Mạng truyền thông công nghiệp
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (3.65 MB, 81 trang )
Tài liệu:
Industrial Communication Networks
1.
2.
MẠNG TRUYỀN THƠNG
CƠNG NGHIỆP
3.
4.
ThS. LƯU HỒNG
2
1
Mạng truyền thơng cơng nghiệp – Hồng Minh Sơn
– NXB KH&KT
Bài giảng Mạng truyền thông công nghiệp – Nguyễn
Tấn Đời – ĐH SPKT TP.HCM
Giáo trình Mạng truyền thơng cơng nghiệp –
Nguyễn Kim Ánh, Nguyễn Mạnh Hà – ĐH BK Đà
Nẵng
Giáo trình Kỹ thuật thơng tin cơng nghiệp – Đỗ Văn
Tồn
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
2
Nội dung:
Chương 1: GIỚI THIỆU
Chương 1: Giới thiệu
Chương 2: Cơ sở kỹ thuật
Chương 3: Các thành phần của hệ thống mạng
Chương 4: Các hệ thống BUS tiêu biểu
Chương 5: Thiết kế hệ thống mạng
1.
Mạng truyền thơng cơng nghiệp là gì?
2.
Vai trị của mạng truyền thông công nghiệp
3.
Phân loại và đặc trưng của các hệ thống
mạng công nghiệp
3
3
17-Sep-22
4
Industrial Comunication Networks
4
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp là gì?
1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp là gì?
17-Sep-22
17-Sep-22
5
Industrial Comunication Networks
5
Mạng cơng nghiệp hay mạng truyền thông công
nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống
mạng truyền thông số được sử dụng để ghép
nối các thiết bị công nghiệp.
Phần lớn các mạng truyền thơng sử dụng
phương pháp truyền tín hiệu số nối tiếp bất đồng
bộ bán song công để giảm giá thành và tăng độ
ổn định của đường truyền.
Industrial Comunication Networks
6
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.1 Mạng truyền thơng cơng nghiệp là gì?
1.2 Vai trị của mạng truyền thơng cơng nghiệp
17-Sep-22
7
6
Industrial Comunication Networks
Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị
cơng nghiệp.
Tiết kiệm dây nối và công kết nối lắp đặt hệ thống
nhờ cấu trúc đơn giản.
Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thơng tin.
Nâng cao tính linh hoạt, tính mở của hệ thống.
Dễ dàng chẩn đốn, định vị lỗi của các thiết bị.
Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng
mới của hệ thống.
17-Sep-22
7
8
Industrial Comunication Networks
8
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng cơng nghiệp
Để sắp xếp phân loại và phân tích đặc trưng của
các hệ thống mạng công nghiệp, ta dựa vào mơ
hình phân cấp cho các cơng ty, xí nghiệp sản
xuất.
Với mơ hình này, các chức năng được phân
thành nhiều cấp khác nhau và được mơ tả trong
hình vẽ sau:
Mơ hình phân cấp chức năng
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
9
9
Industrial Comunication Networks
10
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
Càng ở cấp dưới thì các chức năng càng mang
tính chất cơ bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn
về độ nhanh nhạy, thời gian phản ứng ...
Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa
trên các chức năng cấp dưới.
Cấp trên khơng địi hỏi thời gian phản ứng nhanh
như ở cấp dưới nhưng ngược lại lượng thông tin
cần trao đổi và xử lý lại lớn hơn nhiều.
Phân cấp tiện lợi cho công việc thiết kế hệ thống.
17-Sep-22
11
10
Industrial Comunication Networks
Tương ứng với 5 cấp chức năng là 4 cấp của hệ
thống truyền thông.
Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ
"bus" thường được dùng thay thế cho "mạng"
Lý do phần lớn các hệ thống phía dưới đều có
cấu trúc vật lý hoặc logic theo kiểu bus.
17-Sep-22
11
12
Industrial Comunication Networks
12
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
Bus trường (fieldbus): là một khái niệm chung
được dùng trong công nghiệp để chỉ các hệ
thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số
để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC,
PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp chấp
hành hay các thiết bị trường.
Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo
lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong
các trường hợp cần thiết.
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
Các thiết bị có khả năng nối mạng là:
•
•
•
Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạng
các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với
các bộ điều khiển, cũng được gọi là bus chấp
hành/cảm biến.
Bus trường cũng có thể hiểu là Bus thiết bị.
17-Sep-22
13
13
Các vào/ra phân tán (distributed I/O)
Các thiết bị đo lường (sensor, tranducer, transmitter)
Các cấp chấp hành (actuator, value) có tích hợp khả
năng xử lý truyền thơng.
Industrial Comunication Networks
14
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
Đặc trưng của bus trường:
•
•
•
•
Thời gian phản ứng thường nằm trong phạm vi từ 0,1
tới vài mili giây
Lượng thông tin trong một gói tin thường chỉ hạn chế
trong khoảng một vài byte
Tốc độ truyền thông thường chỉ cần ở phạm vi Mbit/s
hoặc thấp hơn.
Việc trao đổi thông tin về các biến q trình chủ yếu
mang tính chất định kỳ, tuần hồn, bên cạnh các thơng
tin tham số hóa hoặc cảnh báo có tính chất bất thường.
17-Sep-22
15
14
Industrial Comunication Networks
Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng
rãi nhất hiện nay là:
•
•
•
•
•
•
•
PROFIBUS
ControlNet
INTERBUS
CAN
WordFIP
P-NET
Modbus
17-Sep-22
15
16
Industrial Comunication Networks
16
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng cơng nghiệp
Ngồi ra cịn có:
•
•
•
•
•
Foundation Fielfbus
DeviceNet
AS-i
EIB
Bitbus
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
Bus hệ thống, bus q trình: Các hệ thống
mạng cơng 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).
Bus hệ thống giúp các máy tính điều khiển có thể
phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình
cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát cũng như
nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm
phía trên.
17-Sep-22
17
17
Industrial Comunication Networks
18
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
Bus điều khiển: khi bus hệ thống chỉ được sử
dụng để ghép nối theo chiều ngang giữa các máy
tính điều khiển, người ta dùng khái niệm bus điều
khiển.
Vai trò của bus điều khiển là phục vụ trao đổi dữ
liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trong
một hệ thống có cấu trúc phân tán.
Bus điều khiển thơng thường có tốc độ truyền
khơng cao, nhưng u cầu về tính năng thời gian
thực thường rất khắt khe.
17-Sep-22
19
18
Industrial Comunication Networks
Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả
năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, hầu hết
các bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nền
Ethernet, ví dụ:
•
•
•
•
•
•
Industrial Ethernet
Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet (HSE)
Ethernet/IP
PROFIBUS- FMS
ControlNet
Modbus Plus
17-Sep-22
19
20
Industrial Comunication Networks
20
GIỚI THIỆU
GIỚI THIỆU
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng công nghiệp
1.3 Phân loại và đặc trưng
các hệ thống mạng cơng nghiệp
Mạng xí nghiệp: thực chất là một mạng LAN bình
thường có chức năng kết nối các máy tính thuộc
cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát.
Mạng xí nghiệp khơng u cầu nghiêm ngặt về tính
năng thời gian thực.
Việc trao đổi dữ liệu không diễn ra định kỳ, nhưng
có khi với số lượng lớn đến hàng Mbyte.
Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích
này là Ethernet và Token-Ring. Trên cơ sở giao
thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX.
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
Mạng công ty: Đặc trưng của mạng công ty gần
với mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện
rộng (WAN).
Chức năng của mạng cơng ty là kết nối các máy
tính của các văn phịng của các xí nghiệp, cung cấp
các dịch vụ trao đổi thơng tin nội bộ và với các
khách hàng.
Mạng cơng ty có vai trò quan trọng trong hệ thống
hạ tầng cơ sở truyền thơng của một cơng ty, địi hỏi
cao về tốc độ truyền thơng và độ an tồn, tin cậy.
17-Sep-22
21
21
Industrial Comunication Networks
22
22
1.4 Cấu trúc cơ bản của
hệ thống mạng công nghiệp
17-Sep-22
23
Industrial Comunication Networks
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
1.4.1. Cấu trúc vào ra
Vào ra tập trung (Central I/O)
17-Sep-22
23
24
Industrial Comunication Networks
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
24
1.4.1. Cấu trúc vào ra
Vào ra phân tán (Remote I/O)
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
1.4.1. Cấu trúc vào ra
Vào ra phân tán với bus trường chuẩn
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
Ưu điểm:
Tiết kiệm chi phí dây dẫn và công lắp đặt.
Cấu trúc đơn giản, thiết kế và bảo trì dễ dàng.
Tăng độ tin cậy của hệ thống:
•
•
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
•
•
•
Dễ dàng lựa chọn thiết bị vào/ra
Dễ dàng trong thiết kế cấu trúc hệ thống
Dễ dàng mở rộng hệ thống
Industrial Comunication Networks
26
26
1.4.1. Cấu trúc vào ra
Thiết bị thường và thiết bị bus trường
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
1.4.1. Cấu trúc vào ra
Vào ra trực tiếp với thiết bị bus trường
17-Sep-22
27
Tăng độ linh hoạt của hệ thống:
17-Sep-22
25
25
Truyền KT số nên hạn chế lỗi
Dễ dàng phát hiện lỗi nếu có
Industrial Comunication Networks
Cấu trúc đơn giản, dễ thiết kế và lắp đặt.
Giảm chi phí cáp truyền, các khối vào/ra và các phụ kiện
Giảm kích thước tủ điều khiển.
Đưa vào vận hành và khả năng chẩn đoán các thiết bị
trường qua mạng một cách dễ dàng.
Khả năng tích hợp các chức năng điều khiển tự động.
xuống các thiết bị trường.
17-Sep-22
27
28
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
Industrial Comunication Networks
28
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
1.4.2. Cấu trúc điều khiển
Điều khiển cục bộ/điều khiển song song
1.4.2. Cấu trúc điều khiển
Điều khiển tập trung nối dây truyền thống
•
Mỗi máy tính điều khiển một hệ thống riêng lẻ.
Khơng có sự kết nối thơng tin.
17-Sep-22
•
17-Sep-22
29
Industrial Comunication Networks
29
Industrial Comunication Networks
30
30
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
1.4.2. Cấu trúc điều khiển
Điều khiển phân tán
1.4.2. Cấu trúc điều khiển
Điều khiển tập trung sử dụng bus trường
•
•
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
Điều khiển tập trung trong khi các thiết bị cảm biến và chấp hành vẫn
ở dạng phân tán.
Việc kết nối đơn giản thông qua bus trường.
17-Sep-22
31
Tất cả được kết nối tập trung về một hệ thống điều khiển nên có khả
năng liên kết các quá trình hoạt động của hệ thống.
Dây dẫn kết nối nhiều và phức tạp, khó xử lý sự cố.
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
31
32
Industrial Comunication Networks
32
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
1.4.2. Cấu trúc điều khiển
Điều khiển giám sát
1.4.2. Cấu trúc điều khiển
Điều khiển phân tán sử dụng bus trường
•
•
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
33
Industrial Comunication Networks
34
Industrial Comunication Networks
36
34
Siemens
17-Sep-22
35
ES: Engineering Station
OS: Operator Station
17-Sep-22
33
KIẾN TRÚC HỆ
THỐNG
Allen-Bradley
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
35
36
Yokogawa
Chương 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT
17-Sep-22
37
Industrial Comunication Networks
37
1.
Các khái niệm cơ bản
2.
Các phương pháp truyền tải
3.
Cấu trúc mạng
4.
Kiến trúc giao thức
38
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
38
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.1. Các khái niệm cơ bản
2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu
2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu
Thơng tin: là một khái niệm trừu tượng, nó phản
ánh thực tại khách quan, cho chúng ta hiểu biết,
nhận thức được thế giới khách quan.
Dữ liệu: là dạng biểu diễn thông tin phụ thuộc vào
mục đích, tính chất của ứng dụng. Trong trường
hợp thơng tin được số hóa sử dụng hệ đếm nhị
phân ta có được dữ liệu nhị phân.
Data có thể là ánh sáng, âm thanh, hình ảnh,
điện áp, …
17-Sep-22
39
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
39
40
Industrial Comunication Networks
40
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.1.1. Thông tin, dữ liệu và tín hiệu
2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu
Tín hiệu: là diễn biến của một đại lượng vật lý
chứa đựng tham số thơng tin/dữ liệu và có thể
truyền dẫn được.
Việc trao đổi thông tin hay dữ liệu chỉ có thể thực
hiện được nhờ tín hiệu.
Trong các lĩnh vực kỹ thuật, các loại tín hiệu
thường dùng là: quang, điện, khí nén, thủy lực và
âm thanh.
17-Sep-22
Các tham số sau thường được dùng trực tiếp, gián
tiếp hay kết hợp để biểu thị nội dung thơng tin:
•
•
•
Tín hiệu có thể phân loại dựa theo tập hợp giá trị
của tham số thông tin hoặc dựa theo diễn biến thời
gian thành những dạng sau:
17-Sep-22
41
Industrial Comunication Networks
41
Biên độ (điện áp, dòng..)
Tần số, nhịp xung, độ rộng xung, sườn xung
Pha, vị trí xung
42
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu
•
•
2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu
•
Tương tự: Tham số thơng tin có thể có một giá trị bất kỳ
trong một khoảng nào đó.
Gián đoạn: Tín hiệu chỉ có ý nghĩa tại những thời điểm nhất
định.
17-Sep-22
43
42
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
•
Liên tục: Tín hiệu có ý nghĩa tại bất kỳ thời điểm nào trong
một khoảng thời gian quan tâm. Nói theo ngơn ngữ tốn
học, một tín hiệu liên tục là một hàm liên tục của biến thời
gian trong một khoảng xác định
Rời rạc: Tham số thơng tin chỉ có thể có một số giá trị (rời
rạc) nhất định.
17-Sep-22
43
44
Industrial Comunication Networks
44
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.1.2. Truyền thông, truyền dữ liệu
và truyền tín hiệu
2.1.1. Thơng tin, dữ liệu và tín hiệu
Khi các giá trị tham số thơng tin của một tín hiệu
được biểu diễn bằng mã nhị phân, thì dạng tín hiệu
đặc biệt này được gọi là tín hiệu số.
Tín hiệu số dùng để truyền tải thơng tin đã được
dữ liệu hóa.
Với tín hiệu số, ta chỉ cần phân biệt giữa hai trạng
thái của tín hiệu ứng với các bit 0 và 1, vì vậy sẽ
hạn chế được một cách hiệu quả sự sai lệch thông
tin bởi sự tác động của nhiễu.
17-Sep-22
17-Sep-22
45
Industrial Comunication Networks
45
Nguyên tắc cơ bản của truyền thông.
46
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.1.2. Truyền thông, truyền dữ liệu
và truyền tín hiệu
2.1.2. Truyền thơng, truyền dữ liệu
và truyền tín hiệu
Mã hóa và giải mã:
Thơng 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 chỉ q trình biến đổi nguồn thơng tin (dữ
liệu) cần trao đổi sang một chuỗi tín hiệu thích
hợp để truyền dẫn.
Q trình này ít nhất thường bao gồm hai bước:
mã hóa nguồn và mã hóa đường truyền.
Tốc độ truyền:
Tốc độ truyền hay tốc độ bit được tính bằng số
bit dữ liệu được truyền đi trong một giây: bit/s
hoặc bps (bit per second).
Nếu tần số nhịp được ký hiệu là f và số bit truyền
đi trong một nhịp là n, số bit được truyền đi trong
một giây sẽ là v = f*n.
Nếu mỗi nhịp chỉ có một bit duy nhất được
chuyển đi (n=1) thì v = f.
17-Sep-22
47
46
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
47
48
Industrial Comunication Networks
48
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.1.2. Truyền thông, truyền dữ liệu
và truyền tín hiệu
2.2. Chế độ truyền tải
Thời gian bit/Chu kỳ bit:
Thời gian bit hay chu kỳ bit được định nghĩa
là thời gian trung bình cần thiết để chuyển một bit,
hay chính bằng giá trị nghịch đảo của tốc độ truyền
tải:
TB = 1/v
TB = 1/f, trường hợp n = 1
Là phương thức các bit dữ liệu được chuyển giữa
các đối tác truyền thông.
Các chế độ truyền tải như sau:
•
•
•
•
17-Sep-22
17-Sep-22
49
Industrial Comunication Networks
49
Truyền bit song song hoặc truyền bit nối tiếp
Truyền đồng bộ hoặc không đồng bộ
Truyền một chiều hay đơn cơng (simplex), hai chiều tồn
phần, hai chiều đồng thời hay song công (duplex, fullduplex) hoặc hai chiều gián đoạn hay bán song công (halfduplex)
Truyền tải dải cơ sở, truyền tải dải mang và truyền tải dải
rộng.
50
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Chế độ truyền tải
Truyền song song và truyền nối tiếp
2.2. Chế độ truyền tải
Truyền song song và truyền nối tiếp
Truyền song song:
• Các bit được phát cùng lúc.
• Được dùng phổ biến trong các bus nội bộ của
•
•
17-Sep-22
51
50
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
máy tính như bus địa chỉ, bus dữ liệu và bus
điều khiển.
Tốc độ truyền tải phụ thuộc vào số các kênh
dẫn, cũng là độ rộng của một bus song song, ví
dụ 8 bit, 16 bit, 32 bit hay 64 bit.
Sử dụng cho đường truyền ngắn, các kênh dễ
gây nhiễu với nhau, chất lượng tín hiệu kém.
17-Sep-22
51
52
Industrial Comunication Networks
52
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền đồng bộ và không đồng bộ
2.2. Chế độ truyền tải
Truyền song song và truyền nối tiếp
Truyền nối tiếp:
• Đường truyền sử dụng 3 dây dẫn: thu, phát và
•
•
•
mass.
Từng bit được chuyển đi một cách tuần tự qua
một đường truyền duy nhất.
Tuy 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.
17-Sep-22
Truyền nối tiếp đồng bộ:
• Dữ liệu được phát liên tục.
• Các đối tác truyền thông làm việc theo cùng một
nhịp, tức với cùng tần số và độ lệch pha cố định.
• Có thể qui định một trạm có vai trị tạo nhịp và
dùng một đường dây riêng mang nhịp đồng bộ
cho các trạm khác.
17-Sep-22
53
Industrial Comunication Networks
53
54
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền đồng bộ và không đồng bộ
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền đồng bộ và không đồng bộ
Truyền nối tiếp đồng bộ:
Truyền nối tiếp khơng đồng bộ:
• Với chế độ này, bên gửi và bên nhận khơng làm
•
•
•
17-Sep-22
55
54
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
việc theo một nhịp chung.
Dữ liệu trao đổi thường được chia thành từng
nhóm 7 hoặc 8 bit, gọi là ký tự.
Các ký tự được chuyển đi vào những thời điểm
khơng đồng đều, vì vậy các bit đồng bộ (Start và
Stop) được đặt chung với dữ liệu.
Việc đồng bộ hóa được thực hiện với từng ký tự.
17-Sep-22
55
56
Industrial Comunication Networks
56
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền đồng bộ và không đồng bộ
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền một chiều và truyền hai chiều
• Tương tự như các đường giao thông, một đường
Truyền nối tiếp không đồng bộ:
•
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
57
57
truyền dữ liệu có khả năng hoặc làm việc dưới
chế độ một chiều, hai chiều toàn phần hoặc hai
chiều gián đoạn.
Chế độ truyền này ít phụ thuộc vào tính chất vật lý
của mơi trường truyền dẫn, mà phụ thuộc vào
phương pháp truyền dẫn tín hiệu, chuẩn truyền
dẫn (RS-232, RS-422, RS-485, ...) và vào cấu
hình của hệ thống truyền dẫn.
58
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền một chiều và truyền hai chiều
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền một chiều và truyền hai chiều
Chế độ truyền một chiều (Simplex):
• Trong chế này, thơng tin chỉ được chuyển đi theo
•
•
17-Sep-22
59
58
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
một chiều, một trạm chỉ có thể đóng vai trị hoặc
bên phát (transmitter) hoặc bên nhận thơng tin
(receiver) trong suốt q trình giao tiếp.
Ví dụ trong máy tính sử dụng chế độ truyền này
như giao diện giữa bàn phím, chuột hoặc màn
hình với máy tính.
Chế độ truyền một chiều hầu như khơng có vai trị
đối với mạng công nghiệp.
17-Sep-22
59
60
Industrial Comunication Networks
60
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền một chiều và truyền hai chiều
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền một chiều và truyền hai chiều
Chế độ truyền hai chiều gián đoạn (Halfduplex):
• Cho phép mỗi trạm có thể tham gia gửi hoặc nhận
thông tin, nhưng không cùng một lúc.
• Thơng tin được trao đổi theo cả hai chiều luân
•
•
phiên trên cùng một đường truyền vật lý.
Ưu điểm là khơng địi hỏi cấu hình hệ thống phức
tạp lắm và tốc độ truyền tương đối cao.
Chế độ truyền này được sử dụng phổ biến trong
mạng cơng nghiệp, ví dụ với chuẩn RS-485.
17-Sep-22
17-Sep-22
61
Industrial Comunication Networks
61
Industrial Comunication Networks
62
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền một chiều và truyền hai chiều
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng
Truyền tải dải cơ sở:
Chế độ truyền hai chiều tồn phần (Fullduplex):
• Một tín hiệu mang một nguồn thơng tin có thể biểu
• Mỗi trạm đều có thể gửi và nhận thơng tin cùng
•
•
một lúc.
Chế độ này khác với chế độ hai chiều gián đoạn
là phải sử dụng hai đường truyền riêng biệt cho
thu và phát.
Chế độ truyền hai chiều tồn phần chỉ thích hợp
với kiểu liên kết điểm-điểm, như là cấu trúc mạch
vòng và cấu trúc hình sao.
17-Sep-22
63
62
Industrial Comunication Networks
•
•
diễn bằng tổng của nhiều dao động có tần số
khác nhau nằm trong một phạm vi hẹp, được gọi
là dải tần cơ sở hay dải hẹp.
Tín hiệu được truyền đi chính là tín hiệu được tạo
ra sau khi mã hóa bit, nên có tần số cố định hoặc
nằm trong một khoảng hẹp nào đó, tùy thuộc vào
phương pháp mã hóa bit.
Ví dụ có thể qui định mức tín hiệu cao ứng với bit
0 và mức tín hiệu thấp ứng với bit 1.
17-Sep-22
63
64
Industrial Comunication Networks
64
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng
Truyền tải dải cơ sở:
• Trong một nhịp chỉ có thể truyền đi một bit duy nhất. Có
•
•
nghĩa là đường truyền chỉ có thể mang một kênh thơng
tin duy nhất.
Mọi thành viên trong mạng phải phân chia thời gian để
sử dụng đường truyền. Tốc độ truyền tải vì thế tuy có bị
hạn chế.
Phương pháp này dễ thực hiện và tin cậy, được dùng
chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thơng cơng
nghiệp.
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
• Là sử dụng một tín hiệu khác - gọi là tín hiệu mang, có
•
•
•
tần số nằm trong một dải tần thích hợp - gọi là dải
mang. Dải tần này thường lớn hơn nhiều so với tần số
nhịp.
Dữ liệu cần truyền tải sẽ dùng để điều chế tần số, biên
độ hoặc pha của tín hiệu mang.
Bên nhận sẽ thực hiện quá trình giải điều chế để hồi
phục thông tin nguồn.
Phương thức này chỉ áp dụng cho một kênh truyền tin
duy nhất, giống như truyền tải dải cơ sở.
17-Sep-22
65
65
Truyền tải dải mang:
66
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.2. Các phương pháp truyền
Truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng
2.3. Cấu trúc mạng - Topology
Truyền tải dải rộng:
• Phương thức truyền tải dải rộng và kỹ thuật dồn kênh
•
được dùng rộng rãi trong các mạng viễn thông bởi tốc
độ cao và khả năng truyền song song nhiều nguồn
thơng tin.
Tuy nhiên, vì đặc điểm phạm vi mạng, lý do giá thành
thực hiện và tính năng thời gian, truyền tải băng rộng
cũng như kỹ thuật dồn kênh hầu như khơng đóng vai trị
gì trong các hệ thống truyền thông công nghiệp.
17-Sep-22
67
66
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
Cấu trúc mạng liên quan tới tổ chức và phương
thức phối hợp hoạt động giữa các thành phần
trong một hệ thống mạng.
Cấu trúc mạng ảnh hưởng tới nhiều tính năng kỹ
thuật, trong đó có độ tin cậy của hệ thống.
Có thể phân biệt các dạng cấu trúc cơ bản là bus,
mạch vịng (tích cực) và hình sao.
Một số cấu trúc phức tạp hơn, ví dụ cấu trúc cây,
đều có thể xây dựng trên cơ sở phối hợp ba cấu
trúc cơ bản này.
17-Sep-22
67
68
Industrial Comunication Networks
68
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc bus
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc bus
Trong cấu trúc đơn giản này, tất cả các thành viên
của mạng đều được nối trực tiếp với một đường
dẫn chung.
Đặc điểm cơ bản của cấu trúc bus là việc sử dụng
chung một đường dẫn duy nhất cho tất cả các
trạm nên tiết kiệm được cáp dẫn và công lắp đặt.
Có 3 kiểu cấu hình trong cấu trúc bus:
•
•
•
Với daisy-chain, mỗi trạm được nối mạng trực tiếp
tại giao lộ của hai đoạn dây dẫn, không qua một
đoạn dây nối phụ nào.
Ngược lại, trong cấu hình trunk-line/drop-line, mỗi
trạm được nối qua một đường nhánh (drop-line)
để đến đường trục (trunk-line).
Daisy-chain
Trunk-line/drop line
Mạch vòng khơng tích cực
17-Sep-22
17-Sep-22
69
Industrial Comunication Networks
69
70
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc bus
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc bus
Cịn mạch vịng khơng tích cực thực chất chỉ khác
với trunk-line/drop-line ở chỗ đường truyền được
khép kín.
17-Sep-22
Industrial Comunication Networks
Ưu điểm:
•
•
•
Tiết kiệm dây dẫn
Cấu trúc đơn giản, dễ thực hiện
Trường hợp một trạm không làm việc (do hỏng hóc, do cắt
nguồn,...) khơng ảnh hưởng tới phần mạng cịn lại
71
70
Industrial Comunication Networks
Một số ví dụ mạng cơng nghiệp tiêu biểu có cấu trúc bus là
PROFIBUS, CAN, WorldFIP, Foundation Fieldbus, LonWorks,
AS-i và Ethernet.
17-Sep-22
71
72
Industrial Comunication Networks
72
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc bus
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
Nhược điểm:
•
•
Trường hợp đường dẫn bị đứt, hoặc do ngắn mạch trong
phần kết nối bus của một trạm bị hỏng đều dẫn đến ngừng
hoạt động của cả hệ thống. Việc định vị lỗi cũng gặp rất
nhiều khó khăn.
Cấu trúc đường thẳng, liên kết đa điểm gây khó khăn
trong việc áp dụng các cơng nghệ truyền tín hiệu mới như
sử dụng cáp quang.
17-Sep-22
17-Sep-22
73
Industrial Comunication Networks
73
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.
Tín hiệu được truyền đi theo một chiều qui định. Mỗi
trạm nhận được dữ liệu từ trạm đứng trước và chuyển
tiếp sang trạm lân cận đứng sau.
Quá trình này được lặp lại tới khi dữ liệu quay trở về
trạm đã gửi, nó sẽ được hủy bỏ.
74
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
Ưu điểm:
Mỗi một nút đồng thời có thể là một bộ khuếch đại, do
vậy khi thiết kế mạng theo kiểu cấu trúc vịng có thể
thực hiện với khoảng cách và số trạm rất lớn.
Mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín hiệu
cùng một lúc. Bởi mỗi thành viên ngăn cách mạch
vịng ra làm hai phần, và tín hiệu chỉ được truyền theo
một chiều, nên biện pháp tránh xung đột tín hiệu thực
hiện đơn giản hơn.
17-Sep-22
75
74
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
Có hai kiểu mạch vịng như sau:
17-Sep-22
75
76
Industrial Comunication Networks
76
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
Với kiểu mạch vịng khơng có điều khiển trung tâm,
các trạm đều bình đẳng như nhau trong quyền nhận
và phát tín hiệu. Việc kiểm soát đường dẫn sẽ do các
trạm tự phân chia.
Với kiểu có điều khiển trung tâm, một trạm chủ sẽ
đảm nhiệm vai trị kiểm sốt việc truy nhập đường
dẫn.
17-Sep-22
77
• Trường lỗi đường dây và tự động chuyển mạch sang
đường dây phụ, đi vịng qua vị trí bị lỗi (by-pass).
• Trường hợp khi một trạm bị hỏng, hai trạm lân cận sẽ
tự đấu tắt, chuyển sang cấu hình giống như daisychain.
17-Sep-22
77
Industrial Comunication Networks
Xử lý sự cố:
78
CƠ SỞ KỸ THUẬT
CƠ SỞ KỸ THUẬT
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
2.3. Cấu trúc mạng – Topology
Cấu trúc mạch vịng (tích cực)
Xử lý sự cố:
• Một kỹ thuật khác là dùng các bộ chuyển mạch by-pass
tự động. Mỗi trạm thiết bị sẽ được đấu với mạch vòng
nhờ bộ chuyển mạch này. Trong trường hợp sự cố xảy
ra, bộ chuyển mạch sẽ tự động phát hiện và ngắn
mạch, bỏ qua thiết bị được nối mạng qua nó.
Cấu trúc mạch vịng được sử dụng trong một số hệ
thống có độ tin cậy cao như INTERBUS, Token-Ring
(IBM) và đặc biệt là FDDI (Fiber Distributed Data
Interface).
FDDI (Giao diện dữ liệu phân tán sợi quang) là một tiêu
chuẩn để truyền dữ liệu trong mạng cục bộ. Nó sử dụng
sợi quang làm môi trường vật lý cơ bản tiêu chuẩn của nó.
Sau đó nó cũng được sử dụng cáp đồng, được gọi là
CDDI (Giao diện dữ liệu phân tán cáp đồng), được tiêu
chuẩn hóa thành TP-PMD (Twisted-Pair Physical MediumDependent), còn được gọi là TP-DDI.
17-Sep-22
79
78
Industrial Comunication Networks
Industrial Comunication Networks
17-Sep-22
79
80
Industrial Comunication Networks
80
