MẠNG TRUYỀN THÔNG CỒNG NGHIỆP

PHẦN 1: LÝ THUYẾT TRUYỀN TIN Chương 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mạng truyền thông công nghiệp Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp khái niệm chung hệ thống mạng truyền thông số, truyền bít nối tiếp dùng để ghép nối thiết bị công nghiệp Đặc trưng mạng truyền thông công nghiệp truyền liệu theo chế độ bit nối tiếp Đối tượng mạng công nghiệp tuý thiết bị cơng nghiệp, dạng thơng tin quan tâm liệu Mạng truyền thông công nghiệp thực chất dạng đặc biệt mạng máy tính, khác chỗ yêu cầu tính thời gian thực, độ tin cậy khả tương thích mơi trường công nghiệp mạng truyền thông công nghiệp cao so với mạng máy tính thơng thường hệ thống mạng cơng nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp So sánh mạng viễn thơng, mạng máy tính mạng cơng nghiệp Bảng 1.1 MẠNG VIỄN THÔNG MẠNG CÔNG NGHIỆP MẠNG MÁY TÍNH Vị trí địa lý Rất rộng Rộng Vừa nhỏ Số thành viên Rất lớn Phụ thuộc cấu hình Nhỏ Đối tượng giao tiếp Con người Con người Máy Thơng tin trao đổi tiếng nói, hình ảnh, liệu tiếng nói, hình ảnh, liệu liệu Kỹ thuật truyền thông Số, tương tự Số Số Độ tin cậy Trung bình Cao Rất cao Dung lượng thơng tin Rất lớn Lớn Vừa nhỏ Bảo mật thơng tin Trung bình Cao, cao Rất Cao Tính thời gian thực Thấp Trung bình Cao Trong đa số trường hợp, mạng công nghiệp sử dụng phần mạng máy tính cấp điều hành giám sát Tương tự mạng máy tính phần mạng viễn thơng Vai trị mạng truyền thơng cơng nghiệp Mạng truyền thơng cơng nghiệp có vai trị quan trọng lĩnh vực đo lường, điều khiển tự động hố ngày Sử dụng mạng truyền thơng cơng nghiệp, đặc biệt bus trường để thay cách nối điểm tới điểm cổ điển thiết bị cơng nghiệp mang lại hàng loạt lợi ích sau: + Giảm giá thành dây nối công lắp đặt + Nâng cao độ xác, tin cậy + Có tính mở nên độ linh hoạt cao + Dễ chuẩn đoán, định vị lỗi + Dễ dàng mở rộng, thêm ứng dụng vào hệ Phân loại đặc trưng mạng công nghiệp Ưu giải pháp dùng mạng công nghiệp nằm phương diện kỹ thuật, mà cịn khía cạnh hiệu kinh tế Vì ứng dụng rộng rãi hầu hết lĩnh vực công nghiệp, điều khiển q trình, tự động hố xí nghiệp, tự động hố tồ nhà, điều khiển giao thơng … Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp thiếu việc tích hợp hệ thống tự động hoá đại Quản lý Điều hành sản xuất Điều hành q trình Điều khiển Ch p hành Tính tốn giá thành, lãi xuất, thống kê số liệu sản xuất Đánh giá kết vận hành, lên kế hoạch sản xuất bảo dưỡng hệ Giám sát, hiển thị ,vận hành, bảo dưỡng tồn q trình Điều khiển, điều chỉnh, máy CNC, Robot, PLC Đo lường, truyền động, Hình 1.1: Mơ hình phân cấp chức hệ hệ thống tự động hóa Quản lí cơng ty Mạng cơng ty Điều hành sản xuất Mạng xí nghiệp Điều khiển giám sát Điều khiển Bus hệ thống Bus trình Chấp hành Bus trường ( bus thiết bị) Hình 1.2 Mơ hình phân cấp chức nhà máy cơng nghiệp Nhận xét Càng cấp yêu cầu cao độ nhanh nhạy tốc độ phản ứng, yêu cầu tính thời gian thực cao Càng cấp yêu cầu trao đổi liệu nhiều yêu cầu tốc độ phản ứng giảm Một chức cấp thực dựa chức cấp Mô hình phân cấp chức cho ta dễ dàng thiết kế lựa chọn thiết bị, tuỳ vào yêu cầu cụ thể mà ta chọn phân chia mạng cho phù hợp Với yêu cầu điều khiển nhà máy đại, quy mô lớn nhà máy lọc dầu, điện, hố chất chia nhỏ cấp chức để tiện điều khiển, giám sát Đối với nhà máy nhỏ, nhà cao tầng hay tàu biển số cấp chức giảm xuống để giảm giá thành chi phí vận hành Bus trường (fieldbus) Là khái niệm chung dùng ngành công nghiệp chế biến 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, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Các thiết bị có khả nối mạng vào/ phân tán, thiết bị cảm biến cấu chấp hành có tích hợp khả xử lý truyền thông 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 Còn khái niệm bus thiết bị (device bus) dùng phổ biến cơng nghiệp chế tạo tự động hố dây chuyền sản xuất, gia công, lắp ráp số lĩnh vực ứng dụng khác tự động hố tồ nhà, sản xuất xe Bus thiết bị bus trường có chức tương đương, đặc trưng riêng biệt hai ngành công nghiệp, nên số tính khác Tuy nhiên khác ngày không rõ rệt, thực tế người ta dùng chung khái niệm bus trường Nhiệm vụ bus trường chuyển liệu trình lên cấp điều khiển để xử lý chuyển định điều khiển xuống cấu chấp hành u cầu tính thời gian thực đặt lên hàng đầu Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm phạm vi 0,1-10 ms Yêu cầu liệu cho phiên trao đổi thường hạn chế vài chục byte tốc độ truyền yêu cầu đến phạm vi Mbit/s Việc trao đổi thơng tin mang tính định kỳ tuần hồn Một số hệ thống bus trường tiêu biểu :Profibus, Control Net Bus hệ thống, bus trình ( system bus, process bus) Là hệ thống bus dùng để nối mạng máy tính cấp điều khiển với máy tính cấp điều khiển giám sát Thơng qua bus hệ thống máy tính điều khiển phối hợp hoạt động, cung cấp liệu điều khiển trình cho thiết bị chấp hành hay trạm kỹ thuật nhận liệu, nhiệm vụ từ trạm phía Thơng tin hệ thống bus khơng trao đổi theo chiều dọc mà cịn trao đổi theo chiều ngang Đối với bus hệ thống thời gian đáp ứng tiêu biểu phụ thuộc yêu cầu đòi hỏi ứng dụng cụ thể thường mức vài trăm ms, tốc độ truyền thông phạm vi vài trăm kb/s tới vài Mb/s Mạng xí nghiệp Thường có cấu trúc mạng LAN bình thường có chức kết nối máy tính văn phịng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát Thơng tin trao đổi mạng xí nghiệp thường trạng thái trình kỹ thuật, chế độ làm việc, thực trạng làm việc máy móc hệ thống tự động, số liệu tính tốn, thống kê, lưu trữ diễn biến trình sản xuất Các thông tin điều hành từ trạm chủ đưa xuống bao gồm thông tin thông số thiết kế, công thức chế tạo sản phẩm mệnh lệnh điều khiển sản xuất Ngoài cấp mạng xí nghiệp thơng tin cịn trao đổi mạnh theo chiều ngang máy tính đẳng quyền, thơng tin trao đổi theo chiều thường thông tin hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm hay sử dụng chung tài ngun Mạng xí nghiệp khơng u cầu cao tính thời gian thực Việc trao đổi liệu thường diễn không định kỳ, nhiên phiên truyền thông thường trao đổi với số lượng lớn tới hàng Mb Mạng hay dùng Ethernet, tokenring Mạng công ty Là hệ thống mạng nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông công ty Đặc trưng mạng gần với mạng viễn thông mạng máy tính điện rộng Nhiệm vụ mạng kết nối máy tính văn phịng, cung cấp dịch vụ trao đổi thông tin nội với khách hàng Trong nhiều trường hợp mạng công ty mạng xí nghiệp hệ thống mạng mặt vật lý chia thành phạm vi khác phù hợp với nhóm cơng việc + Cấp chấp hành (actuation level): Các chức cấp chấp hành đo lường, dẫn động chuyển đổi tín hiệu trường hợp cần thiết Thực tế, đa số thiết bị cảm biến (sensor) hay chấp hành (actuator) có phần điều khiển riêng cho việc thực đo lường, truyền động xác nhanh nhạy Các thiết bị thông minh “smart” đảm nhận việc xử lí chuẩn bị thông tin trước đưa lên cấp điều khiển + Cấp điều khiển (control level): Nhiệm vụ cấp điều khiển nhận thông tin từ cảm biến, xử lí thơng tin theo thuật tốn định truyền đạt lại kết xuống chấp hành Khi cịn điều khiển thủ cơng, nhiệm vụ người đứng máy trực tiếp đảm nhận qua việc theo dõi công cụ đo lường, sử dụng kiến thức kinh nghiệm để thực thao tác cần thiết ấn nút đóng/ mở van, điều chỉnh cần gạt, núm xoay… Trong hệ thống điều khiển tự động, việc thực thủ công nhiệm vụ thay máy tính Do đặc tính bật cấp điều khiển xử lí thơng tin, khái niệm cấp xử lí ( process level) hay dùng Tuy nhiên, khái niệm không xác đáng hệ thống đại, việc xử lí thơng tin khơng phải độc quyền cấp Như nêu trên, thiết bị thơng minh cấp cảm biến/ chấp hành đảm nhận phần việc Ngoài ra, việc thực chức cấp bên trên, dù dạng hay dạng khác mang chất xử lý thông tin Cấp điều khiển cấp chấp hành hay gọi chung cấp trường( field level) điều khiển, cảm biến chấp hành cài đặt trực tiếp trường, gần kề với hệ thống kỹ thuật + Cấp điều hành(operation level): Điều hành trình có nghĩa đen là: “điều khiển” “vận hành” trình kỹ thuật Khi đa số chức đo lường điều khiển, điều chỉnh, bảo toàn hệ thống cấp sở thực hiện, nhiệm vụ cấp điều hành trình hỗ trợ người sử dụng việc cài đặt ứng dụng, thao tác, theo dõi, giám sát vận hành xử lý tình bất thường Ngồi ra, số trường hợp, cấp thực toán điều khiển cao cấp điều khiển phối hợp, điều khiển khởi động/ dừng điều khiển theo cơng thức (ví dụ chế biến dược phẩm, hoá chất) Khác với cấp dưới, việc thực chức cấp điều hành trình thường khơng địi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệt có giao diện mạng ngồi máy tính điều hành Gần đây, nhu cầu tự động hoá tổng thể kể cấp sản xuất quản lý cơng ty, việc tích hợp hệ thống loại bỏ cấp trung gian không cần thiết mô hình chức trở nên cần thiết Cũng lí này, ranh giới cấp điều hành trình điều hành sản xuất nhiều khơng rõ ràng, hình thành xu hướng hội nhập hai cấp thành cấp nhất, gọi chung cấp điều hành 1.2 Thơng tin, tín hiệu liệu 1.2.1 Các khái niệm Thông tin Là thước đo mức nhận thức, hiểu biết vấn đề, kiện hệ thống Là phản ánh mang tính hướng đích, thể quan tâm người nhận, vật khách quan nhận biết người Một tin đó, hệ thống quan tâm sử dụng thơng tin người đó, hệ thống Thơng tin loại trừ tính bất định Tin tức Là phản ánh vật khách quan nhận biết người Tin tức “mới mẻ” độ tin cậy Một hệ thống xử lý thông tin hệ thống truyền thông hệ kỹ thuật quan tâm đến đầu vào thông tin Dữ liệu Thông tin đại lượng trừu tượng, thơng tin biểu diễn lưu trữ nhiểu hình thức khác hình ảnh, âm đặc biệt thơng tin tập hợp lưu trữ cấu trúc định gọi liệu Đối với máy tính hay hệ thông tin công nghiệp liệu thông tin ‘ số lượng hố’ để xử lý lưu trữ máy tính Nói ngữ cảnh cấu trúc điện, liệu phần thơng tin hữu ích biểu diễn bít 0,1 theo luật định Trong thực tế, khái niệm xử lý thơng tin, xử lý tín hiệu, truyền tải thông tin, hay truyền tải liệu dùng với ý nghĩa tương tự Cần phân biệt rõ thông tin liệu Hai tập tin khác nhờ cách mã hố khác mô tả nội dung tin, ngược lại hai tập tin giống mang thơng tin khác tuỳ theo cách mô tả Lượng thông tin Thơng tin loại bỏ tính bất định Mức độ xố bỏ tính bất định ( giá trị nguồn tin) gọi lượng thơng tin Với liệu biểu diễn để xử lý máy tính lượng thơng tin đo đơn vị bit Tín hiệu Việc trao đổi thông tin người với người, người với máy, trao đổi liệu máy với máy thực nhờ tín hiệu Tín hiệu diễn biến đại lượng vật lý chứa tham số thơng tin, liệu truyền dẫn Trong kỹ thuật loại tín hiệu thường dùng Điện, quang, khí nén, thuỷ lực, điện từ Các tham số tín hiệu + Biên độ (dịng, áp, cường độ sáng, áp suất ) + Tần số (nhịp xung, kiểu xung, độ rộng xung ) + Pha Phân loại tín hiệu Để phân loại tín hiệu ta dựa vào tập hợp giá trị tham số thông tin dựa theo diễn biến thời gian + Tín hiệu tương tự: Tham số thơng tin có giá trị khoảng thời gian xét + Tín hiệu số: Là dạng tín hiệu có tập giá trị xác định hữu hạn + Tín hiệu liên tục : Là tín hiệu có ý nghĩa thời điểm khoảng thời gian mà ta quan tâm Một tín hiệu liên tục hàm liên tục thời gian khoảng xác định + Tín hiệu gián đoạn: Tín hiệu có nghĩa thời điểm định + Ngồi cịn có tín hiệu tiền định, tín hiệu ngẫu nhiên, tín hiệu tuần hồn, khơng tuần hồn 1.2.2 Các tham số thông tin Tốc độ truyền, tốc độ bit Tốc độ truyền hay tốc độ bit tính số bit liệu truyền tải 1s (Baud,bps) V=f * n với v: tốc độ bit f tần số xung nhịp n số bit truyền nhip Tốc độ truyền tin tổng thể nhỏ tốc độ truyền tin hữu ích, Trong thực tế tốc độ truyền thơng tin hữu ích khó xác định cách xác Thời gian bit, chu kỳ bit Thời gian bit thời gian trung bình cần thiết để truyền bit (là nghịch đảo tốc độ truyền tải) TB  v Thời gian lan truyền tín hiệu Là thời gian cần thiết để tín hiệu phát từ đầu dây lan truyền tới đầu dây khác, phụ thuộc vào chiều dài cấu tạo dây dẫn Ts  l K C Ts: Thời gian lan truyền tín hiệu l: Chiều dài dây dẫn C: Tốc độ ánh sáng 300.000 km/s K: hệ số giảm tốc độ Tính thời gian thực Một hệ thống bus có tính thời gian thực hệ có + Độ nhạy: Tốc độ truyền thơng phải đủ nhanh để đáp ứng yêu cầu trao đổi liệu giải pháp cụ thể + Tính tiền định: Dự đoán đượcthời gian phản ứng tiêu biểu thời gian phản ứng chậm trạm Độ tin cậy: Đảm bảo tổng thời gian cần cho việc vận chuyển liệu cách tin cậy hai trạm +Tính bền vững: Có khả xử lý cố cách thích hợp, nhanh chóng 1.3 Xử lý tín hiệu, phép biến đổi tín hiệu 1.3.1 Mã hố giải mã Q trình mã hố nhằm biến đổi nguồn thông tin (dữ liệu) cần trao đổi sang chuỗi tín hiệu thích hợp để truyền dẫn bảo mật Yêu cầu mã hoá Trong hệ thống truyền tin thường chịu tác động nhiễu thơng tin qúa trình truyền dẫn bị biến đổi gây lỗi thơng tin Để tìm lỗi khắc phục người ta cần dùng đến phương pháp mã hố nguồn tin Đối tác truyền thơng Đối tác truyền thơng Mã hố Giải mã Hệ thống truyền dẫn tín hiệu Mã hố Giải mã Hình1.3 Sơ đồ hệ truyền thơng Mã hố nguồn: Dữ liệu mang thông tin thực dụng (dữ liệu nguồn) bổ xung thông tin phụ trợ cần thiết cho việc truyền dẫn ( địa bên gửi bên nhận, kiểu liệu, thơng tin kiểm lỗi ) Ngồi trước gửi liệu phân chia thành gói nhỏ để phù hợp với phương thức truyền Trong kỹ thuật mã hố nguồn có giai đoạn + Mã hoá phần mềm : Áp dụng hệ thống thơng tin cơng nghiệp có sử dụng đến kỹ thuật truyền liệu máy tính + Mã hoá thiết bị phần cứng Mã hố đường truyền Là qúa trình tạo tín hiệu tương ứng với thơng tin gói liệu theo phương pháp định để phù hợp với đường truyền kỹ thuật truyền Trong truyền thông công nghiệp mã hoá đường truyền đồng nghĩa với mã hoá bit Trong hệ thống thơng tin khác mã hố đường truyền cịn bao gồm điều biến tín hiệu dồn kênh Khi tín hiệu truyền tải đi, để phân biệt giới hạn bit liệu nối tiếp người ta sử dụng phương pháp đồng hố Giải mã Là q trình ngược lại với qúa trình mã hố Tức chuyển đổi tín hiệu nhận thành dãy bit tương ứng, sau loại bỏ thơng tin bổ sung để tái tạo thông tin nguồn 1.3.2 Điều biến điều chế tín hiệu Điều chế tín hiệu qúa trình tạo tín hiệu trực tiếp mang tham số thơng tin( thể qua biên độ, tần số, pha ) Điều chế tín hiệu thường thấy chuyển đổi A/D, D/A tạo xung Điều biến tín hiệu qúa trình dùng tín hiệu mang thơng tin để điều khiển, biến đổi tham số thích hợp tín hiệu thứ hai( tín hiệu mang) Nó ứng dụng để thực phương pháp dồn kênh, phân chia tần số tránh nhiễu 1.3.3 Chế độ truyền tải Chế độ truyền tải phương thức bit liệu truyền đối tác truyền thông Các phương pháp truyền tải + Truyền song song, truyền nối tiếp + Truyền đồng bộ, không đồng + Truyền chiều, hai chiều gián đoạn, hai chiều toàn phần + Truyền tải dải sở, truyền tải dải mang, truyền tải dải rộng Truyền song song, nối tiếp Truyền song song dùng phổ biến bus nội máy tính,PLC bus địa chỉ, bus điều khiển Đặc điểm: Tốc độ truyền dẫn phụ thuộc vào số kênh dẫn Yêu cầu tính đồng hoá truyền khoảng cách nhỏ, tốc độ xung nhịp vừa phải Truyền nối tiếp:Dùng phổ biến truyền thông công nghiệp Khoảng cách truyền xa Thực đơn giản, độ tin cậy cao Tốc độ xung nhịp cao Truyền đồng bộ, không đồng Trong chế độ đồng đối tác truyền thông làm việc theo nhịp, tần số độ lệch pha cố định Một trạm có vai trò tạo nhịp truyền nhịp đến trạm khác thông qua đường dẫn riêng Với chế độ truyền không đồng bên gửi bên nhận không làm việc theo nhịp chung Dữ liệu trao đổi thường chia thành nhóm7-8bit Các bit chuyển vào thời điểm khơng cố định cần có thêm tín hiệu Start, Stop Truyền chiều,hai chiều gián đoạn, chiều toàn phần Trong chế độ truyền chiều trạm chuyên nhận liệu trạm chun phát tín hiệu Thơng tin theo chiều cố định Trong mạng công nghiệp phù hợp với kiểu liên kết điểm-điểm Ví dụ: hệ thống truyền thanh, truyền hình Chế độ truyền hai chiều gián đoạn cho phép trạm gửi nhận thơng tin Tuy nhiên thời điểm có trạm phát, trạm cịn lại chế độ thu Với cấu hình khơng phức tạp đạt tốc độ truyền tương đối cao, thích hợp với kiểu liên kết điểm-nhiều điểm (Cấu trúc bus) Chế độ truyền yêu cầu phải có phương pháp phân chia thời gian để tránh xung đột Khi trạm phát tất trạm khác chế độ thu Chế độ hai chiều tồn phần, trạm gửi nhận thông tin lúc Chế độ yêu cầu sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho thu phát Nó phù hợp với kiểu liên kết điểm-điểm Truyền tải dải sở Tín hiệu truyền nằm dải tần tương đối hẹp gọi dải tần sở Tại thời điểm có kênh thơng tin truyền, tốc độ truyền tải bị hạn chế phương pháp tin cậy dễ thực Truyền tải dải mang Trong số trường hợp truyền tải dải tần sở khơng phù hợp gây nhiễu cho thiết bị xung quanh bị thiết bị xung quanh gây nhiễu Để khắc phục người ta dùng tín hiệu cần truyền tải để điều chế tần số, biên độ, pha tín hiệu khác có tần số lớn nhiều so với tần số nhịp gọi tín hiệu mang Bên nhận thực q trình ngược lại để nhận thơng tin Truyền tải dải rộng Để tăng hiệu suất truyền thơng người ta kết hợp tín hiệu cần truyền có tần số khác theo cách thức định sau đưa vào điều chế tín hiệu mang có dải tần rộng truyền Bên nhận tiến hành trình ngược lại để tách tín hiệu cần thiết Đây kỹ thuật dồn kênh, phân tần truyền tải thông tin Phương thức thực rộng rãi viễn thông Trong truyền thơng cơng nghiệp khơng có vai trị rõ rệt giá thành, tính thời gian thực… 1.4 Kênh liên lạc đặc tính chúng Phổ tần Mọi truyền dẫn vơ tuyến sử dụng sóng điện từ phát sinh từ dòng điện xoay chiều chạy qua anten Tần số dao động biến đổi từ hz tới hàng tỉ Hz toàn dải tần số gọi phổ tần Băng tần Phổ tần số chia thành nhóm lớn gọi băng tần, băng tần có tên mơ tả VD VHF, UHF Dải thơng Kích cỡ băng tần xác định dải thông ( độ rộng dải, band width ) hiệu số tần số cao tần số thấp băng tần Kênh liên lạc Để thực phiên truyền thông hai đối tác cần đường truyền thông với khoảng tần số định, đường truyền gọi kênh liên lạc Trong kỹ thuật viễn thông kỹ thuật thông tin cơng nghiệp thời điểm xảy nhiều phiên truyền thông đối tác khác cần phải có nhiều kênh liên lạc khác Đặc điểm kênh liên lạc Mỗi kênh liên lạc có dải thơng cố định cho trước thoả mãn nhu cầu truyền thông Kênh liên lạc kênh truyền hữu tuyến, kênh truyền vơ tuyến cáp quang 1.4.1 Kênh truyền hữu tuyến Kênh truyền hữu tuyến thường sử dụng cáp đôi dây xoắn, cáp đồng trục cáp trần Tần số làm việc Cáp trần 3-300 Khz Cáp đôi dây xoắn 12-268 Khz Cáp đồng trục 0,006-60Mhz Ví dụ Hãng Bell sử dụng đường truyền Bảng 1.2 Thông số cáp viễn thông Năm Loại dây Số kênh thoại Khoảng cách Tần số 1938 Cáp trần 12 80km 36-143Khz 1962 Cáp xoắn 24 1,6km 172-268Khz 1941 Cáp đồng trục 600 12,8 6khz-2,79M Đặc điểm Băng thông hẹp, tốc độ truyền thấp, khoảng cách truyền gần Bảng 1.3 Cáp dùng công nghiệp Loại dây Khoảng cách Tốc độ truyền Cáp xoắn Km Đến Mhz Cáp đồng trục Km Đến Mhz 1.4.2 Kênh truyền vô tuyến Dải tần dùng cho truyền vô tuyến rộng từ vài trăm Hz đến Thz Khoảng cách truyền thông phụ thuộc vào tần số truyền công suất đài phát Kênh truyền vô tuyến chia thành băng tần Ví dụ Mạng thơng tin di động Mỹ Các nhà cung cấp dịch vụ phân bổ 25 Mhz dải tần 800Mhz với phân bố họ chia làm 832 kênh thoại kênh có độ rộng 30Khz 1.4.3 Kênh truyền cáp quang Bước sóng truyền thơng 0,82-1,3m Ví dụ hãng AT&T năm 1987 đưa vào sử dụng truyền thông cáp quang với số kênh 24192 tốc độ 1668 Mbit/s khoảng cách 46,4 Km bước sóng 1,3m Trong truyền thơng công nghiệp thường truyền với khoảng cách nhỏ vài km nên có Tốc độ truyền*khoảng cách =1 Gbit.Km sợi đa mode =100 Gbit.Km sợi đơn mode 1.4.4 Hệ thống thông tin di động qua vệ tinh MSS (Mobile satellite System) Đặc điểm Giá ổn định, độ rộng băng tần lớn, tỉ lệ lỗi thấp, vùng phủ sóng rộng Chi phí cho đường truyền dẫn khảng cách trạm phát thu Chi phí ban đầu cho việc thiết lậpdịch vụ vệ tinh di động cao Giá ước tính riêng vệ tinh vào khoảng 10-20 triệu USD Các hệ thống vệ tinh cung cấp kênh liên lạc có dải thơng biến đổi phạm vi 5Khz tới 10 Mhz Thông thường liệu truyền kênh vệ tinh 5Khz với tốc độ 2,4Kbit/s Tuy nhiên dải thông cao cho phép dung lượng lớn có chế sửa sai tinh vi nhờ khối liệu lớn truyền với tỉ lệ lỗi thấp CÁc vệ tinh có vùng phủ sóng rộng chúng nằm khoảng châu lục (34% bề mặt trái đất) hay có vùng phủ sóng nhỏ tuỳ thuộc vào quỹ dạo vệ tinh Đối với vệ tinh số dịch vụ khó chấp nhận độ trễ truyền thơng, thời gian trễ lên tới 0,25s cho chặng (từ mặt đất đến vệ tinh hay từ vệ tinh mặt đất) Thời gian trễ ảnh hưởng đáng kể đến lưu lượng thoại nhiên thời gian trễ không ảnh hưởng tới truyền liệu Tín hiệu từ vệ tinh quỹ đạo cao thường yếu quỹ đạo tầm thấp, muốn thu phải có anten thích hợp điều làm cho thiết bị cầm tay không liên lạc trực tiếp tới vệ tinh Các thành phần hệ thống vệ tinh Các thành phần hệ thống vệ tinh có phần vệ tinh, trạm mặt đất thiết bị sử dụng đầu cuối Phần vệ tinh Vệ tinh thực chất trạm chuyển tiếp trời chúng chứa thiết bị thu nhận tín hiệu từ mặt đất, khuếch đại tín hiệu chuyển đổi chúng sang tần số khác phát trở trái đất Thiết bị thực trình gọi phát đáp Tuỳ loại vệ tinh có 12 đến 48 phát đáp Các thiết bị khác vệ tinh cung cấp chức lượng, điều hồ mơi trường quản lý trạm Năng lượng thông thường dùng cho vệ tinh pin mặt trời nguồn pin dự phòng Trong số hệ thống nhu cầu điện tiêu tốn tới 250w cho kênh thoại Điều có nghĩa số trường hợp phải có nguồn cấp điện với khả 500Kw, lượng điện lớn lượng điện cần để cung cấp cho thị trấn nhỏ Vệ tinh không gian cần giữ cho không chao đảo Các anten cần giữ vị trí tương đối ổn định để đảm bảo hiệu suất truyền thông Sự ổn định thực nhờ phương pháp ổn định trục toạ độ Các panel pin măt trời có cấu tạo cánh việc dùng để thu lượng mặt trời tham gia vào việc giữ ổn định Quỹ đạo ấn định vệ tinh cần trì phạm vi 0.1 o Ngay ổn định hố vệ tinh có xu hướng trơi mức độ đó, nhằm điều chỉnh chệch hướng ống khí nhỏ đốt theo chu kỳ để dịch chuyển vệ tinh quỹ đạo Thời gian sử dụng vệ tinh bị phụ thuộc nhiên liệu ống 10  Dạng đối tượng thành phần: Một đối tượng thành phần thực thơng qua thư viện liên kết động, ví dụ DLL (Dynamic Link Library) chương trình server, cho phép sử dụng nhiều ngơn ngữ lập trình khác Tốt đối tượng thành phần thực theo mơ hình chuẩn quốc tế hay chuẩn cơng nghiệp Hai mơ hình đối tượng thành phần cho ứng dụng phân tán sử dụng rộng rãi CORBA (Common Object Request Broker Architecture) chuẩn hoá quốc tế tổ chức OMG (Object Management Group) chuẩn Microsoft DCOM (Distributed Component Object Model) OPC chuẩn cơng nghiệp dựa mơ hình DCOM có ý nghĩa quan trọng lĩnh vực tự động hố cơng nghiệp 3.3 Thiết bị liên kết mạng Trong mạng máy tính hay mạng cơng nghiệp đơi cần ghép nối hai đoạn mạng có cấu trúc khác nhau, sử dụng giao thức khác nhau, vấn đề đặt cần có thiết bị ghép nối hai đoạn mạng mà không cần thiết lập lại giao thức truyền thông Tuỳ thuộc vào khác hai đoạn mạng cần liên kết chọn thiết bị liên kết Repeater, Bridge, Router, Gateway 3.3.1 Bộ lặp (Repeater) Tín hiệu truyền từ trạm đến trạm khác đoạn mạng bị suy hao biến dạng trình truyền dẫn Mức độ suy hao phụ thuộc vào cấu trúc mạng, đặc tính đường truyền, có liên quan chặt chẽ tốc độ truyền thông chiều dài dây dẫn, để đảm bảo yêu cầu truyền thông chuẩn truyền dẫn quy định chặt chẽ đặc tính điện học thiết bị ghép nối.Như đoạn mạng bị ràng buộc chiều dài dây dẫn số trạm phép tham gia, Để mở rộng khoảng cách truyền thông tăng số trạm tham gia truyền thông cần sử dụng thiết bị có khả Bộ lặp thiết bị có nhiệm vụ chép khuếch đại phục hồi tín hiệu đường truyền Đặc điểm Hai đoạn mạng liên kết với qua lặp phải giống hoàn toàn lớp giao thức cấu trúc vật lý, nhiệm vụ lặp đơn giản phục hồi tín hiệu đường truyền để tăng khoảng cách truyền thông hay tăng số trạm mạng, khơng có khả xử lý giao thức Về mặt logic đoạn mạng thuộc mạng nhất, trạm có địa riêng biệt với cách thức đánh địa chỉ, số lặp cho phép tối đa cấp mạng không gian đánh địa giao thức mạng hạn chế yêu cầu thời gian thực hệ thống Một lặp khơng có địa riêng, không tham gia vào hoạt động giao tiếp coi trạm hay thành viên mạng Profibus Segment Repeater Profibus Segment 86 3.3.2 Cầu nối (bridge) Là thiết bị dùng để kết nối hai đoạn mạng có cấu trúc khác từ phần lớp giao thức số Nhiệm vụ cầu nối giải vấn đề điều khiển truy nhập môi trường MAC, yêu cầu chức lớp LLC không bị thay đổi Cầu nối sử dụng để ghép nối mạng có mơi trường truyền dẫn khác ví dụ cáp đồng trục cáp quang, kết nối mạng có phương pháp truy nhập bus khác ví dụ Token Ring Ethernet Đối chiếu theo mơ hình OSI cầu nối làm việc sở lớp LLC, tức phần lớp số Nó thực giao thức phía hai lớp cho hai phía mạng để chuyển đổi điện qua lại Cầu nối khơng có địa mạng riêng Bridge LLC MAC MAC Cáp quang Cáp xoắn 3.3.3 Router Router có nhiệm vụ liên kết hai đoạn mạng với sở giao thức lớp số theo mơ hình quy chiếu OSI Các đoạn mạng liên kết khác lớp số phải giống từ phân lớp số Mỗi đoạn mạng có khơng gian địa riêng cho trạm có địa riêng cho mạng nghĩa hai trạm hai mạng khác có địa nhiên giao tiếp chúng phân biệt với qua địa mạng Điểm đặc biệt router có địa riêng tương ứng với đoạn mạng, router liên kết n đoạn mạng có n địa chỉ, trạm đoạn mạng nhìn thấy địa router Router có hai nhiệm vụ : Chọn đường (Routing) chuyển tiếp (relaying) Mỗi điện gửi có địa trạm gửi, địa trạm nhận số thành phần miêu tả địa mạng mà điện cần qua Mỗi qua nút mạng router thực nhiệm vụ tìm đường tối ưu (routing) cho điện cách thay đổi thành phần liên quan mã địa sau chuyển tiếp điện đường truyền đến đoạn mạng tương ứng (relaying) Việc tìm đường tối ưu phụ thuộc vào thuật toán cho trước theo yêu cầu cụ thể thường cho sẵn dạng bảng chứa thông số cần thiết mạng tham gia.Tiêu chuẩn tối ưu phụ thuộc vào mạng ví dụ tối ưu thời gian, tối ưu đường Router X25 Token Ring 87 3.3.4 Gateway Gateway sử dụng để kết nối hai hệ thống mạng khác ( Các hệ thống bus khác nhau) Nhiệm vụ gateway chuyển đổi giao thức cấp cao, thường thực thành phần phần mềm Như Gateway thường thiết bị đặc biệt mà máy tính với phần mềm chuyển đổi cần thiết Router Profibus 7 6 Can 3.4 Chuẩn giao tiếp công nghiệp Chuẩn MMS 3.4.1 MMS (Manufactoring Message Specification) chuẩn quốc tế cho việc xây dựng lớp ứng dụng theo mơ hình quy chiếu OSI Về bản, MMS quy định tập hợp dịch vụ chuẩn cho việc trao đổi liệu thời gian thực thông tin điều khiển giám sát Các dịch vụ giao thức tương ứng chuẩn hoá ISO/IEC 9506 Chuẩn MMS có xuất xứ từ MAP (Manufactoring Automation Protocol), giao thức hãng General Motors khởi xướng phát triển vào đầu năm 80 Mặc dù, MAP không trở thành giao thức truyền thông thống cho cơng nghiệp tự động hố, tác động có tính chất định hướng tới phát triển sau Trên sở MAP, dịch vụ truyền thông định nghĩa MMS tạo sở quan trọng việc xây dựng lớp ứng dụng nhiều hệ thống bus trường Một số ví dụ FMS (Fieldbus Message Specificatio) PROFIBUS, PMS (Peripheral Message Specificatio) Interbu, MPS (Manufactoring Periodic/aperiodic Services) WorldFIP RAC (Remote Access Control) Bitbus tập dịch vụ MMS Các dịch vụ định nghĩa MMS có tính chất thơng dụng đa dạng thích hợp với nhiều loại thiết bị, nhiều ứng dụng ngành cơng nghiệp khác Ví dụ, dịch vụ Read cho phép chương trình ứng dụng thiết bị đọc nhiều biến lúc từ chương trình ứng dụng thiết bị khác Bất kể thiết bị PLC hay robot, chương trình điều khiển tự động hay chương trình điều khiển giám sát, dịch vụ thông báo MMS Về bản, MMS định nghĩa:  Hơn 80 dịch vụ truyền thông thông dụng cho hệ thống bus, có kiểm soát đường nối, truy nhập biến, điều khiển kiện, cài đặt can thiệp chương trình  Một giao thức quy định cấu trúc liệu cho việc chuyển giao tham số dịch vụ  Mơ hình số đối tượng “ảo”, đại diện cho đối tượng vật lý (máy móc, robot …)  Một chế Client/Server quan hệ đối tác truyền thơng Chuẩn ISO/IEC 9506 bao gồm hai phần sau: 88  Phần 1: Đặc tả dịch vụ, định nghĩa mơ hình thiết bị sản xuất ảo VMD (Virtual Manufactoring Device), dịch vụ trao đổi nút mạng, thuộc tính tham số tương ứng với VMD dịch vụ  Phần 2: Đặc tả giao thức, định nghĩa trình tự thơng báo gửi mạng, cấu trúc kiểu mã hoá thông báo, tương tác MMS với lớp khác mơ hình OSI, MMS sử dụng chuẩn lớp biểu diễn liệu ASN.1 (Abstract Notation Number One – ISO 8824) để đặc tả cấu trúc thông báo Ngồi ra, bón phần phụ – gọi chuẩn kèm (Companion Standard) - mở rộng phần cốt lõi nhẵm thích ứng cho lĩnh vực ứng dụng điều khiển khác Robot Control (phần 3), Numeric Control (Phần 4), Programmable Controler (Phần 5) Process Control (Phần 6) Một điểm đặc trưng MMS mơ hình đối tượng VMD Trên quan điểm hướng đối tượng, mơ hình VMD cho phép thiết bị đóng vai trị server, cung cấp dịch vụ cho client thông qua đối tượng ảo Các đối tượng ảo đại diện cho đối tượng khác hệ thống kỹ thuật, có biến, chương trình, kiện v.v… Mỗi chương trình ứng dụng đồng thời đóng vai trị server client Mơ hình VMD định nghĩa đối tượng sau:  VDM: Bản thân VDM coi đối tượng hợp thành từ đối tượng khác, đại diện cho toàn thiết bị  Domain: Đại diện phần nhớ liên kết VMD, ví dụ phần nhớ cho chương trình nạp xuống (download) nạp lên (upload)  Program Invocation: Một chương trình chạy nhớ hợp thành nhiều domain  Variable: Một biến liệu có kiểu (ví dụ số nguyên, số thực dấu phảy động, mảng)  Kiểu: Mô tả cấu trúc ý nghĩa liệu chứa biến  Named Variable List: Một danh sách nhiều biến có tên  Demaphore: Một đối tượng dùng để kiểm soát việc truy nhập cạnh tranh tài nguyên chung (Ví dụ nhớ, CPU, cổng vào/ra)  Operator Station: Một trạm có hình bàn phím dùng cho thao tác viên vận hành trình  Event Condition: Một đối tượng đại diện cho trạng thái kiện  Event Action: Một đối tượng đại diện hành động thực trạng thái kiện thay đổi  Event Enrollment: Một đối tượng đại diện cho chương trình ứng dụng mạng thông báo trạng thái kiện thay đổi  Journal: Một đối tượng ghi lại diễn biến kiện biến theo thời gian  File: Một file trạm server  Transaction: Đại diện yêu cầu dịch vụ MMS riêng biệt Các loại dịch vụ tương ứng với đối tượng giới thiệu tóm tắt Bảng 4.1 Bảng 3.1 Nhóm dịch vụ Tổng quan dịch vụ MMS Mơ tả tóm tắc dịch vụ Ví dụ 89 Enviroment and General Khởi tảo/ kết thúc Management Services quan hệ truyền thông VMD Support Services Domain Services Initiate Abort Thông tin trạng thái thiết bị ảo, đặc tính, thơng số đối tượng Status UnsolicitedStatus Identity Management Tạo lập, nạp lên/ nạp xuống xoá Domain - InitiateDownloadSequence DownloadSegment - InitiateUploadSequence - UpoadSegment - RequestDomainDownload - RequestDomainUpoad Program Invocation Tạo lập, xoá kiểm soát Management Services Program Invocation - CreateProgramInvocation Start - Resume Variable Access Services Stop Reset Truy nhập biến VMD - Read Write Semaphore Management Đồng hoá việc truy Services nhập cạnh tranh tài nguyên VMD - DefineSemaphore Operator Communication Hỗ trợ việc giao tiếp với Services trạm thao tác - Input Event Services Management Xử lý kiện, cố Output AlterEventCondition Monitoring - 3.4.2 ReportSemaphoreStatus - Journal Services DeleteSemaphore Management Ghi biên kiện thông tin - EvenNotification AcknowledgeEvent Notification InitiateJournal ReportJournalStatus Chuẩn IEC 61131-5 Mơ hình giao tiếp mạng Đối tượng chuẩn IEC 61131-5 dịch vụ PC thực hiện, dịch vụ PC yêu cầu từ thiết bị khác, thể qua hàm/khối hàm sử dụng lập trình với IEC 61131-5 Phạm vi chuẩn bị bó hẹp cấp điều khiển cấp trường 90 Máy tính ĐKGS Client Hệ thống mạng truyền thơng Client Các thiết bị khác có giao tiếp với PLC Client Server PLC2 PLC1 Máy móc q trình kỹ thuật Hình 3.13 Mơ hình giao tiếp mạng theo IEC 61131 Dịch vụ giao tiếp Thông tin trạng thái thị cố thành phần:  Bộ điều khiển (tổng thể)  Vào/ra  Bộ xử lý trung tâm  Cung cấp nguồn  Bộ nhớ  Hệ thống truyền thông Lưu ý rằng, status cung cấp thông tin trạng thái điều khiển thành phần phần cứng, phầm rắn nó, khơng quan tâm tới thơng tin cấu hình Dữ liệu trạng thái khơng cung cấp thơng tin q trình điều khiển chương trình ứng dụng PC Các hàm ứng dụng liệt kê bảng Tuy nhiên, điều khiển không bắt buộc phải cung cấp tất dịch vụ Bảng 3.2 Các hàm giao tiếp cho PLC STT Các hàm giao tiếp cho PLC PLC yêu cầu PLC Khối hàm đáp ứng có sẵn Kiểm tra thiết bị X X X Thu nhập liệu X X X Điều khiển X X X Đồng hố chương trình ứng dụng X X X Báo động X X 91 Thực chương trình điều khiển vào/ra X Truyền nạp chương trình ứng dụng X Quản lý nối X X X Bảng 3.3 Các khối hàm giao tiếp (CFB) STT Chức Tên khối hàm hàm Định địa biến từ xa REMOTE_VAR Kiểm tra thiết bị STATUS, USTATUS Thu nhập liệu kiểu hỏi READ Thu nhập liệu kiểu lập trình USEND URCV Điều khiển tham số WRITE, Điều khiển liên động SEND, RCV Báo động lập trình 10 11 NOTIFY, ALARM Quản lý nối 12 CONNECT Lưu ý: Các khối hàm UXXX thể hiển hàm dịch vụ không cần yêu cầu (Unsolicited Services) Kiểm tra thiết bị Các khối hàm STATUS USTATUS hỗ trợ việc Bộ điều khiển kiểm tra trạng thái thiết bị tự động hoá khác Thu thập liệu Dữ liệu thiết bị khác biểu diện qua biến Có hai phương pháp để Bộ điều khiển truy nhập liệu sử dụng CFB  Hỏi (Polled): Bộ điều khiển sử dụng khối hàm READ để đọc giá trị nhiều biến thời điểm chương trình ứng dụng Bộ điều khiển xác định Việc truy nhập biến thiết bị kiểm sốt  Lập trình: Thời điểm liệu cung cấp cho Bộ liệu định thiết bị khác Các khối URCV/USEND sử dụng chương trình ứng dụng Bộ điều khiển để nhận liệu từ gửi liệu đến thiết bị khác Điều khiển Hai phương pháp điều khiển cần Bộ điều khiển hỗ trợ: điều khiển tham số (Parametric) điều khiển khoá liên động (Interlocked)  Điều khiển tham số: Họat động thiết bị điều khiển cách thay đổi tham số chugn Bộ điều khiển sử dụng khối WRITE để thực họat động từ chương trình ứng dụng 92  Điều khiển khoá liên động: Một Client yêu cầu Server thực phép tốn ứng dụng thơng báo kết cho Client Bộ điều khiển sử dụng khối SEND RCV để thực vai trò Client Server Báo động Bộ điều khiển gửi báo động tới Client kiện xảy Client thơng báo lại xác nhận tới Bộ điều khiển Bộ điều khiển khối hàm ALARM NOTIFY chương trình ứng dụng để phát thông báo cần xác nhận không cần xác nhận Quản lý mối liên kết Các chương trình ứng dụng Bộ điều khiển sử dụng khối CONNECT để quản lý mối liên kết 3.4.3 OPC (OLE for Proces Control) Giới thiệu chung Tiến hệ thống bus trường với phổ biến thiết bị cần trường thông minh hai yếu tố định tới chuyển hướng sang cấu trúc phân tán giải pháp tự động hoá Sự phân tán hoá mặt mang lại nhiều ưu so với cấu trúc xử lý thông tin tập trung cổ điển, độ tin cậy tính linh hoạt hệ thống, mặt khác tạo hàng loạt thách thức cho giới sản xuất cho người sử dụng Một vấn đề thường gặp phải việc tích hợp hệ thống Tích hợp theo chiều ngang địi hỏi khả tương tác thiết bị tự động hoá nhiều nhà sản xuất khác Bên cạnh đó, tích hợp theo chiều dọc địi hỏi khả kết nối ứng dụng sở đo lường, điều khiển với ứng dụng cao cấp điều khiển giám sát thu thập liệu (Supervisory Control And Data Acquisitio, SCADA), giao diện người – máy (Human – Machine Interface, HMI) hệ thống điều hành sản xuất (Manufactoring Execution System, MES) Việc sử dụng chuẩn giao diện trở thành điều kiện tiên Tiêu biểu cho hướng chuẩn OPC, chấp nhận rộng rãi ứng dụng tự động hố q trình cơng nghiệp Dựa mơ hình đối tượng thành phần (D)COM hãng Microsoft, OPC định nghĩa thêm số giao diện cho khai thác liệu từ trình kỹ thuật tạo sở cho việc xây dựng ứng dụng điều khiển phân tán mà không phụ phụ thuộc vào mạng công nghiệp cụ thể Trong thời điểm nay, OPC COM thực Windows, song có nhiều cố gắng để phổ biến sang hệ điều hành thơng dụng khác Chính OPC xây dựng sở mơ hình thành phần COM, nên sử dụng qua nhiều phương pháp khác nhau, nhiều ngơn ngữ lập trình khác Để khai thác cách thật hiệu dịch vụ OPC, người lập trình phải hiểu rõ công nghệ hướng đối tượng phần mềm thành phần nói chung COM nói riêng Tổng quan kiến trúc OPC OPC xây dựng dựa ý tưởng ứng dụng cơng nghệ COM nhằm đơn giản hố, chuẩn hoá việc khai thác liệu từ thiết bị cận trường thiết bị điều khiển, tương tự việc khai thác hệ thống sở liệu thông thường Giống COM, OPC không quy định việc thực khai thác cụ thể, mà định nghĩa số giao diện chuẩn Thay cho việc dùng C/C++ dùng để định nghĩa giao diện lập trình thông thường, ngôn ngữ dùng (gọi Interface Definition Language hay IDL) không phụ thuộc vào cài đặt hay ngơn ngữ lập trình 93 Automation Interface OPC Server OPC Group - Item - Item C++, Java, Delphi, … Custom Interface Các thiết bị tự động hoá Visual Basic, VB Scripts Hình 3.14 Kiến trúc sơ lược OPC Như minh hoạ hình 3.14, hai kiểu đối tượng thành phần quan trọng kiến trúc OPC OPC-Server OPC-Group Trong OPC-Server có nhiệm vụ quản lý toàn việc sử dụng khai thác liệu, đối tượng OPC-Group có chức tổ chức phần tử liệu (Item) thành nhóm để tiện cho việc truy nhập Thông thường, Item ứng với biến trình kỹ thuật hay thiết bị điều khiển Chuẩn OPC quy định hai kiểu giao diện Custom Interface (OPC Taskforce, 1998b) Automation Interface (OPC Taskforce, 1998c)10 Kiểu thứ bao gồm số giao diện theo mơ hình COM t, cịn kiểu thứ hai dựa công nghệ mở rộng OLE – Automation Sự khác hai kiểu giao diện khơng nằm mơ hình đối tượng, ngơn ngữ lập trình hỗ trợ mà cịn tính năng, hiệu suất sử dụng Ví dụ minh hoạ: PC-Based Control Để minh hoạ cho việc phân tích đây, ta lấy ví dụ hệ thống điều khiển giám sát phân tán sử dụng máy tính cá nhân PC (hình 1) Trạm quan sát thao tác (giao diện người – máy HMI) máy tính điều khiển cài đặt Windows NT kết nối với qua mạng Ethernet Chương trình điều khiển thực thuật toán PID sử dụng OPC – Server kèm với mạch kết nối PROFIBUS-DP (với module truyền thông CP5611) để truy nhập liệu từ vào/ra phân tán ET200M hãng Siemens Đối tượng điều khiển có thiết bị thí nghiệm điều khiển mức lưu lượng 94 Ethernet TCP/IP Máy tính PC Máy tính quan sát vận hành Chương trình điều khiển OPC-Server CP5611 PROFIBUS -DP ET200M (IM153) PS IM AI AO Tín hiệu đo DI DO Tín hiệu điều chỉnh Đối tượng ĐK Hình 3.15 Ví dụ cấu hình hệ thống điều khiển phân tán sử dụng PC OPC OPC Custom Interfaces Giống đối tượng COM khác, hai loại đối tượng thành phần quan trọng OPC OPC-Server OPC-Group cung cấp dịch vụ qua giao diện chúng, gọi OPC Custom Interfaces, minh hoạ hình Tham khảo (OPC Taskforce, 1988b) để tìm hiểu ý nghĩa cụ thể giao diện Chính giao diện giao diện theo mơ hình COM t, việc lập trình với chúng địi hỏi ngôn ngữ biên dịch Trong thực tế, C++ ngôn ngữ chiếm ưu tuyệt đối phục vụ mục đích Bên cạnh đó, cơng cụ khác cung cấp số phần mềm khung (Frameworks) thích hợp để hỗ trợ người lập trình IUnknown IOPCCommon IOPCServer IOPCItemProperties [IOPCServerPublicGroups] [IOPCBrowseServerAddressSpace] [IPersistFile] IConnectionPointContainer OPC Server IUnknown IOPCItemMgt IOPCGroupStateMgt I[IOPCPublicGroupsStateMgt] IOPCSynclO IOPCAsynlO2 OPC Group IConnectionPointContainer Hình 3.16 OPC Custom Interfaces 95 Để truy nhập liệu dùng OPC Custom Interfaces, ta cần thực hàng loạt bước sau:  Tạo (bản sao) đối tượng OPC – Server  Tìm lưu trữ trỏ (địa chỉ) giao diện cần dùng, có IOPCServer  Dùng phương pháp thích hợp giao diện IOPCServer để tạo số đối tượng OPCGroup cần thiết  Tìm lưu trữ trỏ (địa chỉ) giao diện cần dùng đối tượng OPC-Group  Sử dụng giao diện thích hợp OPC-Group để tổ chức cấu hình cho đối tượng này, kể việc xây dựng mối liên hệ với phần tử liệu thực  Sử dụng IOPCSyncIO IOPCAsyncIO2 đối tượng OPC-Group để đọc viết liệu theo chế đồng không đồng (tuỳ ý định kỳ)  Giải phóng giao diện không sử dụng  Xử lý lỗi bước nêu Không cần sâu vào chi tiết mã chương trình, ta nhận thấy độ phức tạp đến khó hiểu Điều đáng nói là, phức tạp liên quan tới cơng nghệ tự động hố công nghệ phần mềm sử dụng (OPC/COM) Vấn đề trở ngại thứ hai cứng nhắc mã của, ta dùng trực tiếp ứng dụng điều khiển Thay đổi chi tiết nhỏ (tên máy tính điều khiển, số lượng biến vào/ra…) địi hỏi phải biên dịch lại toàn ứng dụng Rõ ràng, để khắc phục hai vấn đề nêu trên, tức giảm nhẹ độ phức tạp cho người lập trình nâng cao tính sử dụng lại, cần phải tạo lớp phần mềm dạng thư viện đối tượng nằm OPC, OPC Automation Interface thư viện đối tượng OPC Automation Interface Giống đối tượng OLE-Automation khác, việc sử dụng đối tượng OPC Automation Interface đơn giản hoá nhiều Cụ thể, nhiều thủ tục phức tạp lập trình với COM loại bỏ Người lập trình khơng cần hiểu biết sâu sắc COM C++, mà cần sử dụng thành thạo công cụ tạo dựng ứng dụng RAD (Rapid Application Development) Visual Basic Mặt trái vấn đề lại đơn gián hoá phương pháp phải trả giá hạn chế phạm vi chức năng, hiệu suất sử dụng tốc độ trao đổi liệu Nhất giải pháp tự động hố phân tán, có tham gia mạng truyền thơng cơng nghiệp, hai điểm yếu nói sau trở nên đáng quan tâm Lý nằm mơ hình giao tiếp OLE – Automation cơng cụ hỗ trợ, là:  Dùng kiểu liệu đa (VARIANT) mặt lãng phí trao đổi liệu nhỏ, mặt hạn chế kiểu liệu sử dụng  Cơ chế tập trung hố việc đón nhận chuyển giao thơng tin dùng giao diện IDispatch làm giảm thời gian phản ứng ứng dụng kệên cách đáng kể Tốc độ trao đổi liệu giảm tới 3-4 lần so với dùng Custom Interfaces Đối với ứng dụng có yêu cầu cao thời gian, phương pháp sử dụng OPC Automation Interface rõ ràng khơng thích hợp Một giải pháp để khắc phục nhược điểm hai phương pháp tạo lớp phần mềm trừu tượng phía OPC Lớp phần mềm lập trình sử dụng OPC – Custom Interface cung cấp cho chương trình ứng dụng đối tượng thành phần có giao diện đơn giản nhiều so với đối tượng OPC Các đối tượng đại diện trực tiếp cho thiết bị ghép nối mạng, theo mơ hình thiết bị ảo MMS 96 Hình 3.17 minh hoạ giải pháp sử dụng mơ hình đối tượng thành phần có tên DIO tác giả phát triển (xem [7] [8]) Ở việc tạo dựng chương trình điều khiển sở điều khiển giám sát hoàn toàn dựa vào việc ghép nối đối tượng có sẵn mã khơng cần phải viết dịng lệnh, tương tự phương pháp lập trình với sơ đồ khối FBD, nhiên mức cao nhiều Ethernet TCP/IP Máy tính giám sát Máy tính điều khiển Slider (Setpoint) PID Controller Button (Man/Auto) Sensor Proxy Actuator Proxy OPC-Server Trend CP5611 PROFIBUS -DP Hình 3.17 Lập trình với đối tượng thành phần OPC 97 CÁC ĐỀ THI THAM KHO 1: Vì cần Bảo toàn liệu.Trình bày phương pháp Parity bit chiều Thế mạng truyền thông CN Phân tích, so sánh mạng truyền thông CN với mạng máy tính Tốc độ truyền tin chiều dài dây dẫn có ảnh hưởng đến ? Một trạm nhận khối liệu nh­ sau: P 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 0 P Biết khối liệu sử dụng Parity bit chẵn Chỉ lỗi phát sửa được, hÃy sửa chúng 0 Chỉ lỗi phát không sửa 2: Thế mạng truyền thông công nghiệp, Xây dựng mô hình phân cấp chức nhà máy công nghiệp sử dụng mạng truyền thông công nghiệp Phân tích kiến trúc giao thức OSI Tiến hành phương pháp nhồi bít cho đoạn liệu sau: 01000001011101011111111111101111101110 Một trạm nhận đoạn liệu sau: 01111110101111101000000 HÃy phục hồi đoạn liệu trên.Có kết luận đoạn liệu nhận Biết n=5 Mà hoá RZ(Return to Zero) đoạn liệu: 1110101 Hiệu suất sử dụng đường truyền tính nào? 98 3: Trình bày hệ thống bus CAN (kiến trúc giao thức, cấu trúc mạng) Phân tích, so sánh chuẩn RS232 RS485 Một trạm cần gửi khối liệu sau: 11101101 HÃy sử dụng phương pháp CRC với đa thức phát G: X3+X=1 Tính khối dư liệu cần truyền Điện trở đầu cuối có tác dụng gì, Vẽ số cách mắc trở đầu cuối đà học 4: Trình bày cáp quang, cáp đôi dây xoắn Phân tích so sánh PROFIBUS CAN (Kiến trúc giao thức cấu trúc điện) Tính số điện môi đoạn cáp dài 1,4km biết thêi gian lan trun tÝn hiƯu lµ 6,763µs Khi sư dụng cho mạng truyền thông theo phương pháp CSMA/CD với vận tốc truyền 1Mbit/s chiều dài tối thiểu điện bao nhiêu? Mà hoá manchester II đoạn liệu sau :10001101 Nối đoạn mạng PROFIBUS dùng cáp đồng trục đoạn mạng dùng cáp quang ta sử dụng thiết bị liên kết mạng gì, sao? 5: Vì phải quan tâm đến vấn đề truy cập bus, vẽ sơ đồ phân loại phương pháp truy cập BUS đà học.s So sánh Giữa CAN MODBUS (Kiến trúc giao thức cấu trúc điện ) Thế tính thời gian thực Một trạm nhận khối d÷ liƯu nh­ sau: P 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 P 1 1 1 1 1 0 1 0 0 Biết khối liệu sử dụng Parity bit chẵn Chỉ lỗi phát sửa được, hÃy sửa chúng Chỉ lỗi phát không sửa 99 100 ... Mb Mạng hay dùng Ethernet, tokenring Mạng công ty Là hệ thống mạng nằm mơ hình phân cấp hệ thống truyền thông công ty Đặc trưng mạng gần với mạng viễn thông mạng máy tính điện rộng Nhiệm vụ mạng. .. 1.3.3 Chế độ truyền tải Chế độ truyền tải phương thức bit liệu truyền đối tác truyền thông Các phương pháp truyền tải + Truyền song song, truyền nối tiếp + Truyền đồng bộ, không đồng + Truyền chiều,... dụng Hệ thống mạng truyền thông công nghiệp xây dưng dựa sở lớp mạng 1.5 Bảo toàn liệu Trong môi trường công nghiệp, truyền thông chịu ảnh hưởng lớn nhiễu chất lượng môi trường truyền dẫn không