Cấu trúc và ứng dụng của mạng GMS GPRS

Mục lục CHƯƠNG 1. Cấu trúc hệ thống GSMGPRS 2 1.1 Hệ thống GSM 2 1.1.1 Giới thiệu hệ thống GSM 3 1.1.2 Cấu trúc hệ thống GSM 3 1.1.3 Các thành phần trong mạng: 4 1.2 Cấu trúc mạng GPRS: 9 1.2.1 Tổng quan về GPRS 9 1.2.2 Các phần tử trong mạng GPRS 10 CHƯƠNG 2. Đặc điểm và ứng dụng của truyền thông GSMGPRS 12 2.1 Các đặc điểm chính của truyền thông GSMGPRS 12 2.2 So sánh với truyền thông bằng Wifi 13 2.3 Các ứng dụng của truyền thông GSMGPRS 14 CHƯƠNG 3. HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG GPRS TRONG CÔNG NGHIỆP 16 3.1 Giới thiệu nền tảng TIA PORTAL 16 3.2 Hoạt động của mạng GPRS trong công nghiệp 16 3.3 Tổ chức mạng GPRS trong công nghiệp 17 3.3.1 Mạng hình sao 17 3.3.2 Mạng hình sao mở rộng 19 3.4 Bảo mật dữ liệu từ trạm trường gửi về trạm trung tâm 19 3.5 Kết nối Module GPRS CP12427 với PLC 20 CHƯƠNG 4. TỔNG QUAN VỀ MODULE CP12427 22 4.1 Giới thiệu tổng quan về module 22 4.1.1 Cấu tạo của module CP 12427 23 4.2 Các chế độ làm việc 25 4.2.1 Telecontrol 25 4.2.2 Teleservice 26 4.2.3 Chế độ bảo mật 26 4.3 Ứng dụng của module truyền thông CP12427 26 4.3.1 Gửi tin nhắn SMS 27 4.3.2 Giao tiếp trực tiếp giữa 2 trạm PLC có gắn module GSMGPRS 27 4.3.3 Teleservice thông qua mạng GPRS với telecontrol server 27 Danh mục hình ảnh Hình 1.1 Mô hình hệ thống mạng GSM.................................................................4 Hình 1.2 Cấu trúc của BSS.....................................................................................7 Hình 1.3: Mạng GPRS..........................................................................................11 Hình 2.1:Mô hình hệ thống giám sát nước thải....................................................15 Hình 3.1: Hoạt động của mạng GPRS..................................................................18 Hình 3.2: Mạng hình sao......................................................................................19 Hình 3.3: Mạng hình sao mở rộng........................................................................20 Hình 3.4: Bảo mật dữ liệu từ trạm trường gửi về trạm trung tâm........................21 Hình 3.5 Chọn kiểu liên kết và chức năng của module........................................21 Hình 3.6: APN setting...........................................................................................22 Hình 3.7: Cấu hình TeleSevice............................................................................ 22 Hình 4.1: Module CP12427.................................................................................23 Hình 4.2: Mặt trên................................................................................................ 24 Hình 4.3: Mặt dưới...............................................................................................25 Hình 4.4: Mặt bên.................................................................................................25 Hình 4.3: Mặt dưới...............................................................................................26 Hình 4.4: Mặt bên.................................................................................................26 Hình 4.5: Mô hình telecontrol..............................................................................27 Hình 4.6: Mô hình Teleservice.............................................................................28 Hình 4.7: Gửi tin nhắn SMS thông qua mạng GPRS...........................................29 Hình 4.8: Giao tiếp giữa 2 PLC có gắn module GSMGPRS...............................29 Hình 4.9: Teleservice thông qua mạng GPRS với Telecontrol server…………..30 CHƯƠNG 1. Cấu trúc hệ thống GSMGPRS 1.1 Hệ thống GSM 1.1.1 Giới thiệu hệ thống GSM GSM (Global System for Mobile Communication) là hệ thống thông tin di động sổ toàn cầu ở dải tần 900MHz, 1800MHz, và 1900MHz được tiêu chuẩn viễn thông chằu Âu (ETSI) quy định. Nó được xem như là một hệ thống Mạng thông tin di động thế hệ thứ hai (second generation, 2G). Các mạng thông tin di động GSM cho phép có thể chuyển vùng (roaming) với nhau do đó những máy điện thoại di động GSM của các mạng GSM khác nhau ở có thể sử dụng được nhiều nơi trên thế giới. Khả năng phú sóng rộng khắp nơi của chuẩn GSM làm cho nó trở nên phổ biến trên thế giới, cho phép người sử dụng có thể sử dụng ĐTDĐ của họ ở nhiều vùng trên thế giới. GSM khác với các chuẩn tiền thân của nó về cả tín hiệu và tốc độ, chất lượng cuộc gọi. Hệ thống sẽ tự động cập nhật thông tin về vị trí thuê bao. GSM cung cấp một số tính năng như thoại, thông tin sổ liệu tốc độ cao, Fax và dịch vụ nhắn tin ngắn. 1.1.2 Cấu trúc hệ thống GSM Một hệ thống GSM được chia thành nhiều hệ thống con như sau: • Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem). • Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem). • Phân hệ bảo dưỡng và khai thác OSS (Operation Subsystem). • Trạm gốc MS (Mobile Station).

Mục lục CHƯƠNG Cấu trúc hệ thống GSM/GPRS 1.1 1.2 Hệ thống GSM 1.1.1 Giới thiệu hệ thống GSM 1.1.2 Cấu trúc hệ thống GSM 1.1.3 Các thành phần mạng: .4 Cấu trúc mạng GPRS: .9 1.2.1 Tổng quan GPRS 1.2.2 Các phần tử mạng GPRS .10 CHƯƠNG Đặc điểm ứng dụng truyền thông GSM/GPRS 12 2.1 Các đặc điểm truyền thơng GSM/GPRS .12 2.2 So sánh với truyền thông Wifi 13 2.3 Các ứng dụng truyền thông GSM/GPRS 14 CHƯƠNG HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG GPRS TRONG CÔNG NGHIỆP 16 3.1 Giới thiệu tảng TIA PORTAL 16 3.2 Hoạt động mạng GPRS công nghiệp .16 3.3 Tổ chức mạng GPRS công nghiệp .17 3.3.1 Mạng hình 17 3.3.2 Mạng hình mở rộng 19 3.4 Bảo mật liệu từ trạm trường gửi trạm trung tâm 19 3.5 Kết nối Module GPRS CP1242-7 với PLC 20 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MODULE CP1242-7 22 4.1 Giới thiệu tổng quan module 22 4.1.1 4.2 4.3 Cấu tạo module CP 1242-7 23 Các chế độ làm việc .25 4.2.1 Telecontrol 25 4.2.2 Teleservice 26 4.2.3 Chế độ bảo mật .26 Ứng dụng module truyền thông CP1242-7 .26 4.3.1 Gửi tin nhắn SMS 27 4.3.2 Giao tiếp trực tiếp trạm PLC có gắn module GSM/GPRS 27 4.3.3 Teleservice thông qua mạng GPRS với telecontrol server 27 Danh mục hình ảnh Hình 1.1 Mơ hình hệ thống mạng GSM .4 Hình 1.2 Cấu trúc BSS Hình 1.3: Mạng GPRS 11 Hình 2.1:Mơ hình hệ thống giám sát nước thải 15 Hình 3.1: Hoạt động mạng GPRS 18 Hình 3.2: Mạng hình 19 Hình 3.3: Mạng hình mở rộng 20 Hình 3.4: Bảo mật liệu từ trạm trường gửi trạm trung tâm 21 Hình 3.2 Chọn kiểu liên kết chức module 21 Hình 3.3: APN setting 22 Hình 3.4: Cấu hình TeleSevice 22 Hình 4.1: Module CP1242-7 .23 Hình 4.2: Mặt 24 Hình 4.3: Mặt .25 Hình 4.4: Mặt bên .25 Hình 4.3: Mặt .26 Hình 4.4: Mặt bên .26 Hình 4.5: Mơ hình telecontrol 27 Hình 4.6: Mơ hình Teleservice 28 Hình 4.7: Gửi tin nhắn SMS thơng qua mạng GPRS 29 Hình 4.8: Giao tiếp PLC có gắn module GSM/GPRS .29 Hình 4.9: Teleservice thơng qua mạng GPRS với Telecontrol server………… 30 CHƯƠNG Cấu trúc hệ thống GSM/GPRS 1.1 Hệ thống GSM 1.1.1Giới thiệu hệ thống GSM GSM (Global System for Mobile Communication) hệ thống thông tin di động sổ toàn cầu dải tần 900MHz, 1800MHz, 1900MHz tiêu chuẩn viễn thông chằu Âu (ETSI) quy định Nó xem hệ thống Mạng thông tin di động hệ thứ hai (second generation, 2G) Các mạng thông tin di động GSM cho phép chuyển vùng (roaming) với máy điện thoại di động GSM mạng GSM khác sử dụng nhiều nơi giới Khả phú sóng rộng khắp nơi chuẩn GSM làm cho trở nên phổ biến giới, cho phép người sử dụng sử dụng ĐTDĐ họ nhiều vùng giới GSM khác với chuẩn tiền thân tín hiệu tốc độ, chất lượng gọi Hệ thống tự động cập nhật thơng tin vị trí th bao GSM cung cấp số tính thoại, thơng tin sổ liệu tốc độ cao, Fax dịch vụ nhắn tin ngắn 1.1.2 Cấu trúc hệ thống GSM Một hệ thống GSM chia thành nhiều hệ thống sau:  Phân hệ chuyển mạch NSS (Network Switching Subsystem)  Phân hệ trạm gốc BSS (Base Station Subsystem)  Phân hệ bảo dưỡng khai thác OSS (Operation Subsystem)  Trạm gốc MS (Mobile Station) Hình 5.1 Mơ hình hệ thống mạng GSM     PSTN : Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng ISDN : Mạng số liệu liên kết đa dịch vụ PLMN : Mạng di động mặt đất công cộng Phân hệ chuyển mạch NSS bao gồm khối chức năng: Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động MSC (Mobile Switching Center) Bộ ghi định vị thường trú HLR (Home Location Register) Bộ ghi định vụ tạm trú VLR (Visitor Location Register)  Trung tâm nhận thực AuC (Authentication Center)  Bộ ghi nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Identification Register)  Trung tâm chuyển mạch dịch vụ di động cổng GMSC (Gateway Mobile Switching Center)  Phân hệ trạm gốc BSS bao gồm khối chức năng:  Bộ điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Center)  Trạm thu phát gốc BTS (Base Transceiver Station)  Hệ thống khai thác hỗ trợ OSS bao gồm khối chức năng: Trung tâm quản lý mạng NMC (Network Management Center) Trung tâm quản lý bảo dưỡng OMC (Operation & Maintainance Center)  Trạm di động MS:  Thiết bị di động ME (Mobile Equipment)  Module nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Identity Module) 1.1.3 Các thành phần mạng: 1.1.1.1 Phân hệ chuyển mạch NSS Phân hệ chuyển mạch bao gồm chức nãng chuyển mạch GSM sờ dừ liệu cần thiết cho số liệu thuê bao quản lý di động thuê bao Chức NSS quản lý thơng tin người sử dụng mạng GSM với với mạng khác, phân hệ NSS bao gồm thiết bị MSC, VLR, HLR, EIR, AUC a) Tổng đài MSC MSC (Mobile Switching Center) giao diện GSM PSTN, có trách nhiệm kết nối giảm sát gọi đển MS từ MS Có nhiều chức thực MSC Ví dụ: lập mã xác nhận MSC có giao diện với BSS phía MS có giao diện với mạng ngồi Một MSC cổng làm nhiệm vụ phối ghép thích ứng với mạng ngồi bảo đàm thơng tin th bao di động thuê bao cố định MSC thường tống đài lớn thích ứng với vùng thị triệu dân cư Để kết nối MSC với mạng khác cần phái thích ứng đặc điểm truyền dẫn PLMN với mạng dó Các thích ứng gọi chức tương tác IWF (Internet Working Funtions) Đảm trách IWF thiểt bị thích ứng thủ tục truyền dẫn IWF cho phép PLMN kết nối với mạng PSTN, ISDN, PSPDN, CSPDN IWF thực kết hợp MSC hay thực thiết bị riêng b) Bộ đăng ký định vị thường trú HLR Trong GSM hoạt động lưu giữ sổ liệu thông tin tất thuê bao Dữ liệu lưu giữ phụ thuộc vào PLMN Những liệu lưu giữ thực trờn nhiều HLR Những thờng tin lưu giữ liệu định thuc bao phục vụ yêu cầu Bất kể MS dâu HLR lưu thông tin liên quan đển việc cung cấp dịch vụ viền thơng kế cá vị trí thời MS HLR thường tà máy tính đứng riêng có khả quán lý hàng trăm ngàn th bao khơng có khả chuyển mạch Một chức HLR nhận dạng thông tin AUC cung cấp (số liệu bảo mật tính hợp pháp thuê bao) c) Bộ đăng ký định vị tạm trứ VLR VLR thực hệ chuyển mạch MSC, tức MSC/VLR VLR chứa đựng thông tin tạm thời thuê bao di động có mặt vùng phục vụ MSC/VLR xác định VLR sở liệu nối với hay nhiều MSC Các số liệu định vị thuê bao MS lưu giữ VLR xác số liệu tương ứng HLR Chức VLR thường liên kết với chức MSC MSC/VLR thực chuyển mạch gọi trạm nên đicm điều khiển để cập nhật vị trí chuyển giao MSC chủ yếu chịu trách nhiệm cho thiết lập gọi (bao gồm cà thù tục nhận thực), điều khiển gọi tính cước Các chức củaVI-R với mạng lưu giữ cập nhật số liệu thuê bao (xem ghi dịnh vị tạm trú) MSC/VLR coi tất thuê bao tạm trú MSC cổng (GMSC) nối PLMN với mạng khác Dây điểm mà gọi đển thuê bao di động vào mạng PLMN GMSC có phương tiện hỏi, nghĩa GMSC có chức để nhận thơng tin từ HLR vị trí thời th bao Nó có chức định tuyến lại gọi đển trạm di động theo thông tin nhận từ việc hỏi nói d) Tổng đài GMSC Tổng đài GMSC MSC cổng (Gàte MSC) Nếu người mạng cố định PSTN muốn thực gọi đển thuê bao GSM Tổng đài PSTN nối gọi đển MSC có trang bị chức gọi chức cổng Tổng đài gọi tổng đài cổng GMSC GMSC phải tìm vị trí MS cần tìm cách hỏi 11LR nơi MS đăng ký HLR trả lời vùng MSC thời Lúc MSC định tuyến lại gọi đển MSC cần thiết VLR biết chi tiết vị trí MS Ở mạng GSM tất gọi kết nối dì động định tuyến đển GMSC GMSC có chức hời định tuyến gọi e) Trung tâm nhận thực AIJC Với lý an toàn chất lượng, ngôn ngữ, liệu báo hiệu mã hố nhập dạng kí hiệu đầu vào, chỉa khoả bí mật cất giữ AUC sử dụng MS Ban đầu AUC thực nhiều thông tin riêng lẻ, nối đen HLR AUC chủ yểu chứa số mảy tính cá nhân AUC coi thiết bị dầu vào/ra (I/O), lúc đầu nối bảng lệnh chuẩn Chức AUC cung cấp cho HLR thờng số nhận thực khoá mật mã để sử dụng cho bảo mật f) Bộ ghi nhận thực thiêt bị EIR Trong GSM có khác biệt nhận dạng mã hoá thiết bị di động Ta thấy AUC sê nhập dạng kí hiệu nhập vào Các thiết bị di động kiểm tra EIR Đe ngăn chặn đánh cap dạng không phê chuẩn mà MS dùng EIR nối với MSC qua đường báo hiệu, cho phép MSC kiểm tra hợp lệ thiết bị Bằng cách cấm MS có dạng khơng phê chuẩn EIR có chức kiểm tra tính hạp lệ cúa ME thông qua số liệu nhận dạng di động quốc tế (IMEI-International Mobile Equipment Identity) chứa số liệu phần cứng thiết bị ME thuộc ba danh sách sau: - Nếu ME thuộc danh sách trắng (White List) quyền truy nhập sử dụng dịch vụ đăng ký - Nếu ME thuộc danh sách xám (Gray List) tức có nghi vấn cần kiêm tra - Nếu ME thuộc danh sách đen (Black List) tức bị cấm không cho truy nhập vào mạng g) Mạng báo hiệu kênh chung số (CCS7) Nhà khai thác GSM có mạng báo hiệu CCS7 riêng hay chung phụ thuộc vào quy định nước Nếu nhà khai thác có mạng báo hiệu riêng điểm chuyển báo hiệu SPT (Signalling Transfer Point) phận NSS thực điềm nút riêng hay kết hợp MSC tuỳ thuộc vào điều kiện kinh tế Nhà khai thác GSM dùng mạng riêng để định tuyến gọi đển điểm gần trước sứ dụng mạng cố định Lúc tổng đài giang TE (Transit Exchange) phận cứa mạng GSM thực nút đứng riêng hay kết hợp với MSC 1.1.1.2 Phân hệ trạm gốc BSS Hình 1.2 Cấu trúc BSS BSS giao diện trực tiếp với trạm di động MS thông qua giao diện vơ tuyến nên bao gồm thiết bị phát thu đường vô tuyến với thiết bị quản lý chức Mặt khác BSS thực giao diện với tổng đài NSS Tóm lại, BSS thực đấu nối MS với tổng đài, tức kết nối thuê bao di động MS với người sử dụng viễn thông khác Do vậy, BSS phải phối ghép với NSS bảng thiết bị BSC Ngoài BSS cần phái điều khiển nên đấu nối với OSS BSS bao gồm hai thiết bị' BTS giao tiếp với MS BSC giao tiếp với MSC a Trạm thu phát gốc (BTS - Base Tranceiver Station) BTS gồm tất thiết bị giao tiếp truyền dẫn vô tuyến cần thiết trạm vô tuyến dù trạm phủ hay nhiều cell BTS thực chức sau: - Thu phát vô tuyến - Ánh xạ kênh logic vào kênh vật lý - Mã hóa giải mã hóa - Mật mã hóa giải mật mã - Điều chế giải điều chế b Trung tâm điều khiển trạm gốc BSC (Base Station Controller) BSC khối chức điều khiển, giám sát BTS liên lạc vô tuyến hệ thống BSC điều khiển công suất, quản lý giao diện vô tuyến thông qua lệnh điều khiển BTS MS Vai trò chủ yếu BSC quản lý kênh vô tuyến quản lý chuyển giao Một BSC quản lý hàng chục BTS tạo thành trạm gốc Một tập hợp trạm gốc gọi phân hệ trạm gốc Giao diện Abis quy định BSC MSC Sau đó, giao diện Abis quy định BSC BTS Tóm lại, BSC ấn định chức sau:  Quản lý mạng vơ tuyến: việc quản lý vơ tuyến quản lý cell kênh logic chúng Các số liệu quản lý đưa BSC để đo đạc xử lý, chẳng hạn lưu lượng thông tin cell, môi trường vô tuyến, số lượng gọi bị mất, lần chuyển giao thành công thất bại  Quản lý trạm vô tuyến gốc BTS: trước đưa vào khai thác, BSC lập cấu hình BTS ( số máy thu/phát, tần số cho trạm ) Nhờ mà BSC có sẵn tập kênh vô tuyến dành cho điều khiển nối thông gọi  Điều khiển nối thông gọi: BSC chịu trách nhiệm thiết lập giải phóng kết nối tới MS Trong q trình gọi, kết nối BSC giám sát Cường độ tín hiệu, chất lượng kết nối MS TRX gửi đển BSC Từ đó, BSC định cơng suất phát tốt MS TRX để giảm nhiễu, đảm bảo kết nối đưa định chuyển giao MS sang cell khác Bên cạnh đó, BSC điều khiển chuyển giao kênh cell từ cell sang kênh cell khác trường hợp cell bị nghẽn nhiều  Quản lý mạng truyền dẫn: BSC có chức quản lý cấu hình đường truyền dẫn tới MSC BTS để đảm bảo chất lượng thông tin Trong trường hợp có cố tuyến đó, tự động điều khiển tới tuyến dự phòng 1.1.1.3 Trạm di động MS MS đầu cuối di động, đặt tơ hay xách tay Sự hợp tác mạng thông tin tạo điều kiện để MS chuyển giao phạm vi MS có phận ME đầy đủ phần cứng phần mềm để phối ghép với giao diện vô tuyến quy định sẵn a ME phần cứng để thuê bao truy nhập mạng Có loại ME: - Trên xe (lắp đặt xe, anten ngồi xe) - Xách tay (anten khơng liền tổ hợp cầm tay) - Cầm tay (anten liền với tổ hợp cầm tay, máy cầm tay nằm gọn lòng bàn tay) ME có số nhận dạng IMEI Nhờ có IMEI mà ME bị không phục vụ b Modul nhận dạng thuê bao SIM (Subscriber Indentity Module) Là card điện tử cắm vào ME để nhận dạng thuê bao loại dịch vụ mà thuê bao đăng ký Nhà cung cấp dịch vụ di động bán SIM cho thuê bao đăng ký MS có chức năng: - Thiết bị đầu cuối: để thực dịch vụ người sử dụng (thoại, fax, số liệu) - Thích ứng đầu cuối: thích ứng đầu cuối MS có vai trị liên kết thiết bị đầu cuối với kết cuối di động Khi lắp đặt thiết bị đầu cuối môi trường di động, MS có thích ứng đầu cuối tn theo tiêu chuẩn ISDN, cịn thiết bị đầu cuối có giao diện với modem - Kết cuối di động: thực truyền dẫn giao diện vô tuyến mạng 1.1.1.4 Phân hệ khai thác bảo dưỡng OSS Đối với quản lý hệ thống GSM, OSS hoạt động theo hình thức hoạt động sau: Sự quản lý thuê bao di động Sự quản lý mạng cellular Điều khiển chuông Hệ thống OSS nối đển tất thiết bị hệ thống chuyển mạch nối đển BSC OSS thực ba chức là: Khai thác bảo dưỡng mạng, quản lý thuê bao tính cước, quản lý thiết bị di động a Chức khai thác bào dưỡng mạng Khai thác hoạt động cho phép nhà khai thác mạng theo dõi hành vi mạng tải cửa hệ thống, mức độ chặn, số lượng chuyển giao hai cell.v.v Nhờ vậy, nhà khai thác có the giám sát toàn chất lượng dịch vụ mà họ cung cấp cho khách hàng kịp thời nâng cấp Khai thác cịn bao gồm việc thay đổi cẩu hình để giảm vấn đề xuất thời điểm thời, để chuẩn bị tăng lưu lượng tưcrng lai mờ rộng vùng phủ sóng Bảo dưỡng có nhiệm vụ phát hiện, định vị sửa chữa cố hỏng hóc, có số quan hệ với khai thác Bảo dưỡng bao gồm hoạt động trường nhằm thay thiết bị có cố, việc sử dụng phần mềm điều khiển từ xa b Chức quản lý di động Bao gồm hoạt động quản lý đăng ký thuê bao Nhiệm vụ nhập xoá thuê bao khói mạng Đăng ký thuê bao phức tạp, bao gồm nhiều dịch vụ tính bổ sung Khi HLR, SIM-Card đóng vai trò phận quản lý thuê bao c Chức quản lý thiết bị di động Quản lý thiết bị di động thực bời đăng ký nhận dạng thiết bị EIR (Equipment Indentity Register) EIR lưu giữ tất liệu liên quan đển trạm di động MS EIR nối đển MSC qua đường báo hiệu để kiểm tra tính hợp lệ thiết bị, GSM, EIR coi thuộc hệ thống NSS 1.2 Cấu trúc mạng GPRS: 1.1.4Tổng quan GPRS GPRS (General Packet Radio Service) chuẩn liệu gói hệ thống GSM ủy ban truyền thông châu Âu (ETSI) đưa GPRS cung cấp ngun tắc truyền dẫn gói tin truyền thơng vô tuyến thiết bị di động GSM vơi mạng chuyển mạch gói khác GPRS triển khai 10 - Hệ thống đo thu thập liệu chất lượng nước thải trường Mỗi trạm gồm đầu đo (sensor) truyền tín hiệu, hiển thị (transmitter) để phân tích liên tục (online) tiêu nước thải như: pH, tổng chất rắn lơ lửng TSS, oxy hòa tan DO, COD online, BOD online, Nito tổng, Phosphate tổng, tổng cacbon hữu TOC, ammonia, lưu lượng thải … Tất tín hiệu tập hợp datalogger (bộ thu thập liệu) truyền thông trạm trung tâm qua mạng không dây GPRS/GSM - Hệ thống truyền nhận liệu qua mạng không dây GPRS/GSM: Việc truyền thông liệu từ trạm giám sát Phòng Giám sát/Điều khiển trung tâm thực hồn tồn tự động thơng qua hạ tầng mạng khơng dây GPRS/GSM sẵn có mạng di động nước ta Mobifone, Vinaphone Viettel Chọn giải pháp truyền thông GSM/GPRS cho hệ thống số ưu điểm trội sau: +, Vì trạm giám sát đơn vị quản lý thành phố, khu công nghiệp,… nên trạm đo giám sát cách xa +, Chi phí xây dựng cho hệ thống truyền thơng thấp( không cần dây dẫn, không cần modem, router để kết nối); chi phí vận hành hàng tháng hệ thống không lớn; khả mở rộng thêm trạm lớn, dễ dàng +,Đưa cảnh báo kịp thời cho người vận hành hệ thống, người giám sát qua tin nhắn SMS 16 CHƯƠNG HOẠT ĐỘNG CỦA MẠNG GPRS TRONG CÔNG NGHIỆP 1.6 Giới thiệu tảng TIA PORTAL Chúng ta biết đến phần mềm lập trình, mô Siemens Step7 – Microwin dùng cho PLC S7- 200, Step7 Manager dùng cho S7-300/400 WinCC phần mềm để giám sát, thu thập liệu, thiết kể giao diện cho giao diện HMI (SCADA) Cùng với xu phát triển, update phần mềm với tính vượt trội, khắc phục nhược điểm, bất tiện version trước đó, Siemens cho đời phần mềm sở tích hợp tất phần mềm lập trình cho hệ thống tự động hóa truyền động điện totally Integrated Automation Portal (TIA Portal) - Phần mềm lập trình giúp người sử dụng phát triển, tích hợp hệ thống tự động hóa cách nhanh chóng, giảm thiểu thời gian việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ phần mềm riêng rẽ - Phần mềm Simatic Step V13, tích hợp TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, 1500 hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC Simatic Step V13 chia thành module khác nhau, tùy theo nhu cầu người sử dụng Simatic Step V13 hỗ trợ tính chuyển đổi chương trình PLC, HMI sử dụng sang chương trình TIA Portal - Phần mềm Simatic WinCC V13, tích hợp TIA Portal, dùng để cấu hình cho hình TP MP tại, hình Comfort, để giám sát điều khiển hệ thống máy tính (SCADA) 1.7 Hoạt động mạng GPRS công nghiệp Hoạt động mạng GPRS gần giống với hệ thống SCADA Dữ liệu thu thập từ I/O PLC sau truyền tới CP1242-7 qua kết nối Profinet Module mạng GPRS gửi liệu trạm trung tâm thơng qua mạng GPRS 17 Hình 3.1: Hoạt động mạng GPRS Từ trạm trung tâm điều khiển I/O giám sát liệu từ trạm trường gửi Trạm dành cho kỹ sư kết nối tới trạm trường để upload download chương trình từ xa 1.8 Tổ chức mạng GPRS cơng nghiệp 3.1.1 Mạng hình Mạng hình mạnh dạng hình có trạm trung tâm nút thông tin Bên mạng, nút thông tin trạm đầu cuối Đơi nút thơng tin hệ thống máy tính thiết bị khác mạng GPRS 18 Hình 3.2: Mạng hình Khu vực trung tâm mạng dạng hình đảm nhận nhiệm vụ điều phối hoạt động bên hệ thống Bộ phận mang chức là:  Nhận dạng cặp địa gửi nhận có quyền chiếm tuyến thơng tin tiến hành q trình liên lạc với  Phê duyệt trình theo dõi xử lý thiết bị trao đổi thông tin với  Gửi thông báo trạng thái mạng GPRS Ưu điểm mạng hình  Mơ hình mạng GPRS dạng hình đảm bảo q trình hoạt động bình thường có nút thông tin bị hư hỏng Bởi kiểu mạng GPRS hoạt động dựa nguyên lý song song  Đặc điểm cấu trúc mạng vô đơn giản Điều giúp cho thuật toán điều khiển cách ổn định  Tùy vào nhu cầu sử dụng cơng nghiệp, mạnh dạng hình mở rộng thu hẹp theo ý muốn Nhược điểm mạng hình  Mặc dù có khả mở rộng mạng, điều hoàn toàn phụ thuộc vào khả hoạt động phận trung tâm Một trung tâm gặp phải cố, toàn hệ thống mạng hoạt động  Nhìn cách tổng quan, mơ hình mạng dạng hình giúp cho trạm trường kết nối với trạm trung tâm cách dễ dàng Nhờ mà 19 hệ thống mạng hạn chế tối đa yếu tố gây ngưng trệ mạng trình hoạt động 3.1.2 Mạng hình mở rộng Khác với mơ hình mạng kể trên, mạng hình mở rộng kết hợp mạng hình với Ưu điểm mạng hình mở rộng gia tăng lớn mạng hình Hình 3.3: Mạng hình mở rộng Mỗi trạm trung gian coi khu vực phân xưởng sản xuất Từ trạm trung gian liệu thu thập tiếp tục gửi trạm trung tâm từ trung tâm điều khiên I/O PLC 1.9 Bảo mật liệu từ trạm trường gửi trạm trung tâm Tên điểm truy cập (Access Point Name - APN) tên cài đặt mà thẻ sim Module GPRS CP1242-7 đọc để thiết lập kết nối tới cổng mạng di dộng nhà cung cấp Internet Các cổng liệu mã hóa hồn tồn trước gửi đảm bảo việc gửi địa mạng 20 Hình 3.4: Bảo mật liệu từ trạm trường gửi trạm trung tâm Các thông số cấu hình  APN:  APN user name:  APN password: 1.10 Kết nối Module GPRS CP1242-7 với PLC PLC có sẵn slot để cắm module mở rộng Do cần phải cấu hình phần mềm tảng TIA PORTAL siemen Hình 3.6 Chọn kiểu liên kết chức module Hình 2: Chọn chức muốn sử dụng Ở hệ thống chọn chức TeleControl Basic giao tiếp với PLC-S7 1200 21 Hình 3.7: APN setting Hình 3: Để đảm bảo an toàn cho liệu Cần chọn setting APN mà nhà cung cấp thiết đặt sẵn Hình 3.8: Cấu hình TeleSevice Chọn sever cổng gửi liệu lên để đảm bảo liệu gửi địa 22 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ MODULE CP1242-7 Hình 4.1: Module CP1242-7 1.11 Giới thiệu tổng quan module Nhu cầu thu thập xử lý liệu ngày tăng hầu hết lĩnh vực đời sống sản xuất Như thu thập thông tin cảm biến dự báo cháy nổ, nhiệt độ độ ẩm nông nghiệp, dự báo thời tiết, an ninh giám sát, hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm… Chúng ta chủ yếu sử dụng hệ thống có dây để truyền thông liệu qua RS232, 485 hay mạng LAN, internet hệ thống khơng dây sóng vơ tuyến RF, hồng ngoại nhược điểm cự ly truyền thông ngắn mà lại phức tạp Mạng di động hệ thứ hai GSM đời với dịch vụ tin nhắn ngắn SMS, thoại, GPRS phủ sóng khắp nơi Nhận thấy khả truyền thông tin thông tin đo lường, thông tin điều khiển, giám sát xa với khoảng cách không giới hạn nhà sản xuất thiết bị công nghiệp cho đời thiết bị chuyên dụng thu phát GSM với giao tiếp liệu với PLC, máy tính cho phép người dùng khai thác thông tin từ SMS, GPRS vào 23 ứng dụng khác Một thiết bị module truyền thông GPRS CP1242-7 Siemens 4.1.1 Cấu tạo module CP 1242-7 1, Mặt trên: Hình 4.2: Mặt Gồm đèn LED với chức năng: + Network: báo trạng thái có kết nối với mạng di động khơng + CONNECT: Báo trạng thái có kết nối với trạm chủ không + SIGNAL QUALITY: Báo chất lượng mạng di động (vàng: yếu, xanh: khỏe) + TELESERVICE: Báo trạng thái sử dụng TeleService 2, Mặt dưới: 24 Hình 4.3: Mặt + Khe sim: để đặt sim để sử dụng mang GSM, GPRS + Có dắc cắm anten 3, Mặt bên: Hình 4.4: Mặt bên + Có chân kết nối để kết nối với PLC S7-1200 25 I Các loại cấu hình chế độ làm việc 3.1 Các loại cấu hình:  Gửi tin nhắn SMS trạm trường với đối tác truyền thông điện thoại di động thông qua GPRS  Truyền thông từ trạm trường S7-1200 tích hợp CP1242-7 S7-200 tích hợp MD720-3 đến trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet  Truyền thông trực tiếp trạm trường với thông qua GPRS  Truyền thông trạm trường với trạm trung tâm thơng qua GPRS/Internet có trạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường tìm, chẩn đoán lỗi trạm trường 1.12 Các chế độ làm việc Telecontrol Server Basic (TCSB) phần mềm cho phép kết nối 5000 trạm từ xa với thông qua truyền thông không dây GSM/GPRS với giao diện OPC để giám sát, đó: - Có thể thực cho nhiều ứng dụng khác giải pháp cho việc truyền thơng - Ngồi phần mềm cho phép phân phối Trạm, quản lý ứng dụng lúc máy chủ Máy tính có kết nối internet cài đặt TCSB gọi Telecontrol Server hay gọi trạm trung tâm 4.1.2 Telecontrol Hình 4.5: Mơ hình telecontrol - Truyền thông dựa dịch vụ không dây - Hoạt động PLC không phụ thuộc vào nhà cung cấp dịch vụ 26 - Hoạt động PLC bảo mật tuyệt đối nhờ vào APN nhà mạng - Trạm trung tâm giám sát hoạt động trạm từ xa - Kết nối trạm từ xa với trạm trung tâm thông qua giao diện OPC 4.1.3 Teleservice Hình 4.6: Mơ hình Teleservice - Download chương trình hay dự án đến trạm từ xa - Tìm chuẩn đốn lỗi trạm từ xa 4.1.4 Chế độ bảo mật Để bảo vệ trạm khỏi truy cập bất hợp pháp, ta có cách sau: - Tài khoản mật (User password) - Sự cho phép người sử dụng (User permissions) - Đăng kí chủ số điện thoại (Authorized phone numbers) 1.13 Ứng dụng module truyền thông CP1242-7 27 4.1.5 Gửi tin nhắn SMS Hình 4.7: Gửi tin nhắn SMS thơng qua mạng GPRS PLC S7-1200 có gắn module CP1242-7 thơng qua mạng GPRS gửi tin nhắn đến số điện thoại 4.1.6 Giao tiếp trực tiếp trạm PLC có gắn module GSM/GPRS Hình 4.8: Giao tiếp PLC có gắn module GSM/GPRS PLC S7-1200 có gắn module CP1242-7 với địa IP khác giao tiếp với thông qua mạng GPRS 28 4.1.7 Teleservice thông qua mạng GPRS với telecontrol server Hình 4.9: Teleservice thơng qua mạng GPRS với Telecontrol server Kỹ sư với máy trạm có cài STEP7 gửi thơng tin tới máy có cài Telecontrol Server Basic giao thức Ethernet, từ đó, thông qua DSL router kết nối với mạng GPRS để tải chương trình xuống trạm S7-1200 có gắn module CP1242-7 29 Tài liệu tham khảo [1] Các kiểu (Topology) Mạng LAN https://www.totolink.vn/article/59-cac-kieu-topology-cua-mang-lan.html [2] Ứng dụng module truyền thông GSM/GPRS CP1242-7 SIEMENS https://bkaii.com.vn/tin-tuc/tin-tuc-chung/31-ung-dung-module-truyen-thonggprs-gsm-cp1242-7-cua-siemens [3] Firmware V1.3 for CP 1242-7 GPRS Communication Module for S7-1200 Released for Delivery https://support.industry.siemens.com/cs/document/63033580/firmware-v1-3-forcp-1242-7-gprs-communication-module-for-s7-1200-released-for-delivery? dti=0&lc=en-DE [4] CP1242-7 Datasheet 30 ... hội thoại Mạng GPRS hỗ trợ dịch vụ tin ngắn SMS truy nhập ngầm định Hình 1.3: Mạng GPRS 1.1.5 Các phần tử mạng GPRS GPRS áp dụng cách logic cấu trúc mạng GSM việc thêm vào hai nút hỗ trợ GPRS (GSN):... thông qua mạng GPRS 29 Hình 4.8: Giao tiếp PLC có gắn module GSM /GPRS .29 Hình 4.9: Teleservice thông qua mạng GPRS với Telecontrol server………… 30 CHƯƠNG Cấu trúc hệ thống GSM /GPRS 1.1... thái mạng GPRS Ưu điểm mạng hình  Mơ hình mạng GPRS dạng hình đảm bảo q trình hoạt động bình thường có nút thông tin bị hư hỏng Bởi kiểu mạng GPRS hoạt động dựa nguyên lý song song  Đặc điểm cấu