Mạng truyền thông công nghiệp

OPTIMIZE TRADING AND TECHNOLOGY SERVICE
COMPANY LIMITED
AND
RESEARCH CENTRAL AND ELECTRICAL ELECTRONIC
ENGINEERING

M¹ng trun th«ng
c«ng nghiƯp
Biên soạn:
KS. Lê Thân
ThS. Nguyễn Kim Ánh
CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

1


Mạng truyền thông công nghiệp

Section 1: Khỏi nim c bn về truyền thơng và mạng TTCN
Section 2: Mơ hình ISO
Section 3: Kiến trúc mạng (topology) và môi trường truyền dẫn
Section 4: Các thiết bị sử dụng cho cấp liên mạng
Section 5: Các phương pháp điều khiển truy nhập môi trường
Section 6: Mơ hình phân cấp trong mạng TTCN
Section 7: ASi
Section 8: CANopen

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

2


Mạng truyền thông công nghiệp

Section 9: DiviceNet
Section 10: Ethernet TCP/IP - Modbus
Section 11: Profibus-DP
Section 12: FIPIO
Section 13: Interbus
Section 14: Modbus

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

3


Mạng truyền thông công nghiệp

Section 1
Khỏi nim c bn v truyền thơng và
mạng TTCN

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

4

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Những khái niệm cơ bản về truyền thông
 Truyền thông là khái niệm dùng để chỉ sự trao đổi thông tin giữa các đối tác
(communications partner) với nhau.
Data

Transmission

Medium

Receiver

Medium

Receiver

Data

Transmitter/Receiver

Transmission
Transmitter/Receiver

 Tín hiệu được tạo ra trên cơ sở của các đại lượng vật lý (ánh sáng, âm thanh,
hình ảnh, điện áp, dịng điện, tần số,…).
Tín hiệu là mơi trường để chuyển tải thơng tin.
 Dữ hiệu là phần thơng tin có ích.
CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

5


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Các phương pháp truyền tín hiệu
 Dữ liệu có thể được truyền theo dạng analog: các giá trị đi theo một tiến trình
liên tiếp nhau.

 Dữ liệu có thể được truyền theo dạng digital: các giá trị đi theo một tiến trình
liên tiếp nhau (lấy mẫu).

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

6


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Các kiểu truyền
 Truyền một chiều (simplex transmission)

 Truyền hai chiều gián đoạn (half duplex transmission)

 Truyền hai chiều toàn phần (full duplex transmission)

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

7


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Các kiểu truyền
 Truyền nối tiếp (serial transmission):
Kiểu liên kết này thường yêu cầu 3 dây dẫn: send, receive and earth.
10110101001

101110101001

Các bit trong 1 byte được truyền lần lượt theo thứ tự trước – sau.
 Truyền song song (parallel transmission):
Các bit trong 1 byte được truyền đồng thời cùng một lúc.
Sử dụng cho khoảng cách truyền ngắn.
Chất lượng của tín hiệu tỉ lệ nghịch với số kênh truyền.
1
0
1
1
0
1
0
1
CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

8

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Kiểu truyền đồng bộ và không đồng bộ trong chế độ nối tiếp
 Truyền nối tiếp đồng bộ (synchronous serial transmission):
Dữ liệu được truyền một cách liên tục (khơng có khoảng thời gian gián đoạn).
Một tín hiệu đồng bộ được truyền song song với tín hiệu là dữ liệu.
 Truyền nối tiếp không đồng bộ (asynchronous serial transmission):
Bit đồng bộ là bit START, STOP (nằm ngồi các bit dữ liệu).

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

9


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Kết luận

Do nguyên nhân về giá thành và tính bền vững mà
trong hầu hết các mạng truyền thông đều sử dụng kiểu
truyền dữ liệu dạng số nối tiếp không đồng bộ
hai chiều gián đoạn.

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

10

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thơng

Có bao nhiêu mạng truyền thông trong công nghiệp?

Seriplex
Echolon

ASi

us
odb

M
CAN WorldFIP

Ethernet

bus
n Field
a tio
Found

/IP

FIPWAY

Modbus Serial

CC
-Lin

k
FIPIO

Pl
us

???...
ay

Modbus TCP/IP

elw

bu
s

Un
i-T

M
od

DS
S

pe
No

CA

PROFINET
Profibus
Interbus
Fo
LonW
un
o rk s
da
tio
t
nF
DeviceNet
a ne
iel
r
Ethernet Industrial
db
Int
us
LonBus
T
HAR

n

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

11


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Network là gì?
 Là một nhóm thiết bị (communication partner) được kết nối cùng với
nhau theo một cấu trúc nào đó nhằm mục đích trao đổi hoặc chia sẻ thơng
tin, tài ngun cho nhau trong một mơi tường truyền dẫn chung.

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

12


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Tại sao phải kết nối mạng (network connection)?
 Điều khiển mềm dẻo và nhanh chóng dịng chảy của thơng tin phục vụ cho:
 Truy xuất để hiển thị (bức tranh quá trình), lưu trữ, cảnh báo, chuẩn đốn
máy móc từ xa.
 Trao đổi lượng lớn thông tin một cách tức thời  nâng cao được chất lượng
của điều khiển.
 Nhanh chóng trong vấn đề phát hiện lỗi cũng như việc khắc phục.
 Hệ thống được đồng bộ hóa do tính chất tồn cục (global) của dữ liệu
 Giảm chi phí và khơng gian về lắp đặt (tối thiểu hóa dây nối thơng qua các
bus ngoại vi phân bố (distributed peripherals)).
 Dễ dàng và nhanh chóng trong việc thay đổi về số lượng cũng như chất
lượng của sản phẩm do điều khiển tập trung tại CCR.

 Giảm thời gian xây dựng hoặc nâng cấp cơng nghệ.

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

13


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Tại sao phải kết nối mạng (network connection)?

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

14


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thơng

Cần có những gì để xây dựng mạng (network)?

1. Lựa chọn giao thức (protocol) mạng.
2. Lựa chọn các Controller phù hợp cho chức năng điều khiển và truyền thông theo
protocol đã lựa chọn.
3. Các chủng loại cáp kết nối phù hợp với khoảng cánh và tốc độ truyền thơng.
4. Máy tính, máy in, card mạng,… tương thích với giao thức.
5. Các thiết bị kết nối liên mạng.
6. Softwares, Driver,… thích hợp.

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

15


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Các kiểu mạng cơ sở

 Master/Slave:
 Peer to Peer:
 Server/Client:
 Subnet (mạng con)
 Hệ thống truyền thơng có dự phịng

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

16


Các kiểu mạng cơ sở

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thơng

 Master/Slave:
 Ví dụ:

 Administration và tất cả mọi hoạt động thông qua

trung tâm (Master).
 Hoạt động thông qua nguyên tắc hỏi vòng.
 Khái niệm này thường được sử dụng cho các mạng
con ở cấp trường, ví dụ việc kết nối giữa controller với
các module ngoại vi phân bố hoặc contrller với MCC
hoặc cotroller với mạng ASi…
CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

17


Các kiểu mạng cơ sở

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

 Peer to Peer:

 Administration được phân bố đều cho các đối tác
truyền thông (cùng cấp).
 Môi trường truyền thơng được chia sẽ cho nhau.
 Ví dụ:

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

18


Các kiểu mạng cơ sở

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

 Server/Client:
 Administration được phân bố
tại trung tâm (Server).
 Quản lý tồn bộ dịng chảy của
thơng tin trong hệ thống.
 Môi trường truyền thông được
chia sẽ cho nhau.
 Ví dụ:

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

19


Các kiểu mạng cơ sở

Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thơng

 Subnet (mạng con): Subnet là tồn bộ các thành phần vật lý, chuẩn, giao thức,
dịch vụ đồng nhất để thực hiện một kết nối thống nhất để phục vụ cho việc trao đổi
và quản lý dữ liệu.
 Các kết nối
giữa các trạm
nối vào subnet
không đi qua
gateway.

 Một subnet
được coi là một
mơi trường
truyền thơng.
 Ví dụ: có ba subnet (1 subnet MPI, 2 subnet Profibus DP), các S7 400 làm nhiệm
vụ điều khiển và quản lý hai subnet Profibus DP vừa làm nhiệm vụ của gateway để
liên kết ba subnet lại với nhau.
CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

20


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Hệ thống truyền thơng có dự phịng (Redundant Communication System)
 Là hệ thống có độ dự trữ có thể tăng lên gấp đơi đơi khi có thể gấp ba lần ở tại
một số CPU, nguồn cung cấp cho hệ thống điều khiển hoặc mơi trường truyền thơng
(các bus truyền), dự phịng về I/O.
 Các cơ chế giám sát và đồng bộ hóa sẽ được đảm bảo nếu có một thành phần bị
lỗi thì sẽ có một thành phần khác thay thế ngay (tùy theo mức độ dự phịng) mà
khơng nhất thiết phải dừng hệ thống để xử lý.
 Việc dự phòng này ở các cấp độ khác nhau tùy thuộc vào mức độ quan trọng của
hệ thống, thực tế người ta có thể chia ra các cấp độ như sau:
 Dự phòng nóng (Host Standby): thời gian chuyển mạch < 10 ms.
 Dự phòng ấm: 10 ms < thời gian chuyển mạch < 100 ms.
 Dự phòng lạnh (nguội): dự phòng dạng này phải ngừng hệ thống
trong khoảng thời gian ngắn để thay thế thiết bị.
CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

21


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Hệ thống truyền thơng có dự phịng (Redundant Communication System)
 Dự phịng CPU và bus truyền
thông trong kết nối của CPU S7400H của SIEMENS.

 Dự phòng Server, CPU AC800M
và các bus truyền thơng trong kết nối
của ABB.

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

22


Section 1: Khái niệm cơ bản về truyền thông

Hệ thống truyền thơng có dự phịng (Redundant Communication System)

CƠNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

23

Mạng truyền thông công nghiệp

Section 2
Mụ hỡnh ISO
(Open System Interconnect
Reference model )

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

24


Section 2: Mơ hình OSI

Ý nghĩa của mơ hình OSI là gì?

 Sự trao đổi thơng tin giữa các thiết bị của các hãng công nghiệp thực hiện theo
các chuẩn giao thức, chuẩn truyền dẫn, truy cập môi trường… rất khác nhau.
 Chính vì lý do đó, vào năm 1984 tổ chức quốc tế ISO (International
Standardization Organization) đã thống nhất và đưa ra một mơ hình chuẩn 7 lớp, lớp
thấp nhất là lớp 1 và cao nhất là lớp 7 để thống nhất giữa các hãng công nghiệp với
nhau.
 Nhằm mục đích kết nối những thiết bị của các hãng khác nhau lại cùng với nhau
trong cùng môi trường truyền dẫn.

CÔNG TY TNHH TM&DVKT TỐI ƯU ;
email:

25