Bài giảng PLC và mạng công nghiệp: Chương 7 - TS. Nguyễn Anh Tuấn

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
UNIVERSITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

PLC và Mạng Công Nghiệp
PLC and Industrial system


Content
1. Cơ sở điều khiển logic
2. Tổng hợp và tối thiểu hóa hàm logic
3. Cấu trúc và nguyên lý làm việc của PLC
4. Giới thiệu về lập trình và IEC 61131-3
5. Ngơn ngữ và kỹ thuật lập trình PLC
6. Lập trình nâng cao PLC
7. Mạng truyền thơng cơng nghiệp


Content
7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
7.1. Cơ sở truyền thông công nghiệp
7.2. Cấu trúc mạng TTCN
7.3. Các mạng công nghiệp thường dùng
7.4. Một số vấn đề trong tích hợp hệ thống
7.5. Một số mơ đun truyền thơng công nghiệp


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
7.1. Cơ sở của truyền thông công nghiệp
❑ Mạng công nghiệp (MCN)
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là khái niệm chung để chỉ
hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các

thiết bị cơng nghiệp.

❑ Vai trị của MCN
+ Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp
+ Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống

+ Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác thơng tin
+ Nâng cao tính linh hoạt, tính năng mở của hệ thống
+ Đơn giản hóa việc tham số hóa, chẩn đốn, định vị lỗi, sự cố của các thiết bị

+ Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
❑ Truyền thông, truyền dữ liệu, truyền tín hiệu
+ Thông tin cần trao đổi giữa các đối tác được mã hóa trước khi được một hệ

thống truyền dẫn tín hiệu chuyển tới phía bên kia.
+ Mã hóa đường truyền là q trình tạo tín hiệu tương ứng với các bit trong gói
dữ liệu hay bức điện theo một phương pháp nhất định để phù hợp với đường
truyền và kỹ thuật truyền

+ Mã hóa đường truyền đồng nghĩa với mã hóa bit, bởi tín hiệu do khâu mã hóa
từng bit tạo ra cũng chính là tín hiệu được truyền dẫn

Nguyên tắc cơ bản của truyền thông


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối

❑ Tốc độ truyền
+ Tốc độ truyền hay tốc độ bit được tính bằng số bit dữ liệu được truyền đi trong
một giây, tính bằng bit/s hoặc bps ( bit per second)

❑ Truyền Bit song song và truyền Bit nối tiếp
Truyền Bit song song
+ Phương pháp truyền bit song song (Hình 2.5a) được dùng phổ biến trong các bus

nội bộ của máy tính như bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus điều khiển
+ Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số các kênh dẫn, hay
cũng chính là độ rộng của một bus song song, ví dụ 8 bit,
16 bit, 32 bit hay 64 bit
+ Cần giải Quyết đồng bộ hóa tại nơi phát và nơi nhận tín
hiệu
+ Khoảng cách giữa các đối tác truyền thông bị hạn chế,
giá thành cao


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
Truyền Bit nối tiếp
+ Phương pháp truyền bi nối tiếp, từng bit được chuyển đi một cách tuần tự qua

một đường truyền duy nhất
+ Tốc độ bit vì thế bị hạn chế, nhưng cách thực hiện lại đơn giản, độ tin cậy của dữ
liệu cao. Tất cả các mạng truyền thông công nghiệp đều sử dụng phương pháp

truyền này.


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối

❑Truyền đồng bộ và không đồng bộ?

❑Truyền một chiều và truyền hai chiều?


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
7.2. Cấu trúc mạng truyền thông công nghiệp
❑ Phân cấp của hệ thống MCN


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Cấp chấp hành
+ Là cấp nằm tại hiện trường và tất nhiên cấp này nằm sát với dây chuyền sản
xuất nhất. Các thiết bị chính trong cấp này là sensor và cơ cấu chấp hành, chúng

có thể được nối mạng trực tiếp hoặc thông qua đường Bus để nối với cấp trên
(cấp điều khiển)
+ Hệ thống Bus dùng để kết nối các thiết bị ở cấp hiện trường với cấp điều khiển
gọi là Bus trường (fieldbus),

+ Các sensor và cơ cấu chấp hành được nối trên đường Bus có thể là các thiết bị
thơng minh hoặc cũng có thể là các thiết bị thơng thường có xử dụng thêm các
bộ chuyển đổi giao thức tương thích.

+ Điển hình của Bus trường là: Profibus-DP, Profibus-PA, Can, Foundation Fielbus,
DeviceNet.


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Cấp điều khiển

+ Gồm các trạm điều khiển hiện trường (FCS), các bộ điều khiển logic lập trình
(PLC), các thiết bị quan sát ..
+ Chức năng thu thập các tín hiệu từ hiện trường, thực hiện điều khiển cơ sở,
điều khiển logic, tổng hợp dữ liệu ...

+ Các thiết bị ở cấp này được kết nối với nhau và kết nối với các thiết bị ở cấp
trên (cấp điều khiển giám sát) thơng qua Bus hệ thống
+ Điển hình của Bus hệ thống là: Profibus-FMS, ControlNet, Industrial Ethernet.


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Cấp điều khiển giám sát
+ Các thiết bị trong cấp này bao gồm các trạm giao tiếp người máy HIS, các trạm
thiết kế kỹ thuật EWS, và các thiết bị phụ trợ khác.
+ Chức năng của cấp này là thực hiện điều khiển q trình (Process Control), thực
hiện các thuật tốn điều khiển tối ưu...
+ Kết nối các thiết bị ở cấp này với các thiết bị ở cấp trên (cấp quản lí kỹ thuật)
được thực hiện thơng qua mạng Ethernet, thực chất đây là một mạng cục bộ LAN,

với tính năng trao đổi thông tin không nhất thiết trong thời gian thực,


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Cấp điều điều hành SX và quản lý công ty
+ Các cấp này rất quan trọng đối với các hoạt động của công ty, tuy nhiên yêu cầu
về tốc độ trao đổi thơng tin cũng như địi hỏi về thời gian thực là không cao,
+ Chức năng của các cấp này là quản lí tình trạng hoạt động của các thiết bị trong

toàn hệ thống cũng như hoạch định chiến lược phát triển sản xuất dựa trên tình
trạng của thiết bị .

+ Một số giao thức dùng trong các hệ thống mạng này là Fast Ethernet, TCP/IP


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
❑ Cấu trúc BUS


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
Cấu trúc mạch vòng (tích cực)

+ Cấu trúc mạch vòng được thiết kế sao cho các thành viên trong mạng

được nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vịng
khép kín

+ Mỗi thành viên đều tham gia tích cực vào việc kiểm sốt dịng tín hiệu


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
Cấu trúc mạch vòng (tích cực)

+ Cấu trúc mạch vòng được thiết kế sao cho các thành viên trong mạng

được nối từ điểm này đến điểm kia một cách tuần tự trong một mạch vịng
khép kín

+ Mỗi thành viên đều tham gia tích cực vào việc kiểm sốt dịng tín hiệu

7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Bus hệ thống Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối

các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát
với nhau được gọi là bus hệ thống (system bus) hay bus quá trình
(process bus)

Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng
nhiều loại máy tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa
trên nền Ethernet, ví dụ Industrial Ethernet, Fieldbus Foundation’s High

Speed Ethernet (HSE), Ethernet/IP.


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Mạng xí nghiệp: Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình

thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp
điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát.
Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet
và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và

IPX/SPX


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢ Mạng cơng ty nằm trên cùng trong mơ hình phân cấp hệ thống

truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp
Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet

và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và
IPX/SPX
Fast Ethernet, FDDI, ATM là một vài ví dụ cơng nghệ tiên tiến
được áp dụng ở đây trong hiện tại và tương lai.


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
➢Giao thức (Protocol) là một tập hợp các quy tắc được sử dụng trong

giao tiếp giữa hai hoặc nhiều thiết bị.
+ Các đối tác truyền thông cần thiết phải tuân theo các quy tắc thủ tục
chung để phục vụ cho việc giao tiếp
+ Quy định một giao thức bao gồm các phần sau:
- Khởi tạo: Phần này khởi tạo các thông số của giao thức và bắt đầu truyền

dữ liệu trên đường truyền


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
- Tạo khung và đồng bộ khung: Phần này định nghĩa thời điểm khởi đầu và thời

điểm kết thúc của khung để bên nhận có thể đồng bộ dữ liệu khi nhận.
- Điều khiển luồng dữ liệu: để đảm bảo rằng với tốc độ này thì bên thu có thể

nhận số liệu mà không bị thiếu.
- Điều khiển truy cập đường truyền: ứng dụng truyền bán song cơng
- Sửa lỗi: Các kí thuật ngày nay sử dụng sửa lỗi tổng khối và CRC.

- Điều khiển Time Out: áp dụng với các bộ truyền khi nó khơng nhận được dữ
liệu trong khoảng thời gian định trước và bộ nhận không thể nhận được các

bản tin trước đó.


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
✓ Giao tiếp nối tiếp (Serial Port)
+ Giao tiếp đơn công
+ Giao tiếp song công


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
✓ RS 232
+ RS-232 (tương ứng với chuẩn châu Âu là CCITT V.24) được xây dựng phục vụ
chủ yếu trong việc ghép nối điểm-điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE, Data

Terminal Equipment), ví dụ giữa hai máy tính (PC, PLC, v.v...), giữa máy tính và
máy in, hoặc giữa một thiết bị đầu cuối và và một thiết bị truyền dữ liệu

+ RS-232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu
điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất
+ Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng từ -15V đến -3V ứng với

giá trị logic 1
+ Ba loại giắc cắm RS-232 là DB-9 (chín chân), DB-25 (25 chân) và ALT-A (26
chân)


7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
+ Giao tiếp nối tiếp DB9

+ Giao tiếp nối tiếp DB25

7. Mạng công nghiệp và giao thức kết nối
✓ RS 422
✓ RS 485