đồ án tốt nghiệp khảo sát nghiên cứu hệ thống scada trong nhà máy ximăng cosevco sông gianh quảng bình

Đề tài tốt nghiệp
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, khoa học kỹ thuật trên thế giới phát triển rất nhanh. Ở tất cả các nhà
máy, xí nghiệp công nghiệp đều trang bị các hệ thống điều khiển, hệ thống tự động
hóa ở mức độ rất cao.Việc sử dụng các hệ thống tự động này nhằm hướng tới một
mục tiêu, đó là nâng cao chất lượng sản phẩm,nâng cao năng suất lao động, giảm
chi phí sản xuất, giải phóng người lao động làm việc ở những môi trường độc hại
và nặng nhọc.
Đất nước ta đang trong giai đoạn đổi mới,công nghiệp hóa, hiện đại hóa, vì thế,
việc ứng dụng và đưa vào sản xuất các hệ thống điều khiển, hệ thống tự động hóa
là một yêu cầu hết sức cần thiết. Để thay đổi các máy móc thiết bị đã quá lạc hậu,
hiện nay chúng ta đang gấp rút đầu tư xây dựng các nhà máy xí nghiệp công
nghiệp mới. Tuy nhiên, do nguồn vốn của chúng ta còn hạn hẹp, mà các hệ thống
tự động lại chủ yếu đều nhập từ nước ngoài,vì vậy việc xây dựng gặp rất nhiều khó
khăn. Do đó, yêu cầu được đặt ra cho mỗi nhà nghiên cứu, kỹ sư, sinh viên là phải
giải quyết được các vấn đề trên để xây dựng nền kinh tế đất nước. Đó cũng là đề
tài tốt nghiệp mà em nghiên cứu ứng dụng: "Hệ thống SCADA trong nhà máy xi
măng Cosevco Sông Gianh - Quảng Bình"
Với khoảng thời gian có hạn cũng như kiến thức còn hạn chế nên đề tài của em
còn rất nhiều thiếu sót. Vì vậy, em rất mong quý thầy cô và các bạn đóng góp ý
kiến để đề tài được hoàn thiện hơn
Em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Hoàng Mai đã trực tiếp hướng dẫn
em thực hiện đề tài này. Và em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy cô khoa Điện, đặc
biệt là các thầy cô bộ môn Tự Động Hóa và các cán bộ kỹ thuật nhà máy xi măng
Cosevco Sông Gianh - Quảng Bình đã giúp đỡ tận tình để em hoàn thành đề tài
này.

Đà Nẵng, ngày tháng năm

Sinh viên thực hiện
Trần Trung Phúc

SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 1
Đề tài tốt nghiệp
Phần 1
TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG
CỦA NHÀ MÁY XI MĂNG SÔNG GIANH
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngành công nghiệp sản xuất xi măng là một trong những ngành công nghiệp
lâu đời nhất ở nước ta. Ngành sản xuất ximăng đã phát triển vược bật trong thời
gian gần đây. Và theo đó, công nghệ sản xuất cũng theo đà phát triển. Từ những
công nghệ sản xuất lò đứng, lò quay thủ công và giản đơn đến các công nghệ sản
xuất lò quay hiện đại vào loại hiện đại nhất thế giới.
Hiện nay có 3 phương pháp sản xuất xi măng tại Việt Nam: ướt, khô và bán
khô và có hai công nghệ sản xuất xi măng là lò đứng và lò quay. Mặc dù vậy, cho
đến nay năng lực sản xuất của các nhà máy xi măng vẫn ở trong tình trạng yếu
kém do công nghệ lạc hậu, thiếu sự hỗ trợ của ngành công nghiệp thiết bị, thiếu
vốn đầu tư vào công nghệ hiện đại… Theo số liệu thống kê mới nhất của ngành
ximăng, hiện nay ngoài 10 cơ sở sản xuất xi măng lò quay được đầu tư công
nghệ hiện đại cho công suất khoảng 13.9 triệu tấn/năm thì 55 cơ sở sản xuất xi
măng lò đứng vẫn đang theo công nghệ bán khô, chủ yếu được xây dựng từ giai
đoạn 1993-1997 chỉ cho công suất 3 triệu tấn/năm. Ngoài ra còn có 7 cơ sở sản
xuất theo công nghệ ướt, công suất khoảng 1,7 triệu tấn/năm. Có nhiều cơ sở đã
đầu tư nâng cấp thiết bị công nghệ mới nhưng chỉ làm từng phần, chưa đồng bộ.
Kết quả là, cộng với chi phí sản xuất, nguyên liệu đầu vào làm cho giá thành xi
măng sản xuất ra tăng cao so với các nước trong khu vực, không có khả năng
cạnh tranh một khi Việt Nam gia nhập WTO. Hiện nay, để đảm bảo yêu cầu về
năng suất chất lượng xi măng, hầu hết các thiết bị điều khiển, tự động hoá trong
ngành xi măng đều nhằm thực hiện các chức năng: vận hành, điều khiển, giám
sát dây chuyền sản xuất tập trung tại phòng điều khiển trung tâm; bảo vệ người
vận hành, thiết bị, môi trường.
Theo quy hoạch tổng thể của chính phủ về ngành công nghiệp sản xuất xi

măng. Theo đó, sắp tới sẽ là giai đoạn tới sẽ là giai đoạn phát triển mạnh mẽ của
các nhà máy xi măng lớn của Việt Nam để có thể nâng cao năng lực sản xuất từ
18,2 triệu tấn/năm (2002) thì đến năm 2010 đạt 43 triệu tấn/năm.
Thời gian gần đây, ngành sản xuất xi măng cùng hội vật liệu Việt Nam đã tổ
chức các hội nghị khoa học nhằm tìm ra các giải pháp đầu tư, đổi mới công nghệ
hiện đại cho các nhà máy xi măng cũ cũng như đầu tư xây dựng các nhà máy mới
có khả năng đáp ứng nhu cầu xây dựng trong nước cũng như xuất khẩu. Các giải
pháp ứng dụng tự động hoá đã được đưa ra như: Cấu trúc mạng truyền thông
công nghiệp trong công nghiệp sản xuất xi măng, với nhiều cấu trúc đường
truyền khác nhau như đường truyền tin kiểu vòng (RING), truyền tin kiểu
BUS… cho phép mang lại nhiều lợi ích trong sản xuất xi măng ở Việt Nam và đã
được ứng dụng tại một số nhà máy ximăng. Bằng việc ứng dụng công nghệ
truyền tin cáp quang và công nghệ số hoá thiết bị đo lường/chấp hành, cấu trúc
mạch vòng ở BUS trường và đường truyền, phân bố ở lớp BUS thiết bị là các cấu
trúc tiên tiến đảm bảo việc truyền dữ liệu tin cậy có khiểm soát đồng thời giảm
thiểu đáng kể số lượng cáp truyền tin. Chỉ một tính năng cơ bản của đường
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 2
Đề tài tốt nghiệp
truyền đã có thể giúp các nhà máy sản xuất ximăng tiết kiệm được chi phí và
nâng cao tiện ích.
Khái niệm về hệ thống điều khiển phân tán xuất hiện trên trong vài thập kỷ
và đã được ứng dụng rất rộng rãi nhưng thực sự chỉ du nhập vào Việt Nam trong
một vài năm trở lại đây nhưng nó đã mang lại những hiệu quả kinh tế rõ rệt nhất
là đối với các nhà máy lớn đặc biệt là sản xuất ximăng, hoá chất, nhiệt điện …
với rất nhiều thiết bị và phân bố trên diện rộng đòi hỏi việc kiểm soát, vận hành,
điều khiển và bảo dưỡng phải kịp thời. Nó đã khắc phục được những nhược điểm
của hệ thống điều khiển tập trung như: hạn hẹp về không gian, tính năng thời
gian thực bị hạn chế, kém linh hoạt, để thực hiện một hệ thống thì tốn dây dẫn và
công lắp đặt, độ tin cậy kém. Các công đoạn có thể riêng biệt và ở xa nhau, việc
giám sát, điều khển được thực hiện thông qua mạng truyền tin tốc độ cao. Mặt

khác trong hệ điều khiển phân tán, các quyền điều khiển được phân tán, mỗi đối
tác tham gia trong mạng có thể thực hiện các chức năng phân tán khác nhau.
Trong bối cảnh nền kinh tế nước ta đang trên đà phát triển, vấn đề về nhu
cầu vật liệu xây dựng đang tăng nhanh nhưng đòi hỏi về chất lượng ngày càng
khắt khe thì tổng công ty xây dựng miền Trung COSEVCO đã mạnh giạn đầu tư
xây dựng nhà máy xi măng Sông Gianh tại Quảng Bình với dây công nghệ sản
xuất xi măng của hãng POLYSIUS (Cộng hoà liên bang Đức)và thiết bị của hãng
ABB (Thủy Sỹ) vào loại hiện đại nhất hiện nay. Khi nhà máy đi vào vận hành thì
có thể cung ứng cho thị khoảng 1,4 triệu tấn/năm chất lượng cao góp phần vào sự
nghiệp công nghiệp hoá hiện đại hoá đất nước.
II. TỔNG QUAN VỀ DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XIMĂNG
CỦA NHÀ MÁY

Xi măng được sản xuất theo phương pháp khô, hệ thống lò quay, tháp trao đổi
nhiệt gồm hai nhánh ( mỗi nhánh có 5 tầng ). Buồng phân hủy đốt hoàn toàn
bằng than cám 4a Hòn Gai với công suất lò quay 4000 tấn/ngày. Xi măng đạt tiêu
chuẩn PCB30x40 (TCVN6260-1997) và PC50 (TCVN2682-1999). Việc chế tạo
thiết bị phù phù hợp với khí hậu Việt Nam.Cơ cấu của dây chuyền bao gồm:
Thiết bị điện của 14 trạm điện, hệ thống chiếu sáng, thiết bị điều chỉnh hệ số
công suất, các tổ máy phát điện dự phòng, cáp quang, hệ thống dò và cảnh báo
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 3
Hình 1.1: Sơ đồ dây chuyền sản xuất xi măng khép kín
Đề tài tốt nghiệp
cháy, hệ thống điều khiển tối ưu, hệ thống điều khiển trung tâm CCR (Centrer
Control Room), điều khiển cục bộ LCR (Local Control Room), hệ thống quản lý
thông tin IMS, lấy mẩu tự động và thí nghiệm, các phụ kiện dự phòng, thay thế
và và các dịch vụ khác do ABB cung cấp.
II.1. Nguyên liệu sản xuất ximăng
Ximăng được sản xuất từ các nguyên liệu cơ bản sau:
• Đá vôi

• Đất sét
• Các phụ gia gồm hai nhóm:
 Nhón nghiền liệu: cao Silic, quặng Sắt.
 Nhóm nghiền xi: Thạch cao, Bazan, Đá đen
 Than đá : làm nhiên liệu.
II.2. Sơ đồ công nghệ
Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất xi măng của nhà máy như hình H1.2
II.2.1 Đập đá vôi
Bao gồm một phễu chứa có thể tích 70m
3
chuyển đá vôi kích cỡ (0÷1200
mm) vào máy đập búa xung lực nhờ thiết bị băng tải kiểu tấm lật (có băng tải
phụ), qua băng rung đá vôi có kích cỡ từ 0÷80 mm (trong đó có 90% dưới
60mm).
II.2.2 Kho chứa đá vôi
Dùng để chứa đá vôi, có thể chứa được khối lượng 17500 tấn. Kho chứa đá
vôi có các hệ thống cào liệu, cần băng tải rải liệu, hệ thống lọc bụi túi . .
II.2.3 Đập sét
Bao gồm một phểu chứa có thể tích 40m
3
chuyển đất sét (0÷500mm) vào
máy đập búa xung lực nhờ thiết bị cấp liệu tấm, đất sét ra có kích cỡ dưới 60mm
chiếm 90%.
II.2.4 Kho sét
Dùng để chứa đất sét, được chia làm hai luồng giống nhau và mỗi luồng
chứa được 7000 tấn. Bên trong có các thiết bị rải và cào liệu.
II.2.5 Kho phụ gia
Chứa các nguyên liệu phụ gia, được chia làm 5 ngăn riêng biệt :
• Cao Silit : 2500 tấn
• Quặng sắt : 2500 tấn

• Thạch cao : 3000 tấn
• Đá đen : 2500 tấn
• Bazan : 5500 tấn
II.2.6 Định lượng nghiền liệu
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 4
Đề tài tốt nghiệp
Định lượng các nguyên liệu : đá vôi, đất sét, quặng sắt, cao silit nhờ 4 cân
định lượng gắn dưới 4 cyclon chứa nguyên liệu đó.
II.2.7 Nghiền liệu
Là nghiền thô các nguyên liệu trên. Hệ thống này bao gồm : máy nghiền
liệu, hệ thống cyclon hiệu suất cao, tháp điều hòa…
II.2.8 Silo phối liệu
Dùng để chứa bột liệu.
II.2.9 Tháp trao đổi nhiệt
Thực hiện quá trình Canxi hóa, gia nhiệt cho cho bột liệu theo nguyên tắc
đối lưu. Tháp trao đổi nhiịet gồm hai nhánh 5 năm tầng cấp. Lò quay : cho ra
clinker.
II.2.10 Thiết bị làm nguội
Để làm nguội clinker, nó bao gồm hệ thống quạt làm nguội, hệ thống giàn
làm nguội, vòi phun nước.
II.2.11 Silo Clinker
Dùng để chứa Clinker, gồm hai phần :
• Silo chính phẩm
• Silo thứ phẩm
II.2.12 Định lượng nghiền xi
Định lượng Clinker, thạch cao, đá đen, bazan nhờ 4 cân định lượng đặt dưới
4 cyclon nguyên liệu tương ứng.
II.2.13 Nghiền xi
Nghiền xi măng nhờ máy nghiền bi chứa các bi ngăn.
II.2.14 Silo ximăng: Bao gồm 3 silo giống nhau cùng dùng để chứa ximăng,

mỗi silo chứa được 12000 tấn.
II.2.15 Đóng bao
Thực hiện đóng bao nhờ các máy đóng bao tự động.
II.2.16 Xuất ximăng rời
Xuất ximăng rời trực tiếp lên các xe có cân trọng lượng.
II.2.17 Các hệ thống khác
♦ Hệ thống lọc bụi túi.
♦ Hệ thống lọc bụi tĩnh điện.
♦ Hệ thống gầu nâng.
♦ Hệ thống băng tải.
♦ Các loại van: van 2 ngã, van cánh khế, van phân phối
II.3 Quy trình sản xuất ximăng
Nguyên liệu sản xuất ximăng:
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 5
Đề tài tốt nghiệp
• Nguyên liệu chính: Đá vôi, đất sét.
• Chất phụ gia : Cao silic, quặng sắt, thạch cao, bazan, đá đen.
Đá vôi và đất sét được khai thác ở mỏ sau khi qua máy đập búa xung lực thì
đá có kích cỡ dưới 60 mm chiến 90%, đá vôi này được đưa về kho lưu trữ bằng
hệ thống băng tải. Các chất phụ gia cũng được xử lý qua máy đập hàm được kích
cỡ 0÷200mm và máy đập xung lực có kích cỡ dưới 25mm chiếm 90%, sau đó
các chất phụ gia cũng được đưa vào kho lưu trữ chất phụ gia.
Nguyên liệu chính và chất phụ gia bao gồm cao Silic và quặng sắt sau đó
được đưa vào khâu định lượng nghiền liệu, qua 4 cân băng định lượng, các chất
trên được định lượng theo tỷ lệ thích hợp, sau đó đưa vào khâu nghiền liệu. Tại
đây nguyên liệu được nghiền thô đạt kích thước ≤40mm.Tiếp đến nó sẽ được
băng tải đưa vào hệ thống đồng nhất và hệ thống cấp liệu bột (silo phối liệu), tại
đây nguyên liệu được chính và chất phụ gia được đồng nhất và đưa vào hệ thống
cấp bột liệu.
Bột liệu đã được đồng nhất sẽ được đưa vào tháp trao đổi nhiệt và lò quay.

Khi bột liệu đi qua tháp trao đổi nhiệt 5 tầng sẽ được khử độ ẩm, khử cacbon bột
liệu và gia tăng nhiệt độ sau đó bột liệu được đưa qua lò quay. Tại đây tiếp tục
quá trình khử cacbonat và được gia nhiệt tới lúc clinker hóa, lúc này clinker được
tạo thành. Clinker được tạo thành này chảy qua vùng làm nguội ở cuối lò quay và
bắt đầu kết khối rơi xuống sàn làm nguội, lúc này nhiệt độ khoảng
1300÷1400
o
C . Tại đây nhờ hệ thống làm nguội gồm giàn làm nguội và quạt
clinker sẽ được làm nguội. Clinker sau khi đã được làm nguội sẽ được vận
chuyển bằng băng tải đến silo clinker (silo chính phẩm và thứ phẩm). Nếu clinker
đạt chất lượng tốt sẽ được đưu vào silo chính phẩm. Clinker được đưa đến hệ
thống định lượng nghiền xi, cùng với các chất phụ gia (thạch cao, đá bazan, đá
đen) lấy từ kho phụ gia bằng hệ thống băng tải. Tại đây sẽ được định lượng bằng
4 cân định lượng để định lượng mỗi loại trước khi đưa vào nghiền xi măng nhờ
máy nghiền bi. Kết thúc của khâu nghiền xi ta thu được sản phẩm chính là
ximăng rời. Xi măng rời sẽ được đưa tới lưu trữ ở 3 silo ximăng. Từ các silo
ximăng nhờ hệ thống băng tải mà ximăng này sẽ được đưa đến bộ phận đóng bao
gồm 3 máy đóng bao tự động. Ximăng sau khi được đóng bao sẽ được vận
chuyển bằng băng tải tới cảng xuất ximăng và được vận chuyển bằng đường thủy
đến nơi tiêu thụ. Ngoài ra tại đầu vào của khâu đóng bao còn có hệ thống băng
tải vận chuyển xi măng đến phểu chứa xi măng rời (60 tấn) và được xuất đi bằng
đường bộ.
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 6
Đề tài tốt nghiệp


SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 7
Đập đá vôi Đập sét
Kho chứaKho chứa
Định lượng - nghiền liệu

Nghiền liệu
Silo phối liệu
Tháp trao đổi nhiệt
Lò quay
Than
mịn
Thiết
bị
làm
nguội
Silo
Clinker
thứ
phẩm
Silo
Clinker
chính
phẩm
Định
lượng
nghiền
xi
Nghiền
xi
Xuất
rời
Đóng
bao
Silo
ximăng

1
Silo
ximăng
2
Silo
ximăng
3
Kho
phụ
gia
Hình 1.2: Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất ximăng của nhà máy
Đề tài tốt nghiệp
Phần 2
KHẢO SÁT, NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG SCADA TRONG NHÀ MÁY
XIMĂNG COSEVCO SÔNG GIANH
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 8
Đề tài tốt nghiệp
Chương I
TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
I. KHÁI NIỆM
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) là một khái
niệm chung để chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit dữ liệu nối tiếp
được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp.
Vấn đề đặt ra trước tiên khi xây dựng một giải pháp tự động hoá không còn
là nên hay không nên, mà là lựa chọn hệ thống mạng truyền thông công nghiệp
nào cho phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ thực tế như: Tiết kiệm dây nối, tăng
cường tính linh hoạt mềm dẻo, nâng cao độ tin cậy, cho phép giám sát quá trình
và quản lý tập trung cả hệ thống, phối hợp giữa quản lý kỹ thuật và quản trị kinh
doanh sản xuất.
Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết

mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các bộ cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp
trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị giám sát, máy tính điều khiển
giám sát và các máy tính trên cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
Đối tượng của mạng công nghiệp thuần tuý là các thiết bị công nghiệp. Vì
vậy dạng thông tin được quan tâm để truyền đi trong mạng công nghiệp là dữ
liệu.
II. CẤU TRÚC MẠNG – TOPOLOGY
Để tìm hiểu cấu trúc thông dụng trong mạng truyền thông công nghiệp ta
đưa ra một số định nghĩa cơ bản sau:
 Liên kết: Liên kết là mối quan hệ vật lý hoặc logic giữa hai hoặc nhiều
đối tác truyền thông. Đối với liên kết vật lý, các đối tác chính là các trạm truyền
thông được liên kết với nhau qua một môi trường vật lý, ví dụ thẻ nối mạng trong
máy tính điều khiển, các bộ xử lý truyền thông của PLC. Đối tác truyền thông
ngoài các thiết bị phần cứng ra nó còn có thể là một chương trình hệ thống hay
một chương trình ứng dụng trên một trạm nên các quan hệ giữa các đối tác này
chỉ mang tính logic. Liên kết gồm các loại sau:
 Liên kết điểm - điểm (Point to Point)
 Liên kết điểm - nhiều điểm (multi – drop.
 Liên kết nhiều điểm (multipoint)
 Topology: Là cấu trúc liên kết của một mạng hay chính là tổng hợp của
các liên kết.
II.1.Cấu trúc bus
Với cấu trúc này 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. Vì vậy tiết kiệm được cáp dẫn và công
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 9
Đề tài tốt nghiệp
lắp đặt. Có ba kiểu cấu hình trong cấu trúc bus: Daisy-chain, Trunk-link/Drop-
line và mạch vòng không tích cực.
II.2. Cấu trúc mạch vòng (tích cực)

Với cấu trúc này các thành viên trong mạng được nối từ điểm này đến điểm
khác một cách tuần tự trong một mạch vòng khép kín. Ưu điểm cơ bản của cấu
trúc này là mỗi nút đồng thời có thể là một bộ khuếch đại. Vì vậy, khi thiết kế
mạng theo kiểu này có thể thực hiện với khoảng cách và số trạm rất lớn. Có hai
kiểu mạch vòng phổ biến sau:
 Kiểu mạch vòng không có điều khiển trung tâm: Các trạm đều bình
đẳng như nhau trong việc phát/nhận tín hiệu.
 Kiểu có điều khiển trung tâm: Một trạm chủ sẽ đảm nhiệm việc kiểm
soát truy cập đường dẫn.
II.3. Cấu trúc hình sao
Cấu trúc hình sao là cấu trúc mà trong đó trạm trung tâm quan trọng hơn tất
cả các nút khác. Trạm trung tâm sẽ điều khiển sự truyền thông của toàn mạng,
các thành viên được kết nối gián tiếp với nhau qua trạm trung tâm.
II.4. Cấu trúc cây
Cấu trúc cây chính là sự liên kết của nhiều mạng con có cấu trúc đường
thẳng, mạch vòng hoặc hình sao. Cấu trúc cây dùng các bộ nối tích cực (Active
coupler), nếu muốn tăng số trạm cũng như phạm vi của một mạng đồng nhất có
thể dùng các bộ lặp (Repeater), trong trường hợp các mạng con hoàn toàn khác
loại thì phải dùng tới các bộ liên kết mạng khác như Bridge, Router, và Gateway.
III. KIẾN TRÚC GIAO THỨC
III.1. Dịch vụ truyền thông
Một hệ thống truyền thông cung cấp dịch vụ truyền thông cho các thành
viên tham gia nối mạng. Các dịch vụ đó được dùng cho các nhiệm vụ khác nhau
như trao đổi dữ liệu, báo cáo trạng thái, tạo lập cấu hình và tham số hoá thiết bị
trường, giám sát thiết bị và cài đặt chương trình.

SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 10
Bên cầu
Bên cung
1: connect.req

2: connect.ind
3: connect.res
4: connect.con
1: disconnect.req
2:disconnect.ind
b. Dịch vụ không xác nhận
a. Dịch vụ có xác nhận
Hình 2.1 : Dịch vụ có xác nhận và dịch vụ không xác nhận
Bên cầu Bên cung
Đề tài tốt nghiệp
Việc thực hiện các dịch vụ được dựa trên các nguyên hàm dịch vụ (Service
Primitive), gồm có:
 Yêu cầu (Request) dịch vụ, ký hiệu là .Req, ví dụ connect.Req.
 Chỉ thị (Indication) nhận lời phục vụ, ký hiệu là .Ind, ví dụ connect.Ind.
 Đáp ứng (Response) dịch vụ, ký hiệu là .Res, ví dụ connect.Res.
 Xác nhận (Confirmation) đã nhận được đáp ứng, ký hiệu là .Con, ví dụ
connect.con
III.2. Giao thức
Giao thức chính là cơ sở cho việc thực hiện và sử dụng các dịch vụ truyền
thông. Một qui chuẩn giao thức bao gồm các thành phần sau:
 Cú pháp: Qui định về cấu trúc bức điện, gói dữ liệu dùng khi trao đổi,
trong đó có phần thông tin hữu ích (dữ liệu) và các thông tin bổ trợ như địa chỉ,
thông tin điều khiển, thông tin kiểm lỗi
 Ngữ nghĩa: Qui định ý nghĩa cụ thể của từng phần trong một bức điện,
như phương pháp định địa chỉ, phương pháp bảo toàn dữ liệu, thủ tục điều khiển
dòng thông tin, xử lý lỗi
 Định thời: Qui định về trình tự, thủ tục giao tiếp, chế độ truyền, tốc độ
truyền Việc thực hiện một dịch vụ truyền thông trên cơ sở các giao thức tương
ứng được gọi là xử lý giao thức. Quá trình xử lý giao thức có thể là mã hoá (xử lý
giao thức bên gửi) và giải mã (xử lý giao thức bên nhận).

Giao thức HDLC, UART và giao thức TCP/IP là những giao thức thường được sử
dụng.
III.3 Kiến trúc giao thức TCP/IP
TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) là kết quả nghiên
cứu và phát triển giao thức trong mạng chuyển mạch gói thử nghiệm mang tên
Arpanet do ARPA (Advanced Reseach Projects Agency) thuộc bộ quốc phòng tài
trợ. Khái niệm TCP/IP dùng để chỉ cả một tập giao thức và dịch vụ truyền thông
được công nhận thành chuẩn cho Internet.
Ta có thể sắp xếp các chức năng truyền thông cho TCP/IP thành năm lớp:
 Lớp ứng dụng: thực hiện các chức năng hỗ trợ cần thiết cho nhiều ứng
dụng khác nhau. Với mỗi loại ứng dụng cần một module riêng biệt.
Lớp vận chuyển: Cơ chế đảm bảo dữ liệu được vận chuyển môt cách tin
cậy hoàn toàn không phụ thuộc đặc tính của các ứng dụng sử dụng dữ liệu. Chính
vì thế, cơ chế này được sắp xếp vào một lớp độc lập để tất cả ứng dụng khác
nhau có thể sử dụng chung, được gọi là lớp vận chuyển. Có thể nói, TCP là giao
thức tiêu biểu nhất, phổ biến nhất phục vụ việc thực hiện chức năng nói trên.
TCP hỗ trợ trao đổi dữ liệu trên cơ sở dịch vụ có nối.
Lớp Internet: Lớp Internet có chức năng chuyển giao dữ liệu giữa nhiều
mạng được liên kết với nhau. Giao thức IP được sử dụng ở chính lớp này. Giao
thức IP được thực hiện không những ở các thiết bị đầu cuối, mà còn ở các bộ
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 11
Đề tài tốt nghiệp
router. Một router chính là một thiết bị xử lý giao thức dùng để liên kết hai mạng,
có chức năng chuyển giao dữ liệu từ một mạng này sang một mạng khác, trong
đó có cả nhiện vụ tìm đường đi tối ưu.
Lớp truy nhập mạng: Lớp truy nhập mạng liên quan tới việc trao đổi dữ
liệu giữa hai trạm thiết bị trong cùng một mạng. Các chức năng bao gồm việc
kiểm soát truy nhập môi trường truyền dẫn, kiểm tra lỗi và lưu thông dữ liệu,
giống như lớp liên kết dữ liệu trong mô hình OSI.
Lớp vật lý: Lớp vật lý đề cập tới giao diện vật lý giữa một thiết bị truyền

dữ liệu (ví dụ máy tính PC, PLC) với môi trường truyền dẫn hay mạng, trong đó
các đặc tính tín hiệu, chế độ truyền, tốc độ truyền và cấu trúc cơ học các phích
cắm/giắc cắm.
IV. PHƯƠNG PHÁP TRUY NHẬP BUS
IV.1. Các khái niệm cơ bản
Trong một mạng có cấu trúc bus, các thành viên trong mạng phải phân chia
thời gian để sử dụng đường truyền. Để tránh sự xung đột về đường truyền gây sai
lệch về thông tin, mỗi thời điểm trên đường truyền chỉ có duy nhất một bức điện
được phép truyền đi. Chính vì vậy mạng phải được điều khiển sao cho tại một
thời điểm nhất định chỉ có một thành viên trong mạng được gửi thông tin đi.
Phương pháp truy nhập bus là một trong những vấn đề cơ bản đối với các
hệ thống bus. Mỗi phương pháp có những ảnh hưởng khác nhau tới các tính năng
kỹ thuật của hệ thống đặc biệt là độ tin cậy, tính năng thời gian thực và hiệu suất
sử dụng đường truyền.
 Độ tin cậy ở đây chính là độ tin cậy của cả hệ thống.
 Hiệu suất sử dụng đường truyền chính là khả năng có thể khai thác, sử
dụng đường truyền.
Tính năng thời gian thực chính là khả năng đáp ứng nhu cầu trao đổi
thông tin một cách kịp thời và tin cậy. Hai yếu tố liên quan đến việc đánh giá tính
năng thời gian thực là thời gian đáp ứng tối đa và chu kỳ bus. Thời gian đáp ứng
tối đa với một trạm là thời gian tối đa mà hệ thống truyền thông cần để đáp ứng
một nhu cầu trao đổi dữ liệu của trạm đó với một trạm bất kỳ khác. Chu kỳ bus là
khoảng thời gian tối thiểu mà sau đó các hoạt động truyền thông chính lặp lại
như cũ. Chu kỳ bus chính là cơ sở cho việc chọn chu kỳ vòng quét cho các PLC
đóng vai trò trạm chủ.
Có thể phân loại cách truy nhập bus thành hai phương pháp là phương pháp
tiền định và phương pháp ngẫu nhiên.
 Với các phương pháp tiền định có trình tự truy nhập bus được xác định
rõ ràng. Việc truy nhập bus được kiểm soát chặt chẽ theo cách tập trung ở một
trạm chủ (đối với phương pháp Master/Slave) và theo sự qui định trước về thời

gian (đối với phương pháp đa truy nhập phân chia thời gian TDMA) hoặc phân
tán bởi các thành viên (phương pháp Token Passing).
 Các phương pháp ngẫu nhiên có trình tự truy nhập bus không được qui
định chặt chẽ mà để xảy ra hoàn toàn theo nhu cầu của các trạm. Mỗi thành viên
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 12
Đề tài tốt nghiệp
trong mạng có thể truy nhập bus để gửi thông tin đi bất cứ lúc nào. Có những
phương pháp để tránh sự xung đột như phương pháp nhận biết xung đột
(CSMA/CD) hoặc tránh xung đột (CSMA/CA). Nguyên tắc hoạt động của các
phương pháp này là khi có xung đột tín hiệu xảy ra thì ít nhất một trạm phải
ngừng gửi và phải chờ một khoảng thời gian trước khi thử lại. Sau đây là cụ thể
về các phương pháp.
IV.2. Phương pháp chủ/tớ (Master/Slave)
Theo phương pháp này, một trạm chủ (Master) có trách nhiệm chủ động
phân chia quyền truy nhập bus cho các trạm tớ (Slave). Các trạm tớ đóng vai trò
là bị động, chỉ có quyền truy nhập bus và gửi tín hiệu đi khi có yêu cầu. Trạm
chủ có thể dùng phương pháp hỏi tuần tự (Polling) theo chu kỳ để kiểm soát toàn
bộ hoạt động giao tiếp của cả hệ thống. Nhờ vậy mà các trạm tớ có thể gửi các dữ
liệu thu thập tới trạm chủ cũng như nhận thông tin điều khiển từ trạm chủ. Trạm
chủ có thể là một PLC hay một PC
.


Trong một số hệ thống, thậm chí các trạm tớ không có quyền giao tiếp trực
tiếp với nhau, mà bất cứ dữ liệu nào cần trao đổi cũng phải qua trạm chủ. Nếu
hoạt động giao tiếp diễn ra theo chu kỳ, trạm chủ sẽ có trách nhiệm chủ động yêu
cầu dữ liệu từ trạm tớ cần gửi và sau đó sẽ chuyển tới trạm tớ cần nhận. Trường
hợp một trạm tớ cần trao đổi dữ liệu với một trạm khác thì phải thông báo yêu
cầu của mình khi được trạm chủ hỏi đến và sau đó chờ được phục vụ. Trình tự
được tham gia giao tiếp, hay trình tự được hỏi của các trạm tớ có thể do người sử

SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 13
Master
Master
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Hình 2.3 : Phương pháp truy nhập chủ/tớ
Slave
Slave
Hình 2.2 : Phân loại các phương pháp truy nhập bus
Truy nhập ngẫu nhiên
Truy nhập ngẫu nhiên
Truy nhập tiền định
Truy nhập tiền định
Phương pháp truy nhập bus
Phương pháp truy nhập bus
Kiểm soát tập
trung Master /
Slave TDMA
Kiểm soát tập
trung Master /
Slave TDMA
Kiểm soát phân tán
Token Passing
Kiểm soát phân tán
Token Passing
Nhận biết xung đột

CSMA/CD
Nhận biết xung đột
CSMA/CD
Tránh xung đột
CSMA/CA
Tránh xung đột
CSMA/CA
Đề tài tốt nghiệp
dụng qui định trước (tiền định) bằng các công cụ tạo lập cấu hình. Nếu chỉ có
một trạm chủ duy nhất thì thời gian cần thiết để trạm chủ hoàn thành việc hỏi
tuần tự một vòng cũng chính là thời gian tối thiểu của chu kỳ bus.
 Ưu điểm: Phương pháp Master/Slave là phương pháp có kết nối đơn
giản, kinh tế, trạm chủ thường là các thiết bị điều khiển do đó dễ dàng tích hợp
thêm chức năng xử lý truyền thông.
 Nhược điểm: Hiệu suất trao đổi thông tin giữa các trạm tớ bị giảm do
dữ liệu phải đi qua trạm trung gian là trạm chủ. Mặt khác độ tin cậy của hệ thống
truyền thông phụ thuộc hoàn toàn vào một trạm chủ duy nhất. Nếu xảy ra sự cố
trên trạm chủ thì toàn bộ hệ thống phải ngừng làm việc.
Chính vì hai lý do trên mà phương pháp Master/Slave chỉ được dùng phổ
biến trong các hệ thống bus cấp thấp, tức bus trường hay bus thiết bị hay khi việc
trao đổi thông tin hầu như chỉ diễn ra giữa trạm chủ là thiết bị điều khiển và các
trạm tớ là các thiết bị trường hay các module vào/ra phân tán.
IV.3. Phương pháp TDMA (Time Division Multiple Access)
Trong phương pháp TPMA mỗi trạm được phân một thời gian truy nhập
bus nhất định. Các trạm có thể lần lượt thay nhau gửi thông tin trong khoảng thời
gian cho phép gọi là khe thời gian hay lát thời gian (time slot, time slice) theo
một tuần tự qui định sẵn. Việc phân chia thời gian này được thực hiện trước khi
hệ thống đi vào hoạt động (tiền định). Khác với phương pháp chủ/tớ, phương
pháp này có thể có hoặc không có trạm chủ. Nếu có một trạm chủ thì trạm chủ
chỉ thực hiện việc giữ đúng lát thời gian của các trạm khác. Mỗi trạm đều có khả

năng đảm nhiệm vai trò chủ động trong giao tiếp trực tiếp với các trạm khác.
Hình vẽ sau đây minh hoạ cách phân chia thời gian cho các trạm trong một chu
kỳ bus.
Trong đó các lát thời gian được phân chia cố định cho các trạm dùng để trao
đổi dữ liệu định kỳ (đánh số từ 1(N). Ngoài ra còn có một khoảng dự trữ dành
cho việc trao đổi dữ liệu theo yêu cầu, ví dụ như gửi thông tin cảnh báo, mệnh
lệnh đặt lại cấu hình Phương pháp TDMA có thể thực hiện theo nhiều cách
khác nhau, có thể phân chia thứ tự truy nhập bus theo vị trí sắp xếp của các trạm
trong mạng, theo thứ tự địa chỉ, theo tính chất của các hoạt động truyền thông.
Tương tự phương pháp chủ/tớ, phương pháp mang tính chất tiền định của cách
phân chia thời gian do đó phương pháp thích hợp cho các ứng dụng thời gian
thực.

SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 14
N
1
2 Theo yêu cầu
Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)

Hình 2.4: Phương pháp DTMS
Đề tài tốt nghiệp
IV.4. Phương pháp Token Passing


Token là một bức điện ngắn không mang dữ liệu, có cấu trúc đặc biệt để
phân biệt với các bức điện mang thông tin nguồn, được dùng đặc biệt như một
chìa khoá. Một trạm nào đó trong mạng đang giữ thông tin thì nó có quyền truy
nhập bus và gửi thông tin đi. Khi không còn nhu cầu gửi thông tin, trạm đang có
token phải gửi token tới một trạm khác theo một trình tự nhất định. Nếu trình tự
này đúng với trình tự sắp xếp vật lý trong một mạch vòng thì ứng với phương

pháp Token Ring. Còn nếu sắp xếp có tính chất logic như ở cấu trúc bus thì ta
dùng khái niệm Token Bus.
Một trạm đang giữ token không những được quyền gửi thông tin đi, mà còn
có thể có vai trò kiểm soát sự hoạt động của một số trạm khác, ví dụ như kiểm tra
sự cố của các trạm. Việc kiểm soát bao gồm các công việc sau:
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 15
Hình 2.5 : Hai dạng của phương pháp Token Passing
Trạm 2
Trạm 2
Trạm 1
Trạm 1
Trạm 5
Trạm 5
Trạm 3
Trạm 3
Trạm 4
Trạm 4
Trạm 6
Trạm 6
Token
Token
Token Ring
Trạm 1
Trạm 1
Trạm 3
Trạm 3
Trạm 4
Trạm 4
Trạm 5
Trạm 5

Trạm 6
Trạm 6
Trạm 2
Trạm 2
Token
Token
Token Bus
(1) Token Passing giữa các trạm tích cực
(2) Master/slave giữa một trạm tích cực và trạm không tích cực
Hình 2.6: Truy nhập bus kết hợp nhiều chủ
(1)
(2)
Slave
Slave Slave
Master Master Master
Master
Master
Slave
Đề tài tốt nghiệp
 Giám sát token: Nếu token bị mất do lỗi thì cần phải xoá token cũ và tạo
một token mới.
 Khởi tạo token: Sau khi khởi động mỗi trạm sẽ tạo một token mới.
 Phát hiện và tách một trạm ra khỏi mạch vòng logic khi trạm đó có sự
cố.
 Bổ sung trạm mới: Khi một trạm mới được kết nối hay một trạm cũ
được đưa vào sử dụng lại thì phải được bổ sung vào mạch vòng logic để có
quyền nhận token.
IV.5. Phương pháp thâm nhập ngẫu nhiên phân tán CSMA/CD
 Theo phương pháp CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection), mỗi trạm đều có quyền truy nhập bus mà không cần một sự

kiểm soát nào. .
Phương pháp được tiến hành như sau:
 Mỗi trạm phải tự nghe đường dẫn (Carrier sense), nếu đường dẫn rỗi
(không có tín hiệu) thì mới được phát.
 Trong khi phát thì mỗi trạm vẫn phải nghe đường dẫn để so sánh tín
hiệu phát đi với tín hiệu nhận được xem có xảy ra xung đột hay không. Trường
hợp xảy xung đột thì mỗi trạm đều phải huỷ bỏ bức điện.
 Ưu điểm: Phương pháp đơn giản, linh hoạt. Việc ghép thêm hay bỏ đi
một trạm trong mạng không ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống. Vì vậy
phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong mạng Ethernet.
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 16
1. Carrier sense
Multiple access
Collision
Detection
Phát hiện xung đột, huỷ bỏ bức điện
Chờ một thời gian ngẫu nhiên và lặp lại
bước 1
C. Phát hiện xung đột, huỷ bỏ
bức điện. Chờ một thời gian ngẫu
nhiên và lặp lại bước 1
Hình 2.7: Phương pháp CSMA/CD
A
B
C
A
B
C
A
B

C
A
B
C
Đề tài tốt nghiệp
 Nhược điểm: Vì các trạm đều như nhau trong mạng nên quá trình chờ ở
một trạm có thể lặp đi lặp lại, không xác định được thời gian chính xác. Hiệu suất
sử dụng đường truyền thấp.
IV.6. Phương pháp thâm nhập ngẫu nhiên phân tán CSMA/CA
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)
tương tự như CSMA/CD, mỗi trạm đều phải nghe đường dẫn trước khi gửi cũng
như sau khi gửi thông tin. Tuy nhiên một phương pháp mã hoá bit thích hợp
được sử dụng ở đây trong trường hợp xảy ra xung đột một tín hiệu sẽ lấn át tín
hiệu kia.
V. THIẾT BỊ LIÊN KẾT MẠNG
Để cho dòng dữ liệu giữa hai phần mạng có thể truyền qua lại cho nhau
được người ta sử dụng các thiết bị liên kết đặc biệt. Thông thường mỗi phần
mạng được thiết lập các giao thức truyền thông riêng, các giao thức này có thể
giống nhau hoặc khác nhau so với phần mạng còn lại. Do vậy cần phải liên kết
hai mạng lại mà người sử dụng không cần phải thiết lập lại giao thức truyền
thông. Tuỳ theo những đặc điểm giống và khác nhau giữa hai phần mạng cần liên
kết ta có thể chọn các loại thiết bị liên kết cho phù hợp như bộ lặp (Repeater),
cầu nối (Bridge), bộ định tuyến (Router), gateway và card mạng. Các thiết bị
liên kết này được chọn theo nhiệm vụ của chúng theo mô hình ISO/OSI.
VI. CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
Phương pháp truyền dữ liệu nối tiếp, không đồng bộ là phương pháp được
sử dụng chủ yếu trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Với phương
pháp này các bit dữ liệu được truyền từ bên gửi đến bên nhận một cách tuần tự
trên cùng một đường truyền. Có một số chuẩn truyền thông công nghiệp phổ biến
như sau:

VI.1. Phương thức truyền dẫn tín hiệu
Tín hiệu được dùng để truyền tải thông tin. Có hai phương thức cơ bản:
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 17
D: Bên phát
R: Bên thu
R
D
R
D
R
D
Hình 2.9: Truyền dẫn không đối xứng
(3 kênh, 4 dây dẫn)
A
Hình 2.10 : Truyền dẫn chênh lệch đối xứng
( 3 kênh, 7 dây dẫn)
A
”
B
”

T
B
R
D
R D
R
D
A
’

B
’

T

T

T

T

T
Đề tài tốt nghiệp
 Truyền dẫn không đối xứng
Truyền dẫn không đối xứng sử dụng điện áp của một dây dẫn so với đất để
thể hiện các trạng thái logic (0 và 1) của một tín hiệu số. Một trong những ưu
điểm của phương pháp này là chỉ cần một đường dây đất chung cho nhiều kênh
tín hiệu trong trường hợp cần thiết. Nhờ vậy tiết kiệm được số lượng dây dẫn và
các linh kiện ghép nối. Việc sử dụng đất làm điểm tựa cho việc đánh giá mức tín
hiệu có nhược điểm cơ bản là: khả năng chống nhiễu kém.
 Truyền dẫn chênh lệch đối xứng
Truyền dẫn chênh lệch đối xứng sử dụng điện áp giữa hai dây dẫn để biểu
diễn trạng thái logic (0 và 1) của tín hiệu. Phương pháp truyền này không phụ
thuộc vào đất và có khả năng chống nhiễu tốt.
VI.2. Chuẩn truyền dẫn TIA /EIA
EIA (Electronic Industry Assiciation) và TIA (Telecomunication Industry
Assiciation) là các hiệp hội đã xây dựng và phát triển một số chuẩn giao diện cho
truyền thông công nghiệp, trong đó có các chuẩn truyền dẫn nối tiếp. Theo nghĩa
truyền thống một chuẩn truyền dẫn trước hết được hiểu là các quy định được
thống nhất về giao diện vật lý giữa các thiết bị đầu cuối xử lý dữ liệu DTE (Data

Terminal Equipment) và các thiết bị truyền dẫn dữ liệu DCE (Data
Communication Equipment). Các chuẩn được sử dụng rộng rãi nhất trong truyền
thông công nghiệp đó là: TIA/EIA-232 và TIA/EIA-422, TIA/EIA-485 hay còn
gọi là RS-232, RS-422, RS-485.
 Chuẩn RS-232
Chuẩn RS-232 tương ứng với chuẩn Châu Âu là CCITT. Được dùng chủ
yếu trong việc giao tiếp điểm-điểm giữa hai DTE giữa máy tính và máy in.
Chế độ làm việc của chuẩn RS 232 là hai chiều toàn phần, trong chế độ này
hai thiết bị tham gia cùng có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc. Như vậy việc
truyền thông cần ít nhất là 3 dây dẫn, trong đó 2 dây dẫn tín hiệu nối chéo các
đầu thu phát của hai trạm và một dây đất. RS-232 sử dụng phương thức truyền
dẫn không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn
với đất. Mức điện áp được sử dụng dao động trong khoảng từ -15V đến +15V.
Với:
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 18
+25V
Giao diện
RS-232
+15V
+3V
- 3V
- 15V
- 25V
1
0
Khu vực
quá độ
Hình 2.11: Qui định trạng thái logic của tín hiệu RS-232
Phạm vi làm việc cho phép
R

D
Đề tài tốt nghiệp
 3V(15V): Ứng với giá trị logic 0.
 15V(-3V): Ứng với giá trị logic 1
 Chuẩn RS-422
Chuẩn RS-422 sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây
dẫn. Nhờ vậy giảm được nhiễu và cho phép tăng chiều dài dây dẫn. Tốc độ
truyền dữ liệu khoảng 9 Kbít/s. RS-422 thích hợp cho phạm vi truyền dẫn tới
1200m mà không cần bộ lặp. Điện áp chênh lệch tương ứng với trạng thái logic
0, và âm ứng với trạng thái logic 1. Trong cấu hình ghép nối tối thiểu cho RS-
422 cần một đôi dây dùng để truyền dẫn tín hiệu. Lúc này chỉ có thể truyền một
chiều hoặc hai chiều gián đoạn. Ở chế độ này mỗi thời điểm chỉ có một tín hiệu
duy nhất được truyền đi. Để thực hiện truyền hai chiều toàn phần ta cần hai đôi
dây. Cả hai trường hợp sử dụng với cấu hình 2 dây hay 4 dây đều phải sử dụng
thêm một dây đất để giữ mức điện áp chung (Vcm) cho các trạm tham gia ở một
giới hạn quy định. Nếu không dữ liệu truyền đi sẽ bị mất và các cổng kết nối sẽ
bị hỏng. Ngưỡng giới hạn quy định cho Vcm với RS-422 là 7V.
 Chuẩn RS - 485
RS-485 sử dụng điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn, nhờ vậy
giảm được nhiễu và cho phép tăng chiều dài dây dẫn một cách đáng kể. Đặc
điểm của RS-485 là khả năng ghép nối được nhiều điểm, vì thế được dùng phổ
biến trong các bus trường. Cụ thể, 32 trạm có thể ghép nối, được định địa chỉ và
giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-485 mà không cần bộ lặp. Trong một thời
điểm chỉ có một trạm được phép kiểm soát đường dẫn và phát tín hiệu, vì thế mỗi
bộ kích thích đều phải đưa về chế độ trở kháng cao mỗi khi rỗi, tạo điều kiện cho
các bộ kích thích ở các trạm khác tham gia. Chế độ này được gọi là tri-state. Là
chuẩn được cải tiến từ RS-422 nhưng RS-485 có thêm điều khiển ba trạng thái ở
mạch phát.
 Mức logic ‘’1’’ nằm trong khoảng từ -1,5V đến -6V.
 Mức logic ‘’0’’ nằm trong khoảng từ +1,5V đến +6V.

 RS-485 cũng sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây
dẫn.
Khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm cuối trong một đoạn mạng là
1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia. Tốc độ truyền dẫn có thể lên tới
10Mbit/s. Có thể sử dụng bộ lặp để tăng chiều dài dây dẫn lên nhiều lần cũng
như số trạm trong một mạng, đồng thời đảm bảo được chất lượng tín hiệu.
Do tốc độ truyền thông và chiều dài dây dẫn có thể khác nhau rất nhiều
trong các ứng dụng, hầu như tất cả các bus RS-485 đều yêu cầu sử dụng trở đầu
cuối tại hai đầu dây. Sử dụng trở đầu cuối có tác dụng chống các hiệu ứng phụ
trong truyền dẫn tín hiệu như sự phản xạ tín hiệu.
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 19
Đề tài tốt nghiệp
VI.3. Bộ chuyển đổi từ RS-232 / RS-485 (RS-422)
Thực tế hầu hết các máy tính hiện nay đều trang bị cổng nối tiếp RS-232.
Vì vậy khi ghép nối máy tính với các giao diện ghép nối khác như PLC ta phải
chuyển đổi từ RS-232 sang RS-422 hay RS-485. Sơ đồ mạch như hình 2.16 gồm
2 phần:
 Phần chính: Đặt gần máy tính (PC), có chức năng chuyển đổi tín hiệu ở
cổng RS-232 thành tín hiệu vi sai RS-422 (RS-485).
 Phần phụ: Có thể đặt cách xa máy tính đến hàng ngàn mét, có bộ cách ly
về điện bằng cách ghép nối quang và biến đổi ngược lại thành tín hiệu điện theo
chuẩn ghép nối RS-232 và đấu nối vào cổng ra RS-232 của PC.
VII. MỘT SỐ MẠNG CÔNG NGHIỆP PHỔ BIẾN
 Bitbus
Bitbus ra đời sớm nhất và do hãng INTEL thiết kế vào đầu năm 1990. Đến
năm 1991 Bitbus trở thành chuẩn hoá quốc tế theo chuẩn IEEE-1118 và hiện nay
được duy trì bởi hiệp hội người dùng BEUG (Bitbus European Users Group).
Bitbus dựa trên công nghệ truyền dẫn của RS-485 sử dụng đôi cáp xoắn (cho tốc
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 20
+6V

+5V
+1.5V/+0.2V
-1.5V/ -0.2V
- 5V
- 6V
1
0
Khu vực
quá độ
Phạm vi làm việc cho phép
Hình 2.12: Qui định trạng thái logic của tín hiệu RS-485
RS422/
485
TTL
V24
TTL
RS
422/485
TTL
Phần chính
Phần phụ
Đến
1000m
TTL
V24
V24
TTL
RS422/
485
TTL

RS42/
485
TTL
TTL
V24
Hình 2.13: Sơ đồ khối bộ biến đổi RS-232/RS-485.
Đề tài tốt nghiệp
độ truyền 375 Kbit/s hoặc 62.5 Kbit/s) hoặc cáp quang (1.5 Mbit/s). Cấu trúc của
mạng Bitbus bao giờ cũng bao gồm một trạm chủ, các trạm tớ, có thể có đến 249
Slave và các bộ lặp khi cần mở rộng đường truyền.
 Mạng CAN (Controller Area Network)
Giao thức truyền thông của CAN là giao thức theo chuẩn hoá ISO 11898.
Giao thức CAN có thể sử dụng tốt trong các hệ điều khiển phân tán. Tốc độ
truyền trên mạng của CAN phụ thuộc vào khoảng cách truyền.
 Mạng DeviceNet
DeviceNet là giải pháp mạng của các thiết bị công nghiệp ở cấp trường
(field level, như mạng ghép nối các sensor, các công tắc giới hạn, van điều khiển,
các bộ khởi động motor ) và hãng Allen Bradley phát triển từ năm 1994.
DeviceNet dựa trên cấu trúc giao thức truyền CAN và được xem là một chuẩn
hoá bus trường mở.
 Mạng ControlNet
ControlNet là mạng công nghiệp mở đảm bảo yêu cầu về truyền tốc độ theo
thời gian thực khi liên kết giữa các thiết bị điều khiển trong mạng. Khi sử dụng
cáp đồng trục tốc độ truyền lớn nhất có thể lên đến 5Mbit/s, ở khoảng cách
truyền 1000m giữa hai trạm hoặc 250m khi số trạm sử dụng là 48. Khoảng cách
truyền có thể lên đến 3000m khi dùng cáp quang khi số lượng trạm làm việc có
thể định địa chỉ tới 99 trạm. Với tốc độ truyền nhanh, ControlNet thích hợp cho
việc trao đổi số liệu theo thời gian thực giữa các trạm điều khiển.
 Mạng Industrial Ethernet (IE)
Mạng Industrial Ethernet (IEEE-802.2) dựa trên Ethernet thường được thiết

kế lại sao cho sử dụng phù hợp với môi trường công nghiệp và do tổ chức IEA/
(Industrial Ethernet Association) quản lý. Mạng IE phục vụ cho lớp quản lý và
lớp điều khiển để thực hiện việc truyền thông giữa máy tính và các hệ thông tự
động hoá. Nó phục vụ cho việc trao đổi một dung lượng thông tin lớn và truyền
trong một khoảng cách lớn. Về phương diện vật lý mạng IE cũng là một mạng
điện. Các cáp dùng trong mạng là cáp đồng trục có trán cách điện và có bọc hay
cáp quang.
 Mạng AS-I (Actuator Sensor Interface)
AS-I là một giải pháp mạng công nghiệp tự động đơn giản nhất chủ yếu
dùng cho mạng các điểm đo và cơ cấu chấp hành ở cấp trường. Mạng AS-I có
đặc điểm cấu trúc mạng hình cây sử dụng đôi dây cáp không cần bọc nhiễu cho
truyền tải thông tin và năng lượng (nguồn 24V DC). Độ dài cáp có thể lên đến
100m và cho phép tải trên nó một trạm chủ với lớn nhất là 31 trạm tớ, với thời
gian thực chu kỳ quét trên mạng khoảng 5ms. Mục đích sử dụng duy nhất của
AS-I là kết nối các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành số với cấp điều khiển.
 Mạng PROFIBUS
Profibus là bus trường mở theo chuẩn hoá châu Âu EN 50170 năm 1996 và
chuẩn hoá quốc tế IEC 61158 năm 2000. Được phát triển dựa trên cơ sở mạng
công nghiệp SINEC-L2 của hãng SIEMENS và hiện do tổ chức PNO (Profibus
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 21
Đề tài tốt nghiệp
User Organization) kiểm soát. Profibus là một hệ thống bus dùng để kết nối thiết
bị trường với các thiết bị điều khiển và giám sát. Profibus là hệ thống bus nhiều
chủ, cho phép các thiết bị điều khiển tự động, các trạm kỹ thuật và hiển thị quá
trình cũng như các phụ kiện phân tán cùng làm việc trên cùng một bus.
VII.1. Mạng PROFIBUS
VII.1.1 Đặc điểm của PROFIBUS
 Các thiết bị chủ có khả năng kiểm soát quá trình truyền thông trên bus,
nó sẽ gởi thông tin cho các thành viên trong mạng khi nó được quyền truy cập ta
gọi đó là mạng tích cực.

 Các thiết bị tớ là các thiết bị trường như vào/ra phân tán, cảm biến và cơ
cấu chấp hành. Chúng không được nhận quyền truy cập bus mà chỉ được phép
xác nhận hoặc trả lời thông tin nhận từ trạm chủ khi được yêu cầu. Một trạm tớ
còn được gọi là trạm thụ động.
 Profibus cho phép ứng dụng trong các bài toán đòi hỏi thời gian truyền
với tốc độ cao cũng như các ứng dụng trong các môi trường truyền thông phức
tạp.
Tuỳ theo từng ứng dụng cụ thể mà có thể sử dụng các dạng chuẩn Profibus
tương thích với nhau sau đây:
 PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification): Được dùng chủ
yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và điều khiển giám sát. Ở mức
này việc thông tin chủ yếu diễn ra giữa các thiết bị điều khiển trong trường (như
PLC, PC ). PROFIBUS-FMS có tốc độ truyền trung bình với thời gian vòng
quét số liệu trong bus nhỏ hơn 100 ms.
 PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery): Chuẩn này dựa trên cơ sở
chuẩn hoá DIN 19 245 với những chức năng mở rộng thêm thích hợp cho các bài
toán yêu cầu về tốc độ truyền cao. Chuẩn hoá này được thiết kế cho mạng ghép
nối giữa các hệ thống tự động hoá với các thiết bị phân tán bằng việc thay thế các
đường tín hiệu song song (Digital/Analog, 24V, 0 -20mA).
 PROFIBUS-PA (Process Automation): Chuẩn này được thiết kế đảm
bảo việc ghép nối các hệ thống tự động hoá các quá trình có môi trường dễ cháy
nổ, đặc biệt trong công nghiệp chế biến, ghép nối các hệ thống tự động hoá và
điều khiển quá trình với các thiết bị trường và đang dùng để thay thế kỹ thuật
dòng truyền 4-20mA. PROFIBUS-PA chỉ sử dụng một đôi dây dẫn duy nhất để
truyền tải mọi thông tin cũng như cấp nguồn cho tất cả các thiết bị trong trường.
Chuẩn này dựa theo tiêu chuẩn IEC 1158-2.
VII.1.2. Kiến trúc giao thức của mạng PROFIBUS
Do những yêu cầu đặc trưng truyền thông của cấp trường mà PROFIBUS-
FMS chỉ thực hiện các lớp: lớp vật lý (Physical, lớp 1), lớp liên kết số liệu (Data
link, lớp 2), và lớp ứng dụng trên cùng (Application, lớp 7) theo mô hình đối

chiếu OSI, trong khi kiểu PROFIBUS-DP và PA chỉ chuẩn hoá ở lớp 1 và lớp 2
như được minh hoạ trong hình vẽ 2.17:
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 22
Đề tài tốt nghiệp
 Lớp 1: Là lớp qui định về kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, môi trường
truyền dẫn, 485 hay cáp quang.
 Lớp 2: Có chức năng thực hiện việc điều khiển truy cập bus và kiểm
tra độ an toàn của dữ liệu, cung cấp các dịch vụ cơ bản cho việc trao đổi dữ liệu
một cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn ở lớp vật lý.
 Lớp 7: Gồm có các giao thức FMS gồm có 2 lớp con là FMS và LLI
(Lower Layer Interface). Lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng và
cung cấp các dịch vụ truyền thông, trong khi LLI có vai trò trung gian cho FMS
kết nối với lớp 2 mà không phụ thuộc vào các thiết bị riêng biệt. Lớp LLI còn có
nhiệm vụ thực hiện các chức năng bình thường thuộc các lớp 3-6.
VII.1.3. Kỹ thuật truyền dẫn
Profibus sử dụng 3 công nghệ truyền dẫn là: RS-485 (sử dụng cặp đôi dây
dẫn) hoặc cáp quang cho Profibus FMS/DP hoặc cấu trúc phức hợp cả hai công
nghệ này tuỳ theo yêu cầu thực tế của bài toán Profibus PA sử dụng công nghệ
truyền IEC 1158-2. Trong đó RS-485 là công nghệ thường dùng do tính chất bảo
đảm tốc độ truyền cao, tin cậy, lắp đặt dễ dàng và chi phí thấp. Chuẩn
PROFIBUS theo EN 50170 qui định các đặc tính điện học và cơ học của giao
diện RS-485 cũng như môi trường truyền thông để trên cơ sở đó các ứng dụng có
thể lựa chọn các thông số thích hợp. Các đặc tính điện học bao gồm:
 Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường nhánh (trunk-line/drop-
line) với các đường nhánh ngắn.
 Cáp dẫn được sử dụng là đôi dây xoắn có bảo vệ(STP).
 Trở kết thúc có dạng fail-safe biasing(390Ω - 220Ω - 390Ω).
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 23
Hình 2.14: Kiến trúc giao thức của PROFIBUS
Những trường ứng dụng

( Xây dựng,Quá trình, sản xuất )
Ứng dụng profiles
Những chức năng DP
Sự chỉ rõ những thông
báo của bus trường
FMS
Không sử dụng
Liên kết dữ liệu bus trường (FDL)
Giao tiếp IEC
IEC 1158-2
RS485/Fiber Optic
Lớp
Lớp vật lý
Lớp liên
kết dữ liệu
(2)
Lớp 3÷6
Lớp ứngdụng
(7)
Người dùng
EN 50170 và nguyên tắc PROFIBUS
PROFIBUS Profile
Đề tài tốt nghiệp
 Tốc độ truyền thông từ 9.6KBit/s đến 12MBit/s.
 Chiều dài dây dẫn tối đa trong một đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ
thuộc vào tốc độ truyền được lựa chọn. Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài
tối đa của một đoạn mạng được trình bày trong bảng sau.
 Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. Có thể dùng tối đa
3 bộ lặp tức 4 đoạn mạng để nâng tổng số trạm tối đa lên 127.
 Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều không đồng thời.

 Phương pháp mã hoá bit NRZ.
Bảng chiều dài tối đa của một đoạn mạng PROFIBUS (đôi dây xoắn)
Tốc độ (KBit/s) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 12000
Chiều dài 1200m 1200m 1200m 1000m 400m 200m 100m
VII.1.4. Truy nhập Bus
Profibus FMS/DP/PA sử dụng cùng một giao thức truy cập bus. Giao thức
này được thực hiện thông qua lớp 2 (FDL). Nó bao gồm cả an toàn dữ liệu và
thực hiện giao thức truyền. Profibus có hai thủ tục truy nhập bus có thể được áp
dụng độc lập hoặc kết hợp là: Token Passing và Master/Slave.
 Token Passing: Đây là thủ tục cho phép các trạm chủ (Master) có thể
trao đổi dữ liệu với nhau.
 Master/Slave: Thủ tục này được áp dụng khi một trạm chủ nhận được
Token cần thiết trao đổi dữ liệu với các trạm tớ (Slave).
VII.1.5. Cấu trúc bức điện
Một bức điện (Telegram) trong giao thức thuộc lớp 2 của Profibus được gọi
là khung. Ba loại khung có khoảng cách Hamming 4 (HD = 4) và một loại khung
đặc biệt đánh dấu một Token được quy định như sau:
 Khung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu:
SD1 DA SA FC FCS ED
 Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu:
SD3 DA SA FC DU FCS ED
 Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1- 264 byte dữ liệu:
SD2 LE Ler SD2 DA SA FC DU FCS ED
 Token:
SD4 DA SA
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 24
Đề tài tốt nghiệp
Các ô DA, SA, FC và DU được xem là phần mang thông tin Trừ ô DU, mỗi
ô còn lại trong một bức điện đều có chiều dài 8 bit với các ý nghĩa cụ thể như
sau:

Byte kiểm soát khung (FC) dùng để phân biệt các kiểu bức điện, ví dụ bức
điện gửi hay yêu cầu dữ liệu cũng như xác nhận hay đáp ứng. Bên cạnh đó, byte
FC còn chứa thông tin về việc thực hiện hàm truyền, kiểm soát lưu thông để
tránh việc mất mát hoặc gửi đúng dữ liệu cũng như thông tin kiểu trạm, trạng thái
FDL.PROFIBUS-FMS và DP sử dụng phương thức truyền không đồng bộ, vì
vậy việc đồng bộ hoá giữa bên gửi và bên nhận phải thực hiện với từng kí tự.
Việc thực hiện truyền tuân thủ theo các nguyên tắc sau đây:
 Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu của bit 1, tức mức tín hiệu
thấp theo phương pháp mã hoá bit NRZ (0 ứng với mức tín hiệu cao).
 Trước một khung yêu cầu cần một thời gian rỗi tối thiểu là 33 bit thực
hiện đồng bộ hoá giữa hai bên gửi và nhận.
 Không cho phép thời gian rỗi giữa các kí tự UART của một khung.
 Với mỗi kí tự UART bên nhận kiểm tra các bit khởi đầu (start), bit cuối
(stop) và bit chẵn lẻ (parity). Với mỗi khung, bên nhận kiểm tra các byte SD,
DA, SA, FCS, ED, LE, LEr (nếu có) cũng như thời gian rỗi trước mỗi khung yêu
cầu. Nếu có lỗi thì toàn bộ khung phải huỷ bỏ.
Bảng ngữ nghĩa khung bức điện FDL

Tên đầy đủ Ý nghĩa
SD1-
SD4
Start Delimiter
Byte đầu, phân biệt giữa các loại khung SD1 =
10H, SD2 = 68H, SD3 = A2H, SD4= DCH
LE Length Chiều dài thông tin (4 -249 byte)
LER Length repeated Chiều dài thông tin nhắc lại vì lý do an toàn
DA Destination Address Địa chỉ đích (trạm nhận), từ 0-127
SA Source Address Địa chỉ nguồn (trạm gửi), từ 0-126
DU Data Unit Đơn vị dữ liệu
FC Frame Control Byte kiểm soát lỗi

FCS Frame Check Sequence Byte kiểm soát lỗi, khoảng cách Hamming = 4
ED End Delimiter Byte kết thúc, ED = 16H
SVTH: Trần Trung Phúc - Lớp 01ĐTĐ Trang 25