© 2004, HỒNG MINH SƠN Chương Hệ thống thơng tin công nghiệp Chương 1: Giới thiệu chung 12/30/2005 Chương 1: Mở ₫ầu © 2004, HỒNG MINH SƠN 1.1 Mục tiêu phạm vi ₫ề cập môn học 1.2 Một số khái niệm 1.3 Một số ví dụ minh họa Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS 1.1 Mục tiêu phạm vi ₫ề cập Mục tiêu: — Giúp sinh viên nắm vững kiến thức sở hệ thống thông tin công nghiệp nói chung truyền thơng cơng nghiệp nói riêng, hiểu biết vấn ₫ề lựa chọn thiết kế giải pháp truyền thông hệ thống ₫o lường, ₫iều khiển tự ₫ộng hóa hệ thống thông tin khác công nghiệp © 2004, HỒNG MINH SƠN Phạm vi ₫ề cập: — Khái niệm hệ thống thông tin công nghiệp — Cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông công nghiệp — Một số hệ thống mạng truyền thông công nghiệp tiêu biểu Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS © 2004, HOÀNG MINH SƠN Ví dụ: PlantScape (Honeywell) Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS Những câu hỏi ₫ặt ra: Vai trò thành phần hệ thống? Các thiết bị hệ thống giao tiếp với nào? © 2004, HỒNG MINH SƠN Giao tiếp phục vụ mục ₫ích gì? Giao tiếp với yêu cầu nào? Trong thực tế có cơng nghệ hỗ trợ? Nền tảng sở cơng nghệ ₫ó gì? Người kỹ sư ₫iều khiển - tự ₫ộng hóa cần nắm kiến thức ₫ể làm chủ hệ thống ₫ó? Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS 1.2 Một số khái niệm Thơng tin gì? Sự xóa bỏ tính bất ₫ịnh! Tại thông tin lại quan trọng vậy? © 2004, HỒNG MINH SƠN — Thơng tin tảng hệ thống kỹ thuật ngày vật chất lượng thông tin Chương 1: Mở đầu HỆ THỐNG KỸ THUẬT vật chất lượng thông tin © 2005 - HMS Hệ thống thơng tin Một hệ thống kỹ thuật với đầu vào thơng tin © 2004, HỒNG MINH SƠN Hệ Hệ Hệ Hệ Hệ thống thống thống thống thống Chương 1: Mở đầu thu thập thông tin xử lý thông tin lưu trữ quản lý thông tin khai thác sử dụng thông tin truyền thơng cơng nghiệp © 2005 - HMS Biểu diễn thông tin Tại phải biểu diễn thông tin? Các dạng biểu diễn thông tin thông dụng? Thông tin ₫ược thu thập nào? Thông tin ₫ược lưu trữ xử lý máy tính gì? Thơng tin ₫ược khai thác sử dụng nào? © 2004, HỒNG MINH SƠN Thông tin ₫ược truyền ₫i nào? Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS Khái niệm "dữ liệu" © 2004, HỒNG MINH SƠN Dữ liệu gì? Quan hệ liệu thông tin? Dữ liệu ₫ược biểu diễn nào? Dữ liệu ₫ược thu thập nào? Dữ liệu ₫ược lưu trữ nào? Dữ liệu ₫ược xử lý nào? Dữ liệu ₫ược truyền ₫i nào? Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS Khái niệm "tín hiệu" Tín hiệu gì? Vai trị tín hiệu hệ thống kỹ thuật? Biểu diễn thông tin qua tín hiệu nào? Phân loại tín hiệu? — Theo miền giá trị? — Theo miền xác ₫ịnh? © 2004, HỒNG MINH SƠN Thế tín hiệu số? Ý nghĩa tín hiệu số hệ thống kỹ thuật? Chương 1: Mở đầu © 2005 - HMS 10 Cấu trúc mạng & KT truyền dẫn CAN không qui ₫ịnh cụ thể chuẩn truyền dẫn môi trường truyền thông Cáp ₫ôi dây xoắn kết hợp với chuẩn RS-485 ₫ược sử dụng rộng rãi (cấu trúc mạng thích hợp ₫ường trục/₫ường nhánh, chiều dài ₫ường nhánh < 0.3m) Phương pháp truy nhập bus CSMA/CA, tốc ₫ộ truyền tối ₫a 1Mbit/s khoảng cách 40m 50kbit/s khoảng cách 1000m Hai trạng thái logic tín hiệu mức trội (dominant) mức lặn (recessive) Nhồi bit (bit sau bit 1) + NRZ 6.3 CAN © 2006 - HMS Cơ chế giao tiếp Truy nhập bus: CSMA/CA Đặc trưng CAN phương pháp ₫ịnh ₫ịa giao tiếp hướng ₫ối tượng Tự do, linh hoạt theo kiểu yêu cầu-₫áp ứng Một trạm gửi liệu khung REMOTE FRAME Trạm có khả cung cấp nội dung thơng tin ₫ó gửi trả lại khung liệu DATA FRAME có mã cước với khung yêu cầu 6.3 CAN © 2006 - HMS Cấu trúc ₫iện Mỗi thông báo ₫ược coi ₫ối tượng, có cước riêng biệt (IDENTIFIER, 11/29 bit) kiểu ₫iện: — Khung liệu (DATA FRAME) mang liệu từ trạm gửi tới trạm nhận — Khung yêu cầu liệu (REMOTE FRAME) ₫ược gửi từ trạm yêu cầu truyền khung liệu — Khung lỗi (ERROR FRAME) ₫ược gửi từ trạm phát lỗi bus — Khung tải (OVERLOAD FRAME) tạo khoảng cách thời gian bổ sung hai khung liệu yêu cầu liệu trường hợp trạm bị tải Giữa hai khung bit lặn (INTERSPACE) 6.3 CAN © 2006 - HMS Khung liệu/yêu cầu liu Khoảng cách khung khung tải (Interframe Space / Overload Frame) Sè bit 12 hc 32 64 Khởi đầu khung (Start of Frame) 6.3 CAN 1 KÕt thóc khung (End of Frame) Phân xử (Arbitration Field) Điều khiển (Control Field) 15 X¸c nhËn ACK (1 bit ACK slot, bit ACK delimiter) Dữ liệu (Data Field) Kiểm soát lỗi CRC (15 bit CRC sequence, bit CRC delimiter) © 2006 - HMS Khung liệu/yêu cầu liệu Khởi ₫ầu khung bit trội, sử dụng cho ₫ồng hóa Ơ phân xử mức ưu tiên ₫iện, chiều dài 12 bit (khung chuẩn) 32 bit (khung mở rộng): — mã cước dài 11 29 bit — bit RTR (Remote Transmission Request), phân biệt khung liệu (bit trội) khung yêu cầu liệu (bit lặn) Ô ₫iều khiển dài bit, ₫ó bit cuối mã hóa chiều dài liệu (bit trội = 0, bit lặn = 1) Ơ liệu có chiều dài từ byte, ₫ó byte ₫ược truyền ₫i theo thứ tự từ bit có giá trị cao (MSB) ₫ến bit có giá trị thấp (LSB) 6.3 CAN © 2006 - HMS 10 Khung liệu/yêu cầu liệu Ơ kiểm sốt lỗi: 15 bit CRC bit lặn phân cách Đa thức phát G = X15 + X14 + X10 + X8 + X7 + X4 + X3 + Ô xác nhận ACK (Acknowlegment) bit lặn Mỗi trạm nhận ₫ược ₫iện phải kiểm tra mã CRC, ₫úng phát chồng bit trội thời gian nhận ₫ược bit ARC ₫ầu tiên (ARC slot) Như vậy, ₫iện ₫ược truyền xác có bit ARC trội nằm hai bit lặn phân cách (một bit phân cách CRC bit phân cách ACK) Kết thúc khung ₫ược ₫ánh dấu bit lặn 6.3 CAN © 2006 - HMS 11 Khung báo lỗi Khoảng trống khung khung tải (Interframe Space / Overload Frame) Cờ lỗi (Error Flag) Số bit 6 Xếp chồng cờ lỗi Phân cách lỗi Error delimiter mức lặn mức trội Trạng thái logic tín hiệu bus (trờng hợp lỗi chủ động) 6.3 CAN © 2006 - HMS 12 Khung báo lỗi Cờ lỗi (Error Flag): — Lỗi chủ ₫ộng (Active Error): Dạng cờ lỗi chủ ₫ộng bao gồm sáu bit trội liền — Lỗi bị ₫ộng (Passive Error): Dạng cờ lỗi bị ₫ộng bao gồm sáu bit lặn liền nhau, trừ trường hợp bị ghi ₫è lên bit trội từ trạm khác Phân cách lỗi (Error Delimiter): bit lặn liên tục 6.3 CAN © 2006 - HMS 13 Khung báo tải Kho¶ng trống khung khung tải (Interframe Space/Overload Frame) Cờ tải (Overload Flag) Số bit 6 Xếp chồng cờ tải Phân cách tải (Overload delimiter) mức lặn mức trội Trạng thái logic tín hiệu bus 6.3 CAN â 2006 - HMS 14 Bảo toàn liệu Theo dõi mức tín hiệu bit truyền ₫i so sánh với với tín hiệu nhận ₫ược bus Kiểm soát qua mã CRC Thực nhồi bit (nhồi bit nghịch ₫ảo sau năm bit giống nhau) Kiểm sốt khung thơng báo 6.3 CAN © 2006 - HMS 15 Khả phát lỗi Phát ₫ược tất lỗi toàn cục Phát ₫ược tất lỗi cục phát Phát ₫ược tới bit lỗi phân bố ngẫu nhiên ₫iện Phát ₫ược lỗi ₫ột ngột có chiều dài nhỏ 15 bit thông báo Phát ₫ược lỗi có số bit lỗi chẵn Tỉ lệ lỗi cịn lại (xác suất thơng báo cịn bị lỗi không phát hiện) nhỏ 4.7*10-11 6.3 CAN © 2006 - HMS 16 Các hệ thống dựa CAN CANopen: “CAN-Bus châu Âu” — CAN in Automation phát triển dựa CAN, sử dụng lớp vật lý theo chuẩn ISO 11898 (gần ₫ồng với RS-485) — Lớp ứng dụng CANopen ₫ược ₫ịnh nghĩa sở CAL (CAN Application Layer) — Các lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu hệ thống ₫iều khiển chuyển ₫ộng, dây chuyền lắp ráp xử lý nguyên liệu — Ví dụ, thiết bị ₫ược nối mạng khối cảm biến ₫a kênh, cảm biến thơng minh, van khí nén, ₫ọc mã vạch, cấu truyền ₫ộng giao diện vận hành 6.3 CAN © 2006 - HMS 17 Ưu ₫iểm CANOpen: — Độ tin cậy cao nhờ biện pháp bảo toàn liệu tốt — Hiệu suất sử dụng ₫ường truyền lớn — Thích hợp với ₫iều khiển chuyển ₫ộng tốc ₫ộ cao ₫iều khiển mạch vịng kín so với hệ thống mạng khác dựa CAN Nhược ₫iểm CANOpen (cũng CAN) — ràng buộc tốc ₫ộ truyền chiều dài mạng, — lượng liệu hạn chế byte ₫iện 6.3 CAN © 2006 - HMS 18 SDS (Smart Distributed System) Cơ sở hạ tầng truyền thông số hệ thống ₫iều khiển phân tán (DCS) Honeywell Đặc tính tiêu biểu tính thời gian thực, phù hợp với hệ thống ₫iều khiển có cấu trúc tập trung phân tán SDS hoạt ₫ộng chủ yếu theo chế hướng kiện, ₫iều khiển theo thời gian (time-driven) hay hỏi ₫iều khiển theo chương trình (polling) Ứng dụng tiêu biểu dây chuyền lắp ráp, xử lý nguyên liệu, ₫óng gói phân loại sản phẩm 6.3 CAN © 2006 - HMS 19 DeviceNet Hãng Allen-Bradley phát triển dựa sở CAN, dùng nối mạng cho thiết bị ₫ơn giản cấp chấp hành Nay ₫ược hiệp hội ODVA (Open DeviceNet Vendor Association) quản lý ₫ược dự thảo chuẩn hóa IEC 620263 Bổ sung số chi tiết thực lớp vật lý ₫ưa phương thức giao tiếp kiểu tay ₫ôi (Peer-to-Peer) chủ/tớ (Master/Slave) Cấu trúc mạng ₫ường trục/₫ường nhánh, ₫ó chiều dài ₫ường nhánh hạn chế m Ba tốc ₫ộ truyền ₫ược qui ₫ịnh 125 kbit/s, 250 kbit/s 500 kbit/s, tương ứng với chiều dài tối ₫a ₫ường trục 500 m, 250 m 100 m 6.3 CAN © 2006 - HMS 20 ... thông tin Chương 1: Mở đầu HỆ THỐNG KỸ THUẬT vật chất lượng thơng tin © 2005 - HMS Hệ thống thơng tin Một hệ thống kỹ thuật với đầu vào thơng tin © 2004, HỒNG MINH SƠN Hệ Hệ Hệ Hệ Hệ. .. thống thống thống thống thống Chương 1: Mở đầu thu thập thông tin xử lý thông tin lưu trữ quản lý thông tin khai thác sử dụng thông tin truyền thơng cơng nghiệp © 2005 - HMS Biểu diễn thông tin. .. thông tin khác cơng nghiệp © 2004, HỒNG MINH SƠN Phạm vi ₫ề cập: — Khái niệm hệ thống thông tin công nghiệp — Cơ sở kỹ thuật mạng truyền thông công nghiệp — Một số hệ thống mạng truyền thông công