPKT TP.HCM Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp – Nguyễn Kim Ánh, Nguyễn Mạnh Hà – ĐH BK Đà Nẵng Giáo trình Kỹ thuật thơng tin cơng nghiệp – Đỗ Văn Tồn 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks Nội dung: Chương 1: GIỚI THIỆU Chương 1: Giới thiệu Chương 2: Cơ sở kỹ thuật Chương 3: Các thành phần hệ thống mạng Chương 4: Các hệ thống BUS tiêu biểu Chương 5: Thiết kế hệ thống mạng Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì? Vai trị mạng truyền thơng cơng nghiệp Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp 3 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì? 1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì?   17-Sep-22 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks Mạng công nghiệp hay mạng truyền thông công nghiệp khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số sử dụng để ghép nối thiết bị công nghiệp Phần lớn mạng truyền thơng sử dụng phương pháp truyền tín hiệu số nối tiếp bất đồng bán song công để giảm giá thành tăng độ ổn định đường truyền Industrial Comunication Networks GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp gì? 1.2 Vai trị mạng truyền thông công nghiệp       17-Sep-22 Industrial Comunication Networks Đơn giản hóa cấu trúc liên kết thiết bị công nghiệp Tiết kiệm dây nối công kết nối lắp đặt hệ thống nhờ cấu trúc đơn giản Nâng cao độ tin cậy độ xác thơng tin Nâng cao tính linh hoạt, tính mở hệ thống Dễ dàng chẩn đoán, định vị lỗi thiết bị Mở nhiều chức khả ứng dụng hệ thống 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp  Để xếp phân loại phân tích đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp, ta dựa vào mơ hình phân cấp cho cơng ty, xí nghiệp sản xuất  Với mơ hình này, chức phân thành nhiều cấp khác mô tả hình vẽ sau: Mơ hình phân cấp chức 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks 17-Sep-22 9 Industrial Comunication Networks 10 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp     1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng cơng nghiệp Càng cấp chức mang tính chất đòi hỏi yêu cầu cao độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng Một chức cấp thực dựa chức cấp Cấp khơng địi hỏi thời gian phản ứng nhanh cấp ngược lại lượng thông tin cần trao đổi xử lý lại lớn nhiều Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống 17-Sep-22 11 10 Industrial Comunication Networks    Tương ứng với cấp chức cấp hệ thống truyền thông Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ "bus" thường dùng thay cho "mạng" Lý phần lớn hệ thống phía có cấu trúc vật lý logic theo kiểu bus 17-Sep-22 11 12 Industrial Comunication Networks 12 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp   1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp Bus trường (fieldbus): khái niệm chung dùng công nghiệp để hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với với thiết bị cấp chấp hành hay thiết bị trường Các chức cấp chấp hành đo lường, truyền động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết    17-Sep-22 Industrial Comunication Networks Các thiết bị có khả nối mạng là: • • • Một số kiểu bus trường thích hợp nối mạng thiết bị cảm biến cấu chấp hành với điều khiển, gọi bus chấp hành/cảm biến Bus trường hiểu Bus thiết bị 17-Sep-22 13 13 Các vào/ra phân tán (distributed I/O) Các thiết bị đo lường (sensor, tranducer, transmitter) Các cấp chấp hành (actuator, value) có tích hợp khả xử lý truyền thông Industrial Comunication Networks 14 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp  1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp Đặc trưng bus trường: • • • •  Thời gian phản ứng thường nằm phạm vi từ 0,1 tới vài mili giây Lượng thơng tin gói tin thường hạn chế khoảng vài byte Tốc độ truyền thông thường cần phạm vi Mbit/s thấp Việc trao đổi thông tin biến q trình chủ yếu mang tính chất định kỳ, tuần hồn, bên cạnh thơng tin tham số hóa cảnh báo có tính chất bất thường 17-Sep-22 15 14 Industrial Comunication Networks Các hệ thống bus trường sử dụng rộng rãi là: • • • • • • • PROFIBUS ControlNet INTERBUS CAN WordFIP P-NET Modbus 17-Sep-22 15 16 Industrial Comunication Networks 16 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp  1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng cơng nghiệp Ngồi cịn có: • • • • •  Foundation Fielfbus DeviceNet AS-i EIB Bitbus 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks  Bus hệ thống, bus q trình: Các hệ thống mạng cơng nghiệp dùng để kết nối máy tính điều khiển máy tính cấp điều khiển giám sát với gọi bus hệ thống (system bus) hay bus trình (process bus) Bus hệ thống giúp máy tính điều khiển phối hợp hoạt động, cung cấp liệu trình cho trạm kỹ thuật trạm quan sát nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ trạm phía 17-Sep-22 17 17 Industrial Comunication Networks 18 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp    1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp Bus điều khiển: bus hệ thống sử dụng để ghép nối theo chiều ngang máy tính điều khiển, người ta dùng khái niệm bus điều khiển Vai trò bus điều khiển phục vụ trao đổi liệu thời gian thực trạm điều khiển hệ thống có cấu trúc phân tán Bus điều khiển thơng thường có tốc độ truyền khơng cao, yêu cầu tính thời gian thực thường khắt khe 17-Sep-22 19 18 Industrial Comunication Networks  Do yêu cầu tốc độ truyền thông khả kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, hầu hết bus hệ thống thơng dụng dựa Ethernet, ví dụ: • • • • • • Industrial Ethernet Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet (HSE) Ethernet/IP PROFIBUS- FMS ControlNet Modbus Plus 17-Sep-22 19 20 Industrial Comunication Networks 20 GIỚI THIỆU GIỚI THIỆU 1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng công nghiệp     1.3 Phân loại đặc trưng hệ thống mạng cơng nghiệp Mạng xí nghiệp: thực chất mạng LAN bình thường có chức kết nối máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát Mạng xí nghiệp khơng yêu cầu nghiêm ngặt tính thời gian thực Việc trao đổi liệu không diễn định kỳ, có với số lượng lớn đến hàng Mbyte Hai loại mạng dùng phổ biến cho mục đích Ethernet Token-Ring Trên sở giao thức chuẩn TCP/IP IPX/SPX 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks   Mạng công ty: Đặc trưng mạng công ty gần với mạng viễn thơng mạng máy tính diện rộng (WAN) Chức mạng công ty kết nối máy tính văn phịng xí nghiệp, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội với khách hàng Mạng cơng ty có vai trị quan trọng hệ thống hạ tầng sở truyền thông công ty, địi hỏi cao tốc độ truyền thơng độ an toàn, tin cậy 17-Sep-22 21 21 Industrial Comunication Networks 22 22 1.4 Cấu trúc hệ thống mạng công nghiệp 17-Sep-22 23  Industrial Comunication Networks KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 1.4.1 Cấu trúc vào Vào tập trung (Central I/O) 17-Sep-22 23 24 Industrial Comunication Networks KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 24 1.4.1 Cấu trúc vào Vào phân tán (Remote I/O) KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 1.4.1 Cấu trúc vào Vào phân tán với bus trường chuẩn KIẾN TRÚC HỆ THỐNG Ưu điểm:  Tiết kiệm chi phí dây dẫn cơng lắp đặt  Cấu trúc đơn giản, thiết kế bảo trì dễ dàng  Tăng độ tin cậy hệ thống: • •  17-Sep-22 Industrial Comunication Networks • • • Dễ dàng lựa chọn thiết bị vào/ra Dễ dàng thiết kế cấu trúc hệ thống Dễ dàng mở rộng hệ thống Industrial Comunication Networks 26 26 1.4.1 Cấu trúc vào Thiết bị thường thiết bị bus trường KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 1.4.1 Cấu trúc vào Vào trực tiếp với thiết bị bus trường      17-Sep-22 27 Tăng độ linh hoạt hệ thống: 17-Sep-22 25 25 Truyền KT số nên hạn chế lỗi Dễ dàng phát lỗi có Industrial Comunication Networks Cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế lắp đặt Giảm chi phí cáp truyền, khối vào/ra phụ kiện Giảm kích thước tủ điều khiển Đưa vào vận hành khả chẩn đoán thiết bị trường qua mạng cách dễ dàng Khả tích hợp chức điều khiển tự động xuống thiết bị trường 17-Sep-22 27 28 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG Industrial Comunication Networks 28 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 1.4.2 Cấu trúc điều khiển Điều khiển cục bộ/điều khiển song song   1.4.2 Cấu trúc điều khiển Điều khiển tập trung nối dây truyền thống • Mỗi máy tính điều khiển hệ thống riêng lẻ Khơng có kết nối thơng tin 17-Sep-22 • 17-Sep-22 29 Industrial Comunication Networks 29 Industrial Comunication Networks 30 30 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 1.4.2 Cấu trúc điều khiển Điều khiển phân tán 1.4.2 Cấu trúc điều khiển Điều khiển tập trung sử dụng bus trường • • KIẾN TRÚC HỆ THỐNG Điều khiển tập trung thiết bị cảm biến chấp hành dạng phân tán Việc kết nối đơn giản thông qua bus trường 17-Sep-22 31 Tất kết nối tập trung hệ thống điều khiển nên có khả liên kết trình hoạt động hệ thống Dây dẫn kết nối nhiều phức tạp, khó xử lý cố Industrial Comunication Networks 17-Sep-22 31 32 Industrial Comunication Networks 32 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG 1.4.2 Cấu trúc điều khiển Điều khiển giám sát 1.4.2 Cấu trúc điều khiển Điều khiển phân tán sử dụng bus trường • • 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks 33 Industrial Comunication Networks 34 Industrial Comunication Networks 36 34 Siemens 17-Sep-22 35 ES: Engineering Station OS: Operator Station 17-Sep-22 33 KIẾN TRÚC HỆ THỐNG Allen-Bradley Industrial Comunication Networks 17-Sep-22 35 36 Yokogawa Chương 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT 17-Sep-22 37 Industrial Comunication Networks 37 Các khái niệm Các phương pháp truyền tải Cấu trúc mạng Kiến trúc giao thức 38 17-Sep-22 Industrial Comunication Networks 38 CƠ SỞ KỸ THUẬT CƠ SỞ KỸ THUẬT 2.1 Các khái niệm 2.1.1 Thơng tin, liệu tín hiệu   2.1.1 Thơng tin, liệu tín hiệu Thơng tin: khái niệm trừu tượng, phản ánh thực khách quan, cho hiểu biết, nhận thức giới khách quan Dữ liệu: dạng biểu diễn thơng tin phụ thuộc vào mục đích, tính chất ứng dụng Trong trường hợp thơng tin số hóa sử dụng hệ đếm nhị phân ta có liệu nhị phân Data ánh sáng, âm thanh, hình ảnh, điện áp, … 17-Sep-22 39 Industrial Comunication Networks 17-Sep-22 39 40 Industrial Comunication Networks 40