Hệ thống thông tin trong công nghiệp - Chương 5 potx

Hệ thống
thông tin công nghiệp
3/31/2006
5 Các thành phần hệ thống mạng
2
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
5 Nội dung
1. Phương tiện truyền dẫn
2. Phần cứng giao diện mạng
3. Phần mềm trong hệ thống mạng
4. Thiết bị liên kết mạng
5. Các linh kiện mạng khác
3
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
1. Phương tiện truyền dẫn
 Cáp quang:
—Sợi thủy tinh
— Sợi chất dẻo
 Cáp ₫iện:
—Cáp ₫ồng trục
— Đôi dây xoắn
— Cáp trơn
 Vô tuyến:
— Vi sóng (microwave)
— Sóng truyền hình (TV)
— Sóng truyền thanh (radio AM, FM)
—Tia hồng ngoại (UV)
Chất lượng truyền dẫn
4

5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Dải tần
 Shannon: Tốc ₫ộ bit tối ₫a (bits/s) = H log2 (1+S/N)
f(Hz) 10
4
10
5
10
6
10
7
10
8
10
9
10
10
10
11
10
12
10
13
10
14
10
15
10
16

Dải tần LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
Đôi dây xoắn
Vệ tinh
Sợi quang
Cáp đồng trục
AM radio
FM radio
TV
Vi sóng
mặt đất
Hồng ngoại
5
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Đôi dây xoắn (Twisted Pair ,TP)
 Phát minh của A. Grahm Bell, 1881
6
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
a) STP b) UTP
 Hai loại: Shielded TP, Unshielded TP
 Chất lượng phụ thuộc vào tiết diện và kiểu bọc
lót, che chắn
 Hạng chất lượng 1-5 hoặc D-A (IEC 61158-2),
hạng 5 có thể cho tốc ₫ộ truyền 100Mbit/s
(Fast Ethernet 100BASE-TX)
7
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Cáp ₫ồng trục (Coaxial Cable)

 Tốc ₫ộ truyền tối ₫a: 1-2Gbit/s
 Chất lượng cao
 Lắp ₫ặt phức tạp
 Sử dụng chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet,
ControlNet)
Vá bäc (PVC)
Líp dÉn ngoμi (Cu)
D©y dÉn lâi (Cu)
Líp c¸ch ly (PE)
8
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
So sánh ₫ộ suy giảm trên ₫ường truyền
1
10
100
1 10 100 1000
TÇn sè (MHz)
Suy gi¶m (dB/100m)
STP
Coax
9
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Cáp quang
ϕ

n
2
n

1
10
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Các loại sợi quang
 Sợi thủy tinh:
— Sợi ₫a chế ₫ộ (Multimode Fiber, MMF): tín hiệu là các tia
laser có tần số không thuần nhất. Khả năng truyền hạn
chế trong phạm vi Gbit/s * km.
— Sợi ₫ơn chế ₫ộ (Single-Mode Fiber, SMF): tín hiệu là các
tia laser có tần số thuần nhất. Tốc ₫ộ truyền có thể ₫ạt
tới hàng trăm Gbit/s * km.
 Sợi chất dẻo:
— truyền với tốc ₫ộ thấp (khoảng vài chục tới vài trăm
Mbit/s), khoảng cách truyền ngắn (tối ₫a 80m),
— giá thành thấp và lắp ₫ặt dễ dàng hơn nhiều.
11
5 Cỏc thnh phn h thng mng
â 2006 - HMS
2. Phn cng giao din mng
Lớp ứn
g
dụn
g
Lớp biểu diễn dữ liệu
Lớp kiểm soát nối
Lớp vận chu
y
ển
Lớp mạn

g
Lớp liên kết dữ liệu
Lớp vật l
ý
Phần cứng
Phần mềm
Hệ điều hnh
Chơng trình ứng dụng
Mô hình OSI Thnh phần thực hiện
12
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Gi¾c c¾m
Vi xö lý
(Xö lý giao thøc)
Giao diÖn víi vi
m¹ch thiÕt bÞ
hoÆc IO-Driver
EPROM/
EEPROM/
Flash

RAM



Nguån


Timer,

Watchdog
Giao diÖn sö
dông
(C«ng t¾c,
jumper LED)
•
•
•
•
•
C¸ch l
y

UART

Bé thu ph¸t
(VÝ dô RS-485)
•
+24VDC
§
Êt
Bus
Vi m
¹
ch thiÕt b
Þ

Vi m
¹
ch chu

y
ªn d
ô
n
g
(ASIC)
13
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Ghép nối thiết bị ₫iều khiển
 PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị
₫iều khiển logic khả trình: Cấu trúc module hoặc
cấu trúc gọn
 DCS (Distributed Control System): Hệ thống ₫iều
khiển phân tán tích hợp: cấu trúc module
 Compact Digital Controller: Cấu trúc gọn, không
lập trình ₫ược
 PC công nghiệp
14
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Điềukhiển phân tán sử dụng bus trường
Phân đoạn 1
MTĐK 1
MTGS
MTGS
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
bus hệ thống

TRẠM ĐIỀU KHIỂN
CỤC BỘ
I/O
S
A
bus trường
Phân đoạn 2
MTĐK 2
A
Phân đoạn n
MTĐK n
I/O
S
A
bus trường
bus trường
S
15
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Ghép nối PLC (Programmable Logic Controller)
PS CPU IM IM DI DO
A
I
A
O
Bus hÖ thèng
(VD: Ethernet)
Bus tr−êng (VD: Profibus-DP)
PLC

PS CPU DI DO
A
I
A
O
Profibus-DP
PLC
Cæng DP
CPU tích hợp giao diện mạng
Module giao diện mạng
(Module truyền thông)
16
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
PLC-5 processor víi
Ethernet module
ControlLogix 1
slot 0: CPU Logix5550
slot 1: Ethernet module 1756-ENET
slot 2: ControlNet module 1756-CNB
slot 3: DH+ module 1756-DHRIO
ControlLogix 2
slot 0: CPU Logix5550
slot 1: DH+ module 1756-DHRIO
slot 2: ControlNet module 1756-CNB
slot 3: ControlNet module 1756-CNB
PLC-5 processor
tÝch hîp giao diÖn
ControlNet
PLC-5 processor

tÝch hîp giao diÖn
DH+
Ethernet
DH+
ControlNet
DH+
ControlNet
Ví dụ nốimạng PLC của Allen-Bradley
17
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Ghép nối PC và PC công nghiệp
 PC công nghiệp cũng có thể có cấu trúc module
(VD PC-104) => cách ghép nối tương tự như PLC
 Card giao diện mạng cho các khe cắm ISA, PCI,
Compact-PCI,
 Bo mạch chủ tích hợp giao diện mạng (ví dụ
Ethernet, CAN)
 Bộ thích ứng mạng qua các cổng nối tiếp (RS-232,
USB)
 Card PCMCIA
18
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
CP 5412 (A2)
Card Profibus (Siemens)
PC
Adapter
RS-232
bus tr−êng

19
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Vào/ra phân tán (distributed I/O)
S
A
S
A
MTĐK
Compact I/O
S
A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
S
A
S
A
S
A
Modular I/O
Î Ưu điểm nhiều, song vẫncònnối dây truyềnthống
Còn gọi là vào/ra từ xa (remote I/O)
20
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Ghép nối vào/ra phân tán
 Một vào ra phân tán có cấu trúc tương tự một
PLC, chỉ khác PLC là không có CPU (mà thay vào

là giao diện mạng)
 Có thể có cấu trúc gọn hoặc cấu trúc module
PS Interface
Module
DI DO
A
I
A
O
Profibus-DP
Distributed
I/O
Cæn
g
DP
21
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Ghép nối thiết bị trường
 Thiết bị chấp hành:
—Biến tần (inverter)
—Bộ khởi ₫ộng ₫ộng cơ (motor starter)
—Van ₫iều khiển (control valve)
—
 Thiết bị ₫o:
— Encoder
—Cân ₫ịnh lượng
—Thiết bị ₫o nhiệt ₫ộ (temperature transmitter)
—Thiết bị ₫o áp suất (pressure transmitter)
—

 Thiết bị giao diện người-máy tại chỗ
22
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Vấn ₫ề của nhà sản xuất TB trường
 n loại thiết bị, m loại
bus trường => bao
nhiêu sản phẩm?
 Giải pháp: module hóa!
— n loại thân thiết bị
— m loại vi mạch giao diện
bus trường
=> hỗ trợ m x n sự lựa chọn
của khách hàng
Sản phẩm của Bürkert (Đức)
23
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
3. Phần mềm trong hệ thống mạng

PhÇn cøng GD m¹ng
Tr×nh ®iÒu khiÓn
PhÇn cøng GD m¹ng
Tr×nh ®iÒu khiÓn
HÖ ®iÒu hμnh
PhÇn mÒm
giao diÖn øng dông
PhÇn mÒm
giao diÖn øng dông
PM giao thøc

PM giao thøc
Ch−¬ng tr×nh
øng dông
Ch−¬ng tr×nh
øng dông
Ch−¬ng tr×nh
øng dông
24
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Phần mềm (xử lý) giao thức
 Firmware:
— Đổ cứng trong ROM hoặc “downloadable”
—Nhanh hơn, hiệu suất cao
 Thành phần của hệ ₫iều hành:
— Tích hợp sẵn trong hệ ₫iều hành (ví dụ cho PLC)
—Cóthể lựa chọn cài ₫ặt (ví dụ các giao thức phổ thông
như TCP/IP, NetBUI)
 Phần mềm thư viện:
—Thường dưới dạng mã nguồn hoặc mã ₫ích C/C++
— Được liên kết với chương trình ứng dụng
—Tiện lợi cho xây dựng giải pháp nhúng
25
5 Các thành phần hệ thống mạng
© 2006 - HMS
Phần mềm giao diện lập trình (API)
 Thư viện lập trình phổ thông (C,C++, VB)
—Sử dụng cho một loại card mạng nhất ₫ịnh
— Khác nhau lớn giữa nhiều thư viện
—Tiện lợi trên PC và các giải pháp nhúng

 Thư viện hàm hoặc khối chức năng chuyên dụng:
—Giải pháp trong các hệ PLC hoặc DCS (ví dụ theo chuẩn
IEC 61131-5)
— Không sử dụng ₫ược từ bên ngoài
 Công nghệ ₫ối tượng thành phần (component
object technology), ví dụ COM, ActiveX, OPC
—Sử dụng khá thống nhất cho nhiều loại card mạng
—Hầu như chỉ hỗ trợ trên nền Windows