nghiên cứu điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn thông qua mạng truyền thông

BẾ VIẾT KHUYẾN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ THÁI NGUYÊN 2011

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP












LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
NGÀNH : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ


NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
TRONG TRẠM VIỄN THÔNG QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG

BẾ VIẾT KHUYẾN











THÁI NGUYÊN 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1



ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT




“Nghiên cứu điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn thông qua mạng truyền thông”.





Ngành : KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ
Mã số: 6052703.04.3898
Học Viên: BẾ VIẾT KHUYẾN
Ngƣời HD Khoa học : PGS.TS NGUYỄN NHƢ HIỂN













THÁI NGUYÊN – 2011

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
1
MỤC LỤC
MỤC LỤC 0
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT……………………………………… ……………4
DANH MỤC BẢNG…………………………… … …………….………….4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5
LỜI NÓI ĐẦU 7
Chƣơng 1 9
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ 9
TRONG TRẠM VIỄN THÔNG 9
1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH PLC 9
1.1.1. Định nghĩa về hệ thống điều khiển 9
1.1.2. Vai trò của bộ điều khiển lập trình PLC 10
1.1.2.1. Thiết bị đầu vào 10
1.1.2.2. Thiết bị đầu ra 10
1.1.3. Khái niệm về PLC 10
1.1.3.1. Cấu trúc 11
1.1.3.2. Hoạt động của PLC 11
1.1.4. Sơ lƣợc về lịch sử phát triển 13
1.1.5. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình 14
1.1.6. Ƣu điểm của PLC 15
1.1.6.1. Hệ thống điều khiển cổ điển và những khó khăn của nó 15
1.1.6.2. Bảng điều khiển khả lập trình và những thuận lợi của nó 16
1.1.7. Ứng dụng của PLC 18
1.2. SƠ LƢỢC VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG VỚI PLC 21
1.2.1. Định nghĩa về mạng truyền thông công nghiệp 21

1.2.2. Vai trò ứng dụng của mạng truyền thông 22
1.2.3. Mạng ASI 23
1.2.3.1. Giao tiếp AS 23
1.2.3.2. Các AS – I master 24
1.2.4. Mạng PROFIBUS 26
1.2.4.1. Định nghĩa PROFIBUS 26
1.2.4.2. Các thuận lợi fieldbus 27
1.2.4.3. Truyền thông công nghệp 27
1.2.4.4. Đặc tính của PROFIBUS 27
1.2.4.5. Truyền thông với PROFIBUS 28
1.2.5. Mạng ETHERNET công nghiệp 29
1.2.5.1. Khái niệm 29
1.2.5.2. Truyền thông mạng 30
1.2.6. Các mạng máy tính thông dụng 30
1.2.6.1. Mạng cục bộ - LAN (Local Area Network) 30
1.2.6.2. Mạng Internet 36
Chƣơng 2 38
CÁC GIẢI PHÁP XÂY DỰNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT
TRẠM VIỄN THÔNG QUA MẠNG TRUYỀN THÔNG 38
2.1. YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI HỆ THỐNG 38
2.2. SƠ ĐỒ KHỐI CỦA HỆ THỐNG 39

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
2
2.2.1. Trung tâm giám sát 39
2.2.2. Các trạm viễn thông (Trạm vệ tinh) 40
2.3. CHỨC NĂNG VÀ MỤC TIÊU CỦA HỆ THỐNG GIÁM SÁT 41
2.3.1. Thu thập dữ liệu 41
2.3.2. Cảnh báo 42
2.3.2.1. Sự cố cảnh báo 42

2.3.2.2. Phƣơng tiện cảnh báo 42
2.3.3. Điều khiển 43
2.3.3.1. Chế độ tự động 43
2.3.3.2. Chế độ manual 43
2.3.4. Cấu hình các tham số hệ thống 43
2.3.4.1. Truyền qua đƣờng E1 43
2.3.4.2. Truyền thông không dây (GPRS, SMS) 43
2.3.4.3. Truyền qua mạng LAN 44
2.3.4.4. Truyền qua đƣờng Internet (ADSL) 44
2.3.5. Khả năng quản trị hệ thống 44
2.3.5.1. Quản trị tập trung tại trung tâm 44
2.3.5.2. Lƣu trữ và quản lý thông tin 44
2.3.6. Khả năng lƣu trữ 45
2.3.6.1. Lƣu trữ tại trung tâm 45
2.3.6.2. Lƣu trữ tại trạm khi mất đƣờng truyền 45
2.3.7. Khả năng bảo mật 45
2.3.8. Quản trị hệ thống và phân quyền ngƣời sử dụng 45
Chƣơng 3 46
GIẢI PHÁP ĐỀ XUẤT THỰC HIỆN XÂY DỰNG HỆ THỐNG 46
3.1. TỔNG QUAN THIẾT KẾ 46
3.2. LỰA CHỌN GIẢI PHÁP CHI TIẾT 48
3.2.1. Thiết bị giám sát và điều khiển MCE 48
3.2.2. Các cảm biến và thiết bị kết nối với PLC 54
3.2.2.1. Tủ ATS (Atomatic Transfer Syster) 54
3.2.2.2. Thiết bị điều khiển điều hoà 57
3.2.2.3. Đầu đo nhiệt độ phòng máy 58
3.2.2.4. Cảm biến khói, cháy 58
3.2.3. Đặc tính kỹ thuật của một số thiết bị chính 59
3.2.3.1. Tủ điều khiển logic LC 59
3.2.3.2. Đầu đo nhiệt độ chính xác 59

3.2.3.3. Đầu báo khói 59
3.2.3.4. Đầu báo cháy (nhiệt gia tăng) 60
3.2.3.5. Đồng hồ đo dòng AC 60
3.2.3.6. Tủ ATS 60
3.3. CẤU HÌNH KỸ THUẬT 61
3.4. CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN 62
3.4.1. Giám sát mất đƣờng truyền 62
3.4.2. Giám sát cảnh báo, trạng thái 62
3.4.3. Đo đạc các thông số từ xa 62
3.4.4. Điều khiển tự động 62
3.4.5. Điều khiển từ xa 62
3.4.6. Chức năng tra cứu lý lịch sự kiện 63
3.5. THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN LOGIC 63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
3
3.5.1. Chọn sử dụng PLC 63
3.5.1.1. Module CPU 64
3.5.1.2. Các loại module mở rộng 64
3.5.2. Kết nối PLC và mạng Internet 65
3.5.3. Lập trình cho PLC 66
3.5.3.1. Lập trình báo khói 66
3.5.3.2. Lập trình báo cháy (nhiệt gia tăng) 69
3.5.3.3. Lập trình điều khiển điều hòa nhiệt độ 73
3.5.3.4. Lập trình điều khiển tủ ATS 79
3.6. PHƢƠNG ÁN XÂY DỰNG PHẦN MỀM TÍCH HỢP GIÁM SÁT ĐIỀU KHIỂN TỪ XA
(SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition) 89
3.6.1. Cơ sở thiết kế hệ thống 89
3.6.2. Giải pháp xây dựng phần mềm hệ thống 90
3.6.3. Một số giao diện của phần mềm giám sát 92

Chƣơng 4 95
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 95
4.1. KẾT LUẬN 95
4.1.1. Lợi ích đem lại từ hệ thống 95
4.1.1. Kết quả đạt đƣợc sau quá trình nghiên cứu và thiết kế 95
4.2. KIẾN NGHỊ 95
4.2.1. Các kiến nghị 95
4.2.2. Hƣớng phát triển 96
TÀI LIỆU THAM KHẢO 97


















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
4
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

- BTS ( Base Transceiver Station): Trạm Thu phát gốc
- GSM (Global System for Mobile Communications): Hệ thống thông tin di
động toàn cầu
- ATS (Automatic Transfer Switch): Hệ Thống Tự động chuyển mạch
- IMS (Intergrated Monitoring System) : Hệ thống giám sát tích hợp.
- VSE (Video Surveilance Entity) : Thiết bị giám sát hình ảnh.
- MCE (Monitoring & Control Entity) : Thiết bị giám sát và điều khiển.
- ACE (Access Control Entity) : Thiết bị quản lý vào ra (dùng thẻ, vân
tay, ).
- OEs (Other Equipments) : Các thiết bị khác cần giám sát từ xa qua hệ thống
IMS.
- EA (Ethernet Adapter) : Bộ thích ứng mạng Ethernet để kết nối thiết bị vào
hệ thống IMS (nếu thiết bị chƣa có giao diện Ethernet).
- VS-P (Video Surveilance Protocol) : Giao thức giám sát hình ảnh.
- MC-P (Monitoring & Control Protocol): Giao thức giám sát và điều khiển.
- AC-P (Access Control Protocol) : Giao thức quản lý vào ra.
- OEs-P (Other Equipments Protocols) : Các giao thức quản lý thiết bị
khác(SNMP, Telnet, Serial Console, )
- IMS-P (IMS-Protocol) : Giao thức IMS giữa máy trạm quản lý
và máy chủ.

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển…………18

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Hệ thống điều khiển bằng PLC……………… …………………….9
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển lập trình……… …….… …… 11
Hình 1.3. Mô tả hoạt động PLC……………… …………….……………… 12
Hình 1.4. Chu kỳ vòng quét của PLC…………… ………….……………….12
Hình 1.5. Bảng điều khiển bằng PLC……………………… ……………….16
Hình 1.6. Hình ảnh ứng dụng của PLC…………………………………… 20
Hình 1.7. Phân cấp mạng………………………………… …………………23
Hình 1.8. Sơ đồ kết nối các thành phần AS – i……………… ………… 24
Hình 1.9. ASI Master CP 342-2……………………………… ………… 25
Hình 1.10. Truyền thông S7 qua mạng Ethernet……………… ……………29
Hình 1.11. Cấu hình mạng LAN……………………………… …………….31
Hình 1.12. Các tầng của TCP/IP so với 7 tầng tƣơng ứng của OSI………… 33
Hình 1.13. Hai mạng Net 1 và Net 2 kết nối thông qua routerR.……… … 36
Hình 1.14. Ba mạng kết nối với nhau thông qua 2 bộ định tuyến…… …… 36
Hình 1.15. Kiến trúc tổng thể của Internet…………………………………….37
Hình 2.1. Mô hình tổng thể của hệ thống điều khiển giám sát trạm viễn thông39
Hình 2.2. Mô hình hệ thống điều khiển giám sát qua mạng IP………… … 41
Hình 3.1. Mô hình thiết kế tổng quan………………………………… …….46
Hình 3.2. Sơ đồ mô tả thiết bị PLC……………………………………………49
Hình 3.3. Nguyên tắc đấu nối các cổng DI………………………… ……….50
Hình 3.4. Nguyên tắc đấu nối tiếp, song song các cổng DI………… ………50
Hình 3.5. Đặc tuyến chuyển đổi tuyến tính các cổng AI………… …………51
Hình 3.6. Gửi điện áp điều khiển Vdk đến thiết bị……………………… ….51

Hình 3.7. Mô tả giao thức MC-P………………………………… …………52
Hình 3.8. Vị trí của ATS 55
Hình 3.9. Sơ đồ mô tả khả năng dự phòng và chuyển đổi giữa 2 chế độ Auto và
Remote…………………………………………………… …………………55
Hình 3.10. Mặt máy tủ ATS………………………………… …………… 56
Hình 3.11. Đầu đo nhiệt độ Dixell……………………… ………………… 58
Hình 3.12. Đầu báo khói, Đầu báo nhiệt gia tăng………………… ……… 59
Hình 3.13. Các giao tiếp điện điều khiển ATS…………… ……………… 60
Hình 3.14. Cấu hình kỹ thuật hệ thống……………………… …………… 61
Hình 3.15. PLC S7 - 300………………………………………………………63
Hình 3.16. Module giao tiếp eWON……………………………… ……… 65
Hình 3.17. Kết nối PLC S7-300 với mạng Internet qua module eWON … 65

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
6
Hình 3.18. Phân cấp hệ SCADA………………………………………………89
Hình 3.19. Mô hình IMS Client - Server……………………… ……………90
Hình 3.20. Giao diện giám sát tổng thể………………………… ………… 92
Hình 3.21. Quản lý ngƣỡng các loại cảnh báo ……………………………… 92
Hình 3.22. Giám sát cảnh báo qua màu sắc trên sơ đồ mặt bằng……… … 93
Hình 3.23. Giao diện giám sát và điều khiển cho từng thiết bị……………… 93
Hình 3.24. Giao diện giám sát và điều khiển trên sơ đồ mặt máy của PLC 94
Hình 3.25. Các lƣu đồ điều khiển tự động cho 1 trạm…………… …………94

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
7
LỜI NÓI ĐẦU
Hiện nay đa số ở các đơn vị cung cấp và khai thác dịch vụ viễn thông vẫn
tồn tại phƣơng pháp quản lý, khai thác dịch vụ truyền thống thủ công và không
đồng bộ. Chƣa thực sự tự động hoá đƣợc các khâu quản lý, giám sát điều hành
và đánh giá chất lƣợng mạng và dịch vụ cho toàn hệ thống gây ra sự tốn kém
rất nhiều về nhân lực và vật lực; chậm trễ trong thông tin báo cáo giải quyết sự
cố và hỗ trợ khách hàng, thông tin báo cáo hỗ trợ các cấp lãnh đạo ra quyết
định chỉ đạo điều hành. Chính vì vậy cần phải có một hệ thống điều khiển giám
sát các thiết bị trong trạm viễn thông nhằm khắc phục đƣợc những tồn tại nói

trên.
Trong thời gian vừa qua, ngành công nghệ thông tin truyền thông nói
chung và ngành viễn thông nói riêng đã có những bƣớc phát triển vô cùng
mạnh mẽ. Đã có rất nhiều trạm viễn thông, BTS đƣợc xây dựng với các trang
thiết bị hiện đại đắt tiền nhằm phục vụ cho nhu cầu không ngừng tăng cao của
các khách hàng. Sự tốn kém, phức tạp trong việc giải quyết hậu quả cũng nhƣ
những chi phí, mất mát không lƣờng trƣớc đƣợc có thể xảy ra mỗi khi các thiết
bị nhà trạm viễn thông xảy ra sự cố dẫn đến nhu cầu phải có sự giám sát nhà
trạm viễn thông một cách liên tục, tin cậy và hiệu quả.
Tuy nhiên, hiện nay tại hầu hết các trạm viễn thông, đều mới chỉ có một số
rất ít các cảnh báo giản đơn cho một số ít thiết bị. Hơn nữa việc sử dụng các hệ
thống điều hoà, thông gió,… liên tục mà không quan tâm tới nhiệt độ nhà trạm
đã gây ra một sự thất thoát lớn về điện năng. Do đó một hệ thống giám sát mới
đƣợc trang bị đầy đủ các thiết bị với khả năng cảnh báo, giám sát toàn bộ trạm
viễn thông theo thời gian thực và có phƣơng án sử dụng điện năng một cách
hiệu quả cần phải đƣợc xây dựng.
Số lƣợng không ngừng tăng lên của các trạm viễn thông đòi hỏi sự giám
sát đó phải đƣợc thực hiện theo hƣớng tập trung, tiện lợi và an toàn. Trong
tƣơng lai, tất cả các trạm viễn thông hoạt động hoàn toàn tự động, các nhân
viên kỹ thuật có thể xử lý, giám sát các hoạt động của trạm từ xa. Chỉ trong
những trƣờng hợp có sự cố nghiêm trọng thì các nhân viên kỹ thuật mới phải
đến tận nơi để xử lý.
Để nâng cao chất lƣợng dịch vụ và tối ƣu hoá chi phí quản lý, tăng cƣờng
việc kiểm soát an ninh đối với các nhà trạm thiết bị, còn phải có một giải pháp
giám sát quản lý nhà trạm tập trung từ xa, tự động hoá toàn bộ hoạt động của
các thiết bị phụ trợ để tăng tuổi thọ các thiết bị chính, giảm bớt nhân tố con
ngƣời trông coi, qua đó giảm đƣợc rất nhiều chi phí quản lý, và tận dụng đƣợc

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
8

nguồn nhân lực đó để phục vụ các nhu cầu khác. Có nhƣ vậy mới có thể tăng
sức mạnh cạnh tranh trong nền kinh từ mở cửa nhƣ hiện nay.
Xây dựng một hệ thống giám sát, quản lý tập trung không những tạo ra
khả năng quản lý phân vùng, phòng ngừa và xử lý các sự cố một cách chủ
động, từ xa,… mà còn giúp giảm thiểu những chi phí gây ra do sự lãng phí điện
năng.
Đối với các nƣớc phƣơng Tây, các hệ thống giám sát tự động từ xa cho
các nhà trạm thiết bị không ngƣời đã đƣợc sử dụng từ rất lâu trong tất cả các
lĩnh vực, trong khi ở Việt Nam, công nghệ này là tƣơng đối mới mẻ.
Với đề tài “ Nghiên cứu điều khiển giám sát các thiết bị trong trạm viễn
thông qua mạng truyền thông”, phƣơng án kỹ thuật có thể đáp ứng đƣợc công
việc giám sát quản lý tập trung từ xa đối với các nhà trạm thiết bị Viễn thông.
Tôi mong rằng trên cơ sở đó có thể xây dựng các hệ thống điều khiển, giám sát
với quy mô lớn hơn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
9
Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CÁC THIẾT BỊ
TRONG TRẠM VIỄN THÔNG
1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐIỀU KHIỂN LOGIC LẬP TRÌNH PLC
1.1.1. Định nghĩa về hệ thống điều khiển
Nói chung, hệ thống điều khiển là tập hợp các máy móc và thiết bị điện tử
ở một nơi để đảm bảo họat động của quá trình sản xuất hay một hoạt động của
sản xuất ổn định, chính xác và nhịp nhàng.

Những thành tựu của sự tiến bộ vƣợt bậc của khoa học công nghệ, các
nhiệm vụ điều khiển phức tạp đƣợc hoàn thành nhờ một hệ thống điều khiển tự
động cao, đó chính là bộ điều khiển lập trình và có sự tham gia của cả máy tính.
Ngoài việc giao tiếp tín hiệu với các trƣờng thiết bị vào – ra nhƣ (các bảng vận
hành, động cơ, cảm biến, van …), khả năng giao tiếp truyền thông dữ liệu trên
mạng giữa các thành phần điều khiển trong hệ thống cũng đƣợc thực hiện. Mỗi
thành phần đơn giản trong hệ thống điều khiển đều đóng một vai trò quan trọng
mà không cần quan tâm đến kích cỡ. Ví dụ hình 1.1 cho thấy rằng PLC không
biết điều gì xẩy ra xung quanh nó khi không có bất kỳ một thiết bị cảm nhận tín
hiệu. Nó cũng không thể thực hiện một chuyển động cơ học nếu không có nối
kết giữa động cơ với nó.
Hình 1.1. Hệ thống điều khiển bằng PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
10
1.1.2. Vai trò của bộ điều khiển lập trình PLC
Trong một hệ thống tự động, nói chung PLC đƣợc ví nhƣ là con tim của
hệ thống điều khiển. Với chƣơng trình ứng dụng điều khiển (đƣợc lƣu trữ trong
bộ nhớ PLC) trong việc thực thi, PLC thƣờng xuyên giám sát tình trạng hệ
thống qua tín hiệu phản hồi của thiết bị đầu và. Sau đó sẽ dựa vào sự hợp lý của
chƣơng trình để xác định tiến trình hoạt động đƣợc thực hiện ở những thiết bị
xuất cần thiết.
PLC có thể đƣợc sử duujng điều khiển những nhiệm vụ đơn giản có tính
lặp đi lặp lại hoặc một vài nhiệm vụ cụ thể đƣợc liên kết cùng nhau với thiết bị
điều khiển chủ hoặc máy tính chủ khác qua một loại mạng giao tiếp để tích hợp
điều khiển của một quá trình phức tạp.
1.1.2.1. Thiết bị đầu vào
Sự thông minh của một hệ thống tự động phần lớn dựa vào khả năng của
PLC đọc đƣợc tín hiệu từ những loại cảm biến ttự động khác nhau và thiết bị
đầu vào cƣỡng bức tín hiệu.

Những nút nhấn, bàn phím, công tắc gạt tạo thành cơ bản của giao tiếp
ngƣời và máy là các loại thiết bị vào cƣỡng bức tín hiệu. Mặt khác, để phát hiện
vật thể, quan sát sự di chuyển cơ cấu, kiểm tra áp suất và mức chất lỏng và
nhiều sự kiện khác, PLC sẽ phải xử lý tín hiệu từ những thiết bị cảm ứng tự
động đặc biệt nhƣ công tắc tơ, công tắc hành trình, cảm biến quang điện, cảm
biến mức độ, và Nhiều loại tín hiệu vào PLC có thể là ON/OFF hay tƣơng tự.
Những tín hiệu vào này đƣợc giao tiếp với PLC qua các loại môđun vào khác
nhau.
1.1.2.2. Thiết bị đầu ra
Hệ thống tự động không hoàn chỉnh và hệ thống PLC thật sự bị tê liệt
nếu không có giao tiếp với thiết bị ra, chẳng hạn một số thiết bị thông thƣờng
nhƣ: động cơ, cuộn dây, đèn chỉ thị, chuông báo…Thông qua sự hoạt động của
động cơ và cuộn dây, PLC có thể điều khiển từ đơn giản đến phức tạp.
1.1.3. Khái niệm về PLC
PLC (Prgrammaple Logic Controller) là thiết bị điều khiển lập trình, đƣợc
thiết kế chuyên dùng trong công nghiệp để điều khiển các tiến trình xử lý từ
đơn giản đến phức tạp, tuỳ thuộc vào ngƣời điều khiển mà nó có thể thực hiện
một loạt các chƣơng trình hoặc sự kiện, sự kiện này đƣợc kích hoạt bởi các tác
nhân kích thích (hay còn gọi là đầu vào) tác động vào PLC hoặc qua các bộ
định thời (Timer) hay các sự kiện đƣợc đếm qua bộ đếm. Khi một sự kiện đƣợc
kích hoạt nó sẽ bật ON, OFF hoặc phát một chuỗi xung ra các thiết bị bên ngoài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
11
đƣợc gắn vào đầu ra của PLC là ta có thể thực hiện các chức năng khác nhau,
trong các môi trƣờng điều khiển khác nhau.
1.1.3.1. Cấu trúc
Một PLC bao gồm một bộ xử lý trung tâm, bộ nhớ để lƣu trữ chƣơng trình
ứng dụng và những môđun giao tiếp nhập – xuất. Hình 1.2 mô tả sơ bộ về cấu
trúc của một PLC.

1.1.3.2. Hoạt động của PLC
Về cơ bản, hoạt động của một PLC cũng khá đơn giản. Đầu tiên, hệ thống
các cổng vào/ra (Input/ Output) (còn gọi là các Module xuất/nhập) dùng để đƣa
các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi vào CPU (nhƣ các sensor, contact, tín hiệu
từ động cơ…). Sau khi nhận đƣợc tín hiệu ở đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đƣa
các tín hiệu điều khiển qua môđun xuất ra các thiết bị đƣợc điều khiển. Hình
1.3 minh hoạ hoạt động của PLC khi thực thi chƣơng trình ứng dụng.
Trong suốt quá trình hoạt động, CPU đọc hoặc quét (scan) dữ liệu hoặc
trạng thái của các thiết bị ngoại vi thông qua đầu vào, sau đó thực hiện các
Hình 1.2. Sơ đồ cấu trúc của bộ điều khiển lập trình

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
12
chƣơng trình trong bộ nhớ nhƣ sau: một bộ đệm chƣơng trình sẽ nhận lệnh từ
bộ nhớ chƣơng trình đƣa ra thanh ghi lệnh để thi hành. Chƣơng trình ở dạng
STL (Statement List – Dạng lệnh liệt kê) hay ở dạng LADDER (dạng hình
thang) sẽ đƣợc dịch ra ngôn ngữ máy cất trong bộ nhớ chƣơng trình. Sau khi
thực hiện xong chƣơng trình, sau đó là truyền thông nội bộ và kiểm lỗi sau đó
CPU sẽ gửi hoặc cập nhật tín hiệu tới các thiết bị, đƣợc điều khiển thông qua
môđun xuất. Một chu kỳ gồm đọc tín hiệu ở đầu vào, thực hiện chƣơng trình,
truyền thông nội bộ và tự kiểm tra lỗi và gửi cập nhật tín hiệu ở đầu ra đƣợc gọi
là một chu kỳ quét.
Nhƣ vậy thì thời điểm thực hiện lệnh vào/ra thì lệnh không xử lý trực tiếp
với cổng vào/ra mà sẽ xử lý thông qua bộ nhớ đệm. Nếu có sử dụng ngắt thì
chƣơng trình còn tƣơng ứng với từng tín hiệu ngắt sẽ đƣợc soạn thảo và cài đặt
nhƣ một bộ phận chƣơng trình. Chƣơng trình ngắt chỉ thực hiện trong vòng
quét khi xuất hiện tín hiệu ngắt và có thể xảy ra ở bất kỳ điểm nào trong vòng
quét. Chu kỳ quét ở một vòng của PLC đƣợc mô tả nhƣ hình 1.4.









Thực tế khi PLC thực hiện chƣơng trình (Program Execution), PLC khi
cập nhật tín hiệu đầu vào (ON, OFF) phải theo hai bƣớc; khi xử lý thực hiện
chƣơng trình, vi xử lý sẽ chuyển đổi các mức logic tƣơng ứng ở đầu ra trong
“chƣơng trình nội” (đã đƣợc lập trình), các mức logic này sẽ chuyển đổi

ON/OFF. Tuy nhiên lúc này các tín hiệu ở đầu ra “thật” (tức tín hiệu đƣợc đƣa
ra tại Module out) vẫn chƣa đƣợc đƣa ra. Khi xử lý kết thúc chƣơng trình xử lý,
việc chuyển đổi các mức logic (của các tiếp điểm) đã hoàn thành thì việc cập
nhật các tín hiệu ở đầu ra mới thực sự tác động lên đầu ra để điều khiển các
thiết bị ở đầu ra.
Thƣờng việc thực thi một vòng quét xảy ra với thời gian rất ngắn, một
vòng quét đơn (single scan) có thời gian thực hiện một vòng quét từ 1ms tới
Hình 1.3. Mô tả hoạt động PLC
Hình 1.4. Chu kỳ vòng quét của PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
13
100ms. Việc thực hiện một chu kỳ quét dài hay ngắn còn phụ thuộc vào tốc độ
xử lý lệnh, độ dài của chƣơng trình và cả mức độ giao tiếp giữa PLC với các
thiết bị ngoại vi (màn hình hiển thị…). Vi xử lý chỉ có đọc đƣợc tín hiệu ở đầu
vào chỉ khi nào tín hiệu này tác động với khoảng thời gian lớn hơn một chu kỳ
quét. Nếu thời gian tác động ở đầu vào nhỏ hơn một chu kỳ quét thì vi xử lý
xem nhƣ không có tín hiệu này. Tuy nhiên trong thực tế sản xuất, thƣờng các
hệ thống chấp hành là các hệ thống cơ khí nên tốc độ quét nhƣ trên có thể đáp
ứng đƣợc các chức năng của dây chuyền sản xuất. Để khắc phục khoảng thời
gian quét dài, ảnh hƣởng đến chu trình sản xuất, các nhà thiết kế còn thiết kế hệ
thống PLC cập nhật tức thời, dùng bộ đếm tốc độ cao (High Speed Counter)
các hệ thống này thƣờng đƣợc áp dụng cho các PLC lớn có số lƣợng I/O nhiều,
truy cập và xử lý lƣợng thông tin lớn.
1.1.4. Sơ lƣợc về lịch sử phát triển
Sự phát triển của kỹ thuật điều khiển tự động hiện đại và công nghệ điều
khiển logic khả trình dựa trên cơ sở phát triển của tin học mà cụ thể là sự phát
triển của kỹ thuật máy tính.
Kỹ thuật điều khiển logic khả trình PLC (Programmable Logic Control)
đƣợc phát triển từ những năm 1968 -1970. Trong gia đoạn đầu các thiết bị khả

trình yêu cầu ngƣời sử dụng phải có kỹ thuật điện tử, phải có trình độ cao.
Ngày nay các thiết bị PLC đƣợc phát triển mạnh mẽ và có mức độ phổ cập cao.
Thiết bị điều khiển logic lập trình đƣợc PLC là dạng thiết bị điều khiển
đặc biệt dựa trên bộ vi xử lý, sử dụng bộ nhớ lập trình đƣợc để lƣu trữ các lệnh
và thực hiện các chức năng, chẳng hạn, cho phép tính logic, lập chuỗi, định giờ,
đếm, và các thuật toán để điều khiển máy và các quá trình công nghệ. PLC
đƣợc thiết kế cho các kỹ sƣ, không yêu cầu cao kiến thức về máy tính và ngôn
ngữ máy tính, có thể vận hành. Chúng đƣợc thiết kế cho không chỉ các nhà lập
trình máy tính mới có thể cài đặt hoặc thay đổi chƣơng trình. Vì vậy, các nhà
thiết kế PLC phải lập trình sẵn sao cho chƣơng trình điều khiển có thể nhập
bằng cách sử dụng ngôn ngữ đơn giản (ngôn ngữ điều khiển). Thuật ngữ logic
đƣợc sử dụng vì việc lập trình chủ yếu liên quan đến các hoạt động logic ví dụ
nếu có các điều kiện A và B thì C làm việc Ngƣời vận hành nhập chƣơng
trình (chuỗi lệnh) vào bộ nhớ PLC. Thiết bị điều khiển PLC sẽ giám sát các tín
hiệu vào và các tín hiệu ra theo chƣơng trình này và thực hiện các quy tắc điều
khiển đã đƣợc lập trình.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
14
Các PLC tƣơng tự máy tính, nhƣng máy tính đƣợc tối ƣu hoá cho các tác
vụ tính toán và hiển thị, còn PLC đƣợc chuyên biệt cho các tác vụ điều khiển
và môi trƣờng công nghiệp. Vì vậy các PLC:
+ Đƣợc thiết kế bền để chịu đƣợc rung động, nhiệt, ẩm và tiếng ồn.
+ Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra.
+ Đƣợc lập trình dễ dàng với ngôn ngữ điều khiển dễ hiểu, chủ yếu giải
quyết các phép toán logic và chuyển mạch.
Về cơ bản chức năng của bộ điều khiển logic PLC cũng giống nhƣ chức
năng của bộ điều khiển thiết kế trên cơ sở các rơle công tắc tơ hoặc trên cơ sở
các khối điện tử đó là:
+ Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến.

+ Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện
đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ.
+ Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển trên cơ sở so sánh các thông
tin thu thập đƣợc.
+ Phân phát các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp.
Riêng đối với máy công cụ và ngƣời máy công nghiệp thì bộ PLC có thể
liên kết với bộ điều khiển số NC hoặc CNC hình thành bộ điều khiển thích
nghi.
Trong hệ thống trung tâm gia công, mỗi quy trình công nghệ đều đƣợc bộ
PLC điều khiển tập trung.
1.1.5. Đặc điểm bộ điều khiển lập trình

Nhu cầu về một bộ phận điều khiển dễ sử dụng, linh hoạt và có giá thành
thấp đã thúc đẩy sự phát triển những hệ thống điều khiển lập trình
(programmable-control systems) – hệ thống sử dụng CPU và bộ nhớ để điều
khiển máy móc hay quá trình hoạt động. Trong bối cảnh đó, bộ điều khiển lập
trình (PLC – Programmable Logic Controller) đƣợc thiết kế nhằm thay thế
phƣơng pháp điều khiển truyền thống dùng rơ - le và thiết bị rời cồng kềnh, và
nó tạo ra một khả năng điều khiển thiết bị dễ dàng và linh hoạt dựa trên việc lập
trình trên các lệnh logic cơ bản. Ngoài ra, PLC còn có thể thực hiện những tác
vị khác nhƣ định thì, đếm, v.v…, làm tăng khả năng điều khiển cho những hoạt
động phức tạp, ngay cả với loại PLC nhỏ nhất. Hoạt động của PLC là kiểm tra
tất cả các trạng thái tín hiệu ở đầu vào, đƣa đƣợc về từ quá trình điều khiển,
thực hiện logic đƣợc lập trong chƣơng trình và kích ra tín hiệu điều khiển cho

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
15
thiết bị bên ngoài tƣơng ứng. Với các mạch giao tiếp chuẩn ở khối vào và khối
ra của PLC cho phép nó kết nối trực tiếp đến những cơ cấu tác động (actuaors)
có công suất nhỏ ở đầu ra và những mạch chuyển đổi tín hiệu (transducers) ở

đầu vào, mà không cần có các mạch giao tiếp hay rơ-le trung gian. Tuy nhiên,
cần phải có mạch điện tử công suất trung gian khi PLC điều khiển những thiết
bị có công suất lớn.
Việc sử dụng PLC cho phép chúng ta hiệu chỉnh hệ thống điều khiển mà
không cần có sự thay đổi nào về mặt kết nối dây, sự thay đổi chỉ là thay đổi
chƣơng trình điều khiển trong bộ nhớ thông qua thiết bị lập trình chuyên dùng.
Hơn nữa, chúng còn có ƣu điểm là thời gian lắp đặt và đƣa vào hoạt động
nhanh hơn so với những hệ thống điều khiển truyền thống mà đòi hỏi cần phải
thực hiện việc nối dây phức tạp giữa các thiết bị rời.
Về phần cứng, PLC tƣơng tự nhƣ máy tính “truyền thống”, và chúng có
các đặc điểm thích hợp cho mục đích điều khiển trong công nghiệp.
- Khả năng chống nhiễu tốt.
- Cấu trúc dạng môđun cho phép dễ dàng thay thế, tăng khả năng (nối
thêm module mở rộng vào/ra) và thêm chức năng (nối thêm module chuyên
dùng).
- Việc kết nối dây và mức điện áp tín hiệu ở đầu vào và đầu ra đƣợc chuẩn
hoá.
- Ngôn ngữ lập trình chuyên dùng – ladder, instruction và function chart –
dễ hiểu và dễ sử dụng.
- Thay đổi chƣơng trình điều khiển dễ dàng.
Những đặc điểm trên làm cho PLC đƣợc sử dụng nhiều trong việc điều
khiển các máy móc công nghiệp và trong điều khiển quá trình.
1.1.6. Ƣu điểm của PLC
1.1.6.1. Hệ thống điều khiển cổ điển và những khó khăn của nó
Nhƣ đã đề cập ở phần lịch sử và hình thành PLC, đó là sự bắt đầu cuộc
cách mạng công nghiệp, đặc biệt vào những năm 1960 & 1970, những máy
móc tự động đƣợc điều khiển bằng những rơ – le cơ điện. Những rơ – le này
đƣợc lắp đặt cố định bên trong bảng điều khiển. Trong một vài trƣờng hợp,
bảng điều khiển là quá rộng chiếm không gian. Mọi kết nối ở ngõ rơ – le phải
đƣợc thực hiện. Đi dây điện thƣờng không hoàn hảo, nó phải mất nhiều thời

gian vì những rắc rối hệ thống và đây là vấn đề rất tốn thời gian đối với nhà sử
dụng. Hơn nữa các rơ – le bị hạn chế về tiếp điểm. Nếu khi có yêu cầu hiệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
16
chỉnh hay cải tiến thì máy phải ngừng hoạt động, không gian lắp đặt bị giới
hạn, và nối dây phải đƣợc làm dấu để phù hợp những thay đổi. Bảng điều khiển
chỉ có thể đƣợc sử dụng cho những quá trình riêng biệt nào đó không đòi hỏi
thay đổi ngay thành hệ thống mới. Trong quá trình bảo trì, các kỹ thuật viên
điện phải đƣợc huấn luyện tốt và giỏi trong việc giải quyết những sự cố của hệ
thống điều khiển. Nói tóm lại, bảng điều khiển rơ – le cổ điển là rất kém linh
hoạt và không thể thay thế đƣợc.
Những bất lợi của bảng điều khiển cổ điển:
- Có quá nhiều dây trong bảng điều khiển.
- Sự thay đổi hoàn toàn khó khăn.
- Việc sửa chữa vô cùng phiền phức vì bạn phải cần đến nhà kỹ thuật giỏi.
- Tiêu thụ điện năng lớn khi cuộn dây của rơ – le tiêu thụ điện.
- Thời gian dừng máy là quá dài khi sự cố xảy ra, vì phải mất một thời
gian dài để sửa chữa bảng điều khiển.
- Nó gây ra thời gian dừng máy lâu hơn khi bảo trì và điều chỉnh khi các
bản vẽ không còn nguyên vẹn qua thời gian nhiều năm.
1.1.6.2. Bảng điều khiển khả lập trình và những thuận lợi của nó
Với sự xuất hiện của bộ điều khiển khả lập trình, những quan điểm và
thiết kế điều khiển tiến bộ to lớn. Có nhiều ích lợi trong việc sử dụng bộ điều
khiển lập trình.
Ví dụ bảng điều khiển PLC đƣợc thể hiện hình 1.5.
Cùng với sự phát triển của phần cứng
và phần mềm, PLC ngày càng tăng đƣợc các
tính năng cũng nhƣ lợi ích của PLC trong
hoạt động công nghiệp.

- Hệ thống dây giảm đến 80% so với hệ
thống điều khiển rơ – le.
- Điện năng tiêu thụ giảm đáng kể vì
PLC tiêu thụ ít điện năng.
- Chức năng tự chẩn đoán của PLC cho
phép sửa chữa dễ dàng và nhanh chóng nhờ
tính năng giám sát giữa ngƣời và máy
(HMI).
Hình 1.5. Bảng điều khiển
bằng PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
17
- Kích thƣớc của PLC hiện nay đƣợc thu nhỏ lại để bộ nhớ và số lƣợng
I/O càng nhiều hơn, các ứng dụng của PLC càng mạnh hơn giúp ngƣời sử dụng
giải quyết đƣợc nhiều vấn đề phức tạp trong điều khiển hệ thống.
- Chỉ cần lắp đặt một lần (đối với sơ đồ hệ thống, các đƣờng nối dây, các
tín hiệu ở đầu vào/ra…), mà không phải thay đổi kết cấu của hệ thống sau này,
giảm đƣợc sự tốn kém khi phải thay đổi lắp đặt khi đổi thứ tự điều khiển (đối
với hệ thống điều khiển Relay), khả năng chuyển đổi hệ điều khiển cao hơn
(nhƣ giao tiếp giữa các PLC để truyền dữ liệu điều khiển lẫn nhau), hệ thống
đƣợc điều khiển linh hoạt hơn.
- Độ tin cậy cao vì PLC đƣợc thiết kế đặc biệt để hoạt động trong môi
trƣờng công nghiệp. Một PLC có thể đƣợc lắp đặt ở những nơi có độ nhiễu
điện cao (Electrical Noise), vùng có từ trƣờng mạnh, có các chấn động cơ khí,
nhiệt động và độ ẩm môi trƣờng cao…
- Khả năng quyền lực mà PLC thực hiện đƣợc đó là sự phối hợp giữa các
thiết điều khiển, giám sát và truyền thông tạo ra một mạng sản xuất toàn cầu:
giám sát, điều khiển và thu thập dữ liệu (SCADA).
Bảng 1 dƣới đây mô tả so sánh sơ bộ về các hệ điều khiển: Rơle - Mạch số

- Máy tính và PLC.


















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
18
Bảng 1: So sánh đặc tính kỹ thuật giữa những hệ thống điều khiển
Chỉ tiêu so
sánh
Rơ - le
Mạch
số
Máy tính
PLC
Giá thành

từng chức
năng
Khá thấp
Thấp
Cao
Thấp
Kích thƣớc
vật lý
Lớn
Rất
gọn
Khá gọn
Rất gọn
Tốc độ điều
khiển
Chậm
Rất
nhanh
Khá nhanh
Nhanh
Khả năng
chống nhiễu
Xuất sắc
Tốt
Khá tốt
Tốt
Lắp đặt
Mất thời
gian thiết
kế và lắp

đặt
Mất
thời
gian
thiết
kế
Mất nhiều
thời gian lập
trình
Lập trình và
lắp đặt đơn
giản
Khả năng điều
khiển tác vụ
phức tạp
Không
Có
Có
Có
Dễ thay đổi
điều khiển
Rất khó
Khó
Khá đơn giản
Rất đơn
giản
Công tác bảo
trì
Kém –
Có rất

nhiều
công tắc
Kém –
Nếu
IC
đƣợc
hàn
Kém – Có rất
nhiều mạch
điện tử
chuyên dùng
Tốt – các
modul đƣợc
tiêu chuẩn
hoá
Theo bảng so sánh, PLC có những đặc điểm về phần cứng và phần mềm
làm cho nó trở thành bộ điều khiển công nghiệp đƣợc sử dụng rộng rãi.
1.1.7. Ứng dụng của PLC
Hiện nay PLC đã đƣợc ứng dụng thành công trong nhiều lĩnh vực sản xuất
cả trong công nghiệp và dân dụng. Từ những ứng dụng để điều khiển các hệ
thống đơn giản, chỉ có chức năng đóng/mở (ON/OFF) thông thƣờng đến các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
19
ứng dụng cho các lĩnh vực phức tạp, đòi hỏi tính chính xác cao, ứng dụng các
thuật toán trong quá trình sản xuất. Các lĩnh vực tiêu biểu ứng dụng PLC hiện
nay bao gồm:
- Phân tích vật liệu.
- Hệ thống chuyền tải.
- Máy đóng gói.

- Điều khiển robot gắp và xếp
hàng.
- Điều khiển bơm.
- Xử lý nƣớc.
- Thiết bị xử lý hoá chất.
- Công nghiệp giấy và bột
giấy.
- Sản xuất thuỷ tinh.
- Công nghiệp đúc bê tông.
- Sản xuất xi măng.
- Công nghiệp in ấn.
- Xử lý thực phẩm.
- Máy công cụ.
- Công nghiệp thuốc lá.
- Máy CNC.
- Máy sản xuất vật liệu bán
dẫn.
- Thiết bị sản xuất đƣờng.
- Thiết bị sản xuất dầu cọ.
- Ngành năng lƣợng.
- Máy rút tiền tự động.
- Điều khiển máy lạnh.
- Thiết bị sản xuất ra tivi.
- Trạm điện.
- Điều khiển chế độ xử lý.
- Sản xuất thiết bị điện.
- Hệ thống điều khiển giao
thông.
- Hệ thống điều khiển ga xe
lửa.

- Công nghiệp sản xuất nhựa.
- Công nghiệp sản xuất cơ khí.
- Sản xuất xe hơi.
- Nhà máy sản xuất sắt, thép.
- Tòa nhà tự động.
- Sản xuất vỏ xe.
- Sản xuất vi mạch.
- Thiết bị gia công cống rãnh.
- Hệ thống điều khiển tin cậy.
- Hệ thống điều khiển nâng
chuyển.
- Hệ thống điều khiển máy
phát điện.
- Điều khiển khu vui chơi…




Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
20
Một số hình ảnh về các lĩnh vực sản xuất sử dụng PLC

Hệ thống khử mùi
Khởi động mềm động cơ
Giám sát hệ thống
Điều khiển thang máy
Điều khiển quá tải hệ thống điện
Điều khiển thời gian cửa, đèn
Hình 1.6. Hình ảnh ứng dụng của PLC

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
21
1.2. SƠ LƢỢC VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG VỚI PLC
1.2.1. Định nghĩa về mạng truyền thông công nghiệp
Sự phổ biến của các giải pháp tự động hoá sử dụng hệ thống truyền thông
số là kết quả tổng hợp của các tiến bộ trong kỹ thuật vi điện tử, kỹ thuật máy
tính, kỹ thuật thông tin và kỹ thuật tự động hoá. Mạng truyền thông công
nghiệp hay mạng 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 dƣới mức trƣờng
cho đến các máy tính điều khiển, quản lý công ty. Về cơ sở kỹ thuật, mạng
công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông có nhiều điểm tƣơng đồng, tuy
nhiên cũng có những điểm khác biệt sau:
- Mạng viễn thông có hành vi địa lý và số lƣợng thành viên tham gia lớn
nên các yêu cầu kỹ thuật (cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời
gian thực,…) rất khác, cũng nhƣ phƣơng pháp truyền thông (truyền dải rộng/
dải cơ sở, điều biên, dồn kênh, chuyển mạch,…) thƣờng phức tạp hơn so với mạng
công nghiệp.
- Đối tƣợng của mạng viễn thông bao gồm cả con ngƣời và thiết bị kỹ
thuật, trong đó có con ngƣời đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông tin
cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu.
- Đối với mạng công nghiệp thuần tuý là các thiết bị công nghiệp, nên
dạng thông tin quan tâm duy nhất là dữ liệu. Kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế
độ bit nối tiếp là đặc trƣng của mạng công nghiệp.
Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng
máy tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thƣờng ở những điểm giống
nhau và khác nhau nhƣ sau:
- Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trƣng chung.
- Mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp đƣợc coi một phần (ở các cấp
điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty) trong mô hình phân
cấp của mạng máy tính thƣờng coi đòi hỏi cao hơn về bảo mật thông tin.

- Mạng máy tính có phạm vi trải rộng khác nhau, ví dụ có thể nhỏ nhƣ
mạng LAN cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất lớn nhƣ mạng Internet. Trong
nhiều trƣờng hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của
mạng viễn thông. Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp
thƣờng có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tƣơng đối hẹp.



Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
22
1.2.2. Vai trò ứng dụng của mạng truyền thông
Trong những năm gần đây bộ điều khiển lập trình PLC đƣợc sử dụng ngày
càng rộng rãi trong công nghiệp, là giải pháp lý tƣởng cho việc tự động hoá các
quá trình sản xuất.
PLC đóng vai trò trung tâm điều khiển, dễ dàng lập trình, cho phép nhanh
chóng thay đổi chƣơng trình điều khiển, ứng dụng trong phạm vi rộng, chuẩn
hoá đƣợc điều khiển, giá thành thấp và dễ dàng trong bảo trì sửa chữa, độ chính
xác cao trong môi trƣờng công nghiệp.
Tuy có nhiều ƣu điểm về điều kiện nhƣng PLC không đáp ứng đƣợc về
phƣơng diện quản lý, thông tin và lƣu trữ dữ liệu. Vì vậy để đáp ứng những yêu
cầu này PLC thực hiện truyền thông nối mạng ở nhiều cấp độ khác nhau nhằm
đáp ứng yêu cầu vừa điều khiển vừa giám sát hệ thống.
Hệ thống mạng hỗ trợ những nhà quản lý những ngƣời chịu trách nhiệm
sản xuất theo dõi đƣợc tình hình cụ thể quá trình sản xuất mà không cần trực
tiếp trong khu vực sản xuất.
Mạng thu nhận dữ liệu trên tất cả các dây truyền sản xuất mà không làm
chậm lại quá trình sản xuất, thu thập dữ liệu để phân tích quá trình sản xuất,
chẩn đoán, giám sát sự cố và độ tin cậy trong hoạt động của các thiết bị, quản
lý nguyên liệu và lƣu vào hệ thống kế hoạch sản xuất của nhà máy.
Mạng làm tăng thêm tính sẵn sàng của các thiết bị nối mạng. Mạng thực

thi thời báo phản ứng nhanh với mức cao ổn định tránh những mức thấp hay
thay đổi khi thực hiện truyền thông. Thao tác mạng linh hoạt để điều khiển đảm
bảo cho sự sản xuất liên tiếp. Tính liên tục không gián đoạn và sẵn sàng đang
dần trở thành điều quan trọng và ngày càng tăng.
Chi phí thời gian cho việc ngừng quá trình sản xuất để phát hiện và sửa
chữa sự cố thì cơ hơn chi phí cho sự lắp đặt những hệ thống cảnh báo, theo dõi,
giám sát, kịp thời phát hiện ra những sự cố để sửa chữa và tiếp tục sản xuất một
cách nhanh chóng và công cụ để làm điều này không khác hơn là sử dụng hệ
thống mạng truyền thông mạnh để định vị và chỉ báo lỗi một cách nhanh chóng.
Cùng với sự phát triển mạng toàn cầu, những nhà quản lý hoàn toàn có thể
theo dõi tinh hình hoạt động của nhà máy và có thể đƣa ra những quyết định
thay đổi trong sản xuất và quyết định sẽ đƣợc thực thi nhanh chóng, dù ngƣời
quản lý đang ở bất cứ địa điểm nào, ở bất cứ một nƣớc nào, thông qua việc kết
nối mạng đã đem lại một cuộc đột phá mạnh mẽ trong công nghiệp và cả trong
đời sống, trong khi sự hợp tác toàn cầu đƣợc nhắc đến những nhu cầu của con
ngƣời ngày càng đòi hỏi tốt hơn thì hệ thống mạng đã áp ứng đƣợc tƣơng đối
những yêu cầu này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN
23
1.2.3. Mạng ASI
1.2.3.1. Giao tiếp AS
a. Tổng quan:
Mạng AS – I là hệ thống kết nối ở cấo thấp nhất trong hệ thống tự động
hoá (hình I.7), ở đây các đƣời nối kết thiết bị rƣờm rà, đổ xộ đƣợc thay thế
bằng tuyến cáp đơn giản gọi là cáp AS – i. Sử dụng cáp và điều khiển AS – I,
thì các cảm biến và các cơ cấu chấp hành kiểu nhị phân đơn giản nhất sẽ đƣợc
kết nối tới nhiều thiết bị điều khiển ở cấp trƣờng qua các module AS – I.
Mạng AS đƣợc phân biệt bằng những đặc tính chủ yếu sau:
- Giao tiếp AS đƣợc

tối ƣu để nối kết các cảm
biến và cơ cấu chấp hành.
Cáp AS đƣợc sử dụng cho
cả hai việc: Trao đổi dự
liệu giữa các cảm biến và
cơ cấu với thiết bị điều
khiển; cung cấp nguồn
cho các cảm biến.
- Nối kết đơn giản và
giá phải chăng: Lắp đặt
đơn giản, tính linh hoạt
cao với nối kết kiểu hình
cây.
- Thời gian đáp ứng nhanh: Chủ AS – I chỉ cần tối đa 5 ms cho chu kỳ
trao đổi dữ liệu lên tới 31 trạm.
- Các trạm trên cáo AS – I có thể là các cảm biến, cơ cấu chấo hành với
đầu nối hoặc module AS – I tích hợp có thể đƣợc nối vào tới 4 sensor/actuator
nhị phân thông thƣờng.
- Với các molule AS – I có thể lên đến 124 cảm biến đƣợc hoạt động trên
cáp AS – i.
b. Giao tiếp AS và các thành phần hệ thống AS:
Các thành phần dƣới sẽ tạo thành hệ thống mạng AS.
- AS – i master.
- AS – i module.
- AS – i cable.
Hình 1.7. Phân cấp mạng