BÀI GIẢNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP Nguyễn Thị Huế Bộ môn Kĩ thuật đo Tin học công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÀI GIẢNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP Nguyễn Thị Huế Bộ môn Kĩ thuật đo Tin học công nghiệp 7/3/2019 NỘI DUNG MÔN HỌC Giới thiệu chung lịch sử phát triển hệ thống đo điều khiển công nghiệp Các thiết bị đo lường chấp hành công nghiệp Các điều khiển khả trình Các thiết bị giám sát công nghiệp Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp Các giao thức công nghiệp tiêu biểu Một số hệ thống công nghiệp thực tế 7/3/2019 Tài liệu tham khảo  Giáo trình “Màng thơng tin cơng nghiệp” Hồng Minh Sơn, nhà xuất Khoa học Kĩ thuật  Giáo trình “Hệ thống thơng tin công nghiệp’ Phạm Thượng Hàn (chủ biên) Nhà xuất giáo dục  Giáo trình “Cảm biến cơng nghiệp”  Bài giảng “ Đo điều khiển công nghiệp” Đào Đức Thịnh, môn Kĩ thuật đo Tin học công nghiệp  … 7/3/2019 NỘI DUNG CHƯƠNG 5 Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp Các chế độ truyền thơng tin Mã hóa đường truyền Cấu trúc mạng Kiến trúc giao thức Điều khiển truy cập đường truyền Môi trường truyền dẫn chuẩn vật lý Bảo toàn liệu 7/3/2019 5.1 Các chế độ truyền thông tin  Các khái niệm  Thông tin, liệu tín hiệu  Các loại tín hiệu  Tốc độ truyền tốc độ bít  Tính thời gian thực  Các chế độ truyền dẫn  Truyền thông nối tiếp truyền song song  Truyền động không đồng  Truyền đơn công, bán song công song công 7/3/2019 Các khái niệm Thông tin liệu tín hiệu  Tín hiệu diễn biến đại lượng vật lí chứa đựng tham số thơng tin, liệu truyền dẫn  Thơng tin hiểu loại trừ tính bất định  Dữ liệu phần thơng tin hữu ích biểu diễn dãy bit [1,0]  Lượng thông tin giá trị hiểu biết nguồn thơng tin mang lại Tín hiệu đo cơng nghiệp loại tín hiệu mang đặc tính thơng tin, chứa đựng thơng tin giá trị chúng Như tín hiệu mang chất trạng thái tượng vật lí 7/3/2019 Các khái niệm Các loại tín hiệu  Tín hiệu tiền định X  Tín hiệu gần tiền định  Tín hiệu ngẫu nhiên t Nếu phân chia theo đặc tính tín hiệu  Tín hiệu tương tự,  Tín hiệu số 0110101101001 7/3/2019 Các khái niệm Tốc độ truyền tốc độ bít  Thời gian cần để truyền tin phụ thuộc vào hai yếu tố là: tốc độ truyền phương pháp mã hố tín hiệu  Tốc độ bít tính số bít liệu truyền đơn vị thời gian  Nếu tần số nhịp ký hiệu f số bít truyền n nhịp, số bít truyền giây v = f*n 7/3/2019 Các khái niệm Tính thời gian thực Để đảm bảo tính thời gian thực, mạng máy tính cơng nghiệp phải có đặc điểm sau đây:  Độ nhanh nhạy: Tốc độ truyền thônh tin hữu ích phải đủ nhanh để đáp ứng yêu cầu trao đổi liệu cách cụ thể  Tính tiền định: Tức phải dự đốn trước thời gian đáp ứng tiêu biểu thời gian phản ứng chậm với yêu cầu trạm  Độ tin cậy kịp thời: Đảm bảo tổng thời gian cần cho việc truyền tải thông tin cách tin cậy trạm nằm phạm vi định  Tính bền vững: Có khả xử lí cố cách thích hợp để khơng gây nguy hại cho hệ thống Như khả thoả mãn thời gian thực phụ thuộc vào toán ứng dụng cụ thể 7/3/2019 Các chế độ truyền dẫn Truyền song Truyền dây song  Mỗi bit dùng đường truyền riêng, truyền đồng thời Computer Dữ liệu hữu Bus -DAV Printer Đã nhận liệu DAC DAV t t DAC Dữ liệu hữu Bus Máy in nhận liệu  Máy tính lưu xử lý số liệu theo từ (có độ dài 8, 16, 32, 64 bit) Dữ liệu cấp theo dạng song song lần từ  Có (16,32,64) dây dẫn song song nối điểm truyền Như truyền song song truyền từ (từ có độ dài 8, 16, 32, 64 bit) 7/3/2019 10 5.4 Kiến trúc giao thức OSI  Mơ hình tham chiều OSI (Open System Interconnection Reference Model) đời năm 1983, tổ chức chuẩn hóa quốc tế ISO đưa tiêu chuẩn ISO 7491-1 nhằm hỗ trợ xây dựng hệ thống truyền thơng có tương tác  Mơ hình OSI phân chia chức giao thức thành chuỗi tầng cấp Mỗi tầng cấp có đặc tính sử dụng chức tầng nó, đồng thời cho phép tầng sử dụng chức  Giao thức cài đặt phần cứng, phần mềm, tổ hợp hai 7/3/2019 171 5.4 Kiến trúc giao thức OSI  Mơ hình OSI ngành công nghiệp mạng công nghệ thông tin tôn trọng cách tương đối  Tính quy định giao diện tầng cấp, tức qui định đặc tả phương pháp tầng liên lạc với  Hiện có phần mơ hình OSI sử dụng 7/3/2019 172 5.4 Kiến trúc giao thức OSI Kiến trúc OSI có tầng: 1: Tầng vật lí (Physical Layer) 2: Tầng liên kết liệu (Data Link Layer) 3: Tầng mạng (Network Layer) 4: Tầng giao vận (Transport Layer) 5: Tầng phiên (Session layer) 6: Tầng trình diễn (Presentation layer) 7: Tầng ứng dụng (Application layer) 7/3/2019 173 Các ngun tắc mơ hình OSI  Dựa ngun tắc phân lớp, mơi hình OSI chia thành lớp với chức phân biệt cho lớp  Mỗi lớp chịu trách nhiệm thực thi tập chức cụ thể cung cấp tập dịch vụ cụ thể  Các giao thức xác định cho dịch vụ phương thức cung cấp dịch vụ  Mỗi lớp bao gồm hai phần:  Định nghĩa dịch vụ: xác định loại dịch vụ mà lớp cung cấp  Đặc tính giao thức: chi tiết quy luật chi phối, quản lý việc thực thi dịch vụ cụ thể  Lớp thấp cung cấp dịch vụ cho lớp cao 7/3/2019 174 Chức lớp mơ hình OSI Cung cấp phương tiện để người sử dụng truy nhập vào mạng Chuyển đổi liệu để đáp ứng yêu cầu truyền thông Cung cấp phương tiện quản lý truyền thông, thiết lập, trì đơng bộ, hủy phiển Thực việc truyền thơng tin, kiểm sốt luồng, lỗi, ghép kênh, cắt hợp liệ Thực việc chọn đường, chuyển tiếp thông tin với công nghệ chuyển mạch phù hợp Cung cấp phương tiện truyền thơng qua đường vật lý Truyền dịng bít (1, 0) qua cấu trúc vật lý 7/3/2019 175 Kiến trúc giao thức OSI Tầng vật lý:  Định nghĩa tất đặc tả điện vật lý cho thiết bị Trong bao gồm bố trí chân cắm (pin), hiệu điện thế, đặc tả cáp nối (cable)  Các thiết bị tầng vật lí bao gồm Hub, lặp (repeater), thiết bị tiếp hợp mạng (network adapter) thiết bị tiếp hợp kênh máy chủ (Host Bus Adapter) - (HBA dùng mạng lưu trữ (Storage Area Network)) 7/3/2019 176 Kiến trúc giao thức OSI Chức dịch vụ thực tầng vật lý bao gồm:  Thiết lập ngắt mạch kết nối điện (electrical connection) với môi trường truyền dẫn phương tiện truyền thơng (transmission medium)  Tham gia vào quy trình mà tài ngun truyền thơng chia sẻ hiệu nhiều người dùng Chẳng hạn giải tranh chấp tài nguyên (contention) điều khiển lưu lượng  Điều biến (modulation), biến đổi biểu diễn liệu số (digital data) thiết bị người dùng tín hiệu tương ứng truyền qua kênh truyền thông (communication channel) 7/3/2019 177 Kiến trúc giao thức OSI Tầng liên kết liệu (Data Link Layer)  Tầng liên kết liệu cung cấp phương tiện có tính chức quy trình để truyền liệu thực thể mạng, phát sửa chữa lỗi tầng vật lý có  Trong mạng cục theo tiêu chuẩn IEEE 802 số mạng theo tiêu chuẩn khác (chẳng hạn FDDI) tầng liên kết liệu chia thành tầng con: tầng MAC (Media Access Control - Điều khiển Truy nhập Đường truyền) tầng LLC (Logical Link Control - Điều khiển Liên kết Lôgic) 7/3/2019 178 Kiến trúc giao thức OSI Tầng mạng (Network Layer)  Tầng mạng cung cấp chức qui trình cho việc truyền chuỗi liệu có độ dài đa dạng, từ nguồn tới đích, thơng qua nhiều mạng  Các thiết bị tầng mạng:  Các thiết bị định tuyến (router) - gửi liệu khắp mạng mở rộng, làm cho liên mạng trở nên khả thi  Thiết bị chuyển mạch (switch) tầng 3, gọi chuyển mạch IP)  Hệ thống định vị địa lôgic (logical addressing scheme) - giá trị chọn kỹ sư mạng 7/3/2019 179 Kiến trúc giao thức OSI Tầng giao vận (Transport Layer)  Tầng giao vận cung cấp dịch vụ chuyên dụng chuyển liệu người dùng đầu cuối, nhờ tầng quan tâm đến việc cung cấp dịch vụ truyền liệu đáng tin cậy hiệu Tầng giao vận kiểm soát độ tin cậy kết nối cho trước 7/3/2019 180 Kiến trúc giao thức OSI Tầng phiên (Session layer)  Tầng phiên: kiểm sốt (phiên) hội thoại máy tính, tầng thiết lập, quản lý kết thúc kết nối trình ứng dụng địa phương trình ứng dụng xa 7/3/2019 181 Kiến trúc giao thức OSI Tầng trình diễn (Presentation layer)  Lớp trình diễn hoạt động tầng liệu mạng Lớp máy tính truyền liệu làm nhiệm vụ dịch liệu gửi từ tầng Application sang dạng Fomat chung Và máy tính nhận, lớp lại chuyển từ Fomat chung sang định dạng tầng Application  Lớp thể thực chức sau:  Dịch mã kí tự từ ASCII sang EBCDIC  Chuyển đổi liệu  Nén liệu để giảm lượng liệu truyền mạng 7/3/2019  Mã hoá giải mã liệu để đảm bảo bảo mật mạng 182 Kiến trúc giao thức OSI Tầng ứng dụng (Application layer)  Tầng ứng dụng tầng gần với người sử dụng Nó cung cấp phương tiện cho người dùng truy nhập thông tin liệu mạng thơng qua chương trình ứng dụng  Tầng giao diện để người dùng tương tác với chương trình ứng dụng qua với mạng 7/3/2019 183 Giao thức  Modbus  AS-I  Profibus (FMS, DP, PA)  CAN  DEVICENET  INTERBUS  Foundation fieldbus  Ethernet 7/3/2019 184 Yêu cầu cho giao thức  Kiến trúc giao thức  Cấu trúc mạng kĩ thuật truyền dẫn  Cơ chế giao tiếp  Truy cập bus  Cấu trúc điện  Mã hóa  Bảo tồn liệu 7/3/2019 185 ... DUNG MÔN HỌC Giới thiệu chung lịch sử phát triển hệ thống đo điều khiển công nghiệp Các thiết bị đo lường chấp hành công nghiệp Các điều khiển khả trình Các thiết bị giám sát công nghiệp Cơ sở kĩ. .. Thịnh, môn Kĩ thuật đo Tin học công nghiệp  … 7/3/2019 NỘI DUNG CHƯƠNG 5 Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp Các chế độ truyền thơng tin Mã hóa đường truyền Cấu trúc mạng Kiến trúc giao thức Điều. .. Khoa học Kĩ thuật  Giáo trình “Hệ thống thơng tin cơng nghiệp? ?? Phạm Thượng Hàn (chủ biên) Nhà xuất giáo dục  Giáo trình “Cảm biến cơng nghiệp? ??  Bài giảng “ Đo điều khiển công nghiệp? ?? Đào Đức Thịnh,