luận văn tốt nghiệp điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần unidrive v3

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Ngày nay, cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật trên đà phát triển. Đặc trưng là kỹ
thuật máy tính, công nghệ thông tin và tự động hoá. Điều đó đã mang lại lợi ích to
lớn về nhiều mặt như đảm bảo và nâng cao chất lượng sản phẩm, tiết kiệm nguyên
vật liệu, nâng cao năng suất và hiệu quả sản xuất
Trên cơ sở phát huy những thành tựu khoa học kỹ thuật, con người đã từng bước
phát triển công nghệ có thể xử lí nhuần nhuyễn số liệu. Từ đó tạo ra những thiết bị
hoạt động độc lập và thông minh, cũng như có khả năng liên kết và nối mạng với
nhau. Với khả năng này chúng ta có thể giám sát và điều khiển một cách dễ dàng
qua mạng.
Döïa treân những kiến thức đã học , em sử dụng thiết bị lập trình S7- 200 để điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần UNIDRIVE 1401. Đây là dịp để
cũng cố lại kiến thức đã học , từng bước nắm bắt kiến thức thực tế trước khi ra
trường hoà nhập vào xã hội.
Trong quá trình làm đề tài tốt nghiệp không thể tránh khỏi thiếu sót, em rất mong
sự chỉ bảo tận tình của các thầy cô.
Em xin chân thành cảm ơn !
Đà Nẵng Ngày 25 Tháng 5 Năm 2004
Sinh Viên TRẦN BÁ BÔNG
Tài liệu tham khảo
trang 1
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
1. SIMATIC S7-200 Programmable Controller.
2. Tự động hoá với SIMATIC S7-200.
3. Simatic HMI Protool – User manual.
4. Serial Port Complete – Jan Axelson.
5. Đo lường và điều khiển bằng máy tính – Nguyễn Ngọc Thành
6. Mạng truyền thông công nghiệp – Hoàng Minh Sơn.
7. Đo lường và điều khiển bằng máy tính - Ngô Diên Tập.
8. Kỹ thuật ghép nối máy tính - Ngô Diên Tập.
9. Lập trình ghép nối máy tính trong Windows – Ngô Diên Tập.

10 .Visual Basic và cơ sỡ dữ liệu – VN Guide
11.User Guide Unidriver
12.Advanced User Guide Unidriver
13.The Control Techniques Drive and Controls Handbook
14.Industrial Motor Control Fundamentals
15.Điều khiển tự động 1,2 – Nguyễn Thị Phương Hà
16.Đĩa Catologe 4-2004 của Siemens
Một số website:
www.ControlTechniques.com
www.DriveShop.com
www.siemens.com.vn
www.ad.siemens.de/s7-200
www.siemens.com/as-interface
www.siemens.com/hmi
www.freevbcode.com
trang 2
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Trong suốt thời gian làm đề tài tốt nghiệp,ngoài sự nổ lực của bản thân
còn có sự đóng góp không nhỏ của thầy cô, bạn bè người thân.
Vậy em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Lâm Tăng Đức người đã tận
tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm đề tài tốt nghiệp . Em cũng
gửi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong bộ môn đã giúp em có được ngày
hôm nay.Và đặc biệt em xin chân thành cám ơn Thầy Tiến,Thầy Tranh,Thầy
Sơn và Thầy Nguyên,trường Cao Đẵng Công Nghệ,đã tạo điều kiện và cho
mượn các tài liệu, thiết bò để em thực hiện đề tài này.
Cuối cùng em gởi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người thân đã luôn
ủng hộ, động viên em những khi gặp khó khăn. Đây là nguồn động viên vô
cùng to lớn đối với em trong khi làm đề tài .
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên Trần Bá Bông

Lớp 99Đ2A
trang 3
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG
ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT
Ngày nay với xu hướng phát triển quá trình sản xuất, đặc biệt là sự phát triển công
nghiệp, vấn đề tự động hoá quá trình sản xuất có một ý nghĩa rất lớn quyết định đến sự
phát triển kinh tế.
Việc ứng dụng hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình sản xuất đã mang lại hiệu quả
kinh tế đáng kể như nâng cao chất lượng sản phẩm, tăng năng suất, giảm giá thành sản phẩm
đáp ứng phần lớn nhu cầu người dùng. Vì vậy hệ thống điều khiển tự động hoá quá trình sản
xuất (TĐH-QTSX) đã được ứng dụng rộng rãi vào các ngành sản xuất và đang từng bước thay
thế dần sức lao động của con người, tiến đến một hệ thống tự động hoá hoàn toàn.
II. PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ QUÁ
TRÌNH SẢN XUẤT
II.1. nh ngh a Đị ĩ
Hệ thống điều khiển TĐH - QTSX là một hệ thống lớn có cấu trúc phức tạp và được
phân thành các hệ con và tổ chức theo kiểu phân cấp. Các thông tin trước tiên được xử lý
ở cấp dưới, sau đó truyền về cấp cao hơn. Ở cấp cao người điều khiển nhận các thông tin
này và các thông tin bổ sung để đưa ra các quyết định điều khiển.
H th ng đi u khi n T H QTSX có d ng c u trúc hình chóp và phân thành các c pệ ố ề ể Đ ạ ấ ấ
nh sau: ư
Cấp 0 : Là cấp tiếp xúc giữa hệ thống điều khiển (HTĐK) và cơ cấu chấp hành, sử
dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với
nhau và với các thiết bị của cấp chấp hành, cấp 0 gồm các thiết bị như: cảm biến, các thiết
bị đo, các cơ cấu chấp hành, động cơ, rơ le Cấp 0 còn gọi là bus trường hay bus thiết bị.
Nhiệm vụ của cấp này là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển

quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành.
Cấp 1 : Là cấp điều khiển cục bộ, các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết
nối các máy tính điều khiển và các máy tính điều khiển cấp trên với nhau. Các hệ thống
điều khiển ở đây như PID, PLC sẽ nhận thông tin từ cấp dưới (cấp 0) và thực hiện theo
chương trình tự động đã được cài đặt trước. Một số thông tin về quá trình sản xuất và kết
trang 4
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
quả của việc điều khiển sẽ được đưa lên cấp trên. Cấp 1 còn gọi là bus hệ thống hay bus
quá trình. Qua bus hệ thống các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp
dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát cũng như nhận mệnh lệnh, tham
số điều khiển từ các trạm cấp trên. Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc
mà còn được trao đổi theo chiều ngang.


Cấp 2 : Là cấp điều khiển tự động hoá quá trình công nghệ (TĐH-QTCN) tại đây có
các máy tính hay mạng máy tính có các chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc
cấp điều hành với cấp điều khiển giám sát. Thông tin được gửi lên trên bao gồm các trạng
thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các hệ thống điều khiển tự động (ĐKTĐ), các số
trang 5
Cấp 3
Mạng công ty
C p 2ấ
M ng xí nghi pạ ệ
Quản lý công ty
Điều hành sản xuất
Điều khiển giám sát
Điều khiển
Chấp hành
Hình 1.1: Mô hình phân c p ch c n ng c a m t nhà máy công nghi pấ ứ ă ủ ộ ệ
C p 1ấ

Bus h th ngệ ố
C p 0ấ
Bus tr ngườ
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
liệu tính toán, các số liệu thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản
phẩm.
Thông tin theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, phương thức điều khiển và
mệnh lệnh điều hành Ngoài ra thông tin cũng được trao đổi theo chiều ngang giữa
các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất. Thông qua máy tính người điều khiển có
thể can thiệp vào quá trình công nghệ. Như vậy hệ điều khiển ở đây thuộc hệ Người-
Máy.
Cấp 3 : Là cấp nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông công
nghiệp. Đây là cấp ĐK TĐH-QTSX, gồm các máy tính trung tâm có chức năng
kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp để xử lý các thông tin về QTSX
cũng như tình hình cung ứng vật tư, nguyên liệu, tài chính Từ đó đưa ra những
giải pháp tối ưu để người điều khiển lựa chọn, người điều khiển có thể can thiệp sâu
vào QTSX. Hệ thống điều khiển TĐH - QTSX cũng là hệ người-máy nhưng ở cấp
cao hơn, phạm vi điều khiển rộng hơn.
II.2. Phân loại các HTĐK TĐH - QTSX
II.2.1. Phân loại theo cấu trúc phân cấp
Hệ thống ĐK TĐH-QTCN là điều khiển một quá trình công nghệ nhất định ứng với
cấp 2 trong cấu trúc phân cấp của hệ thống điều khiển.
Hệ thống ĐK TĐH-QTSX điều khiển cả quá trình sản xuất bao gồm quá trình công nghệ và
kế hoạch sản xuất, tài chính, vật tư, lao động và phân phối sản phẩm.
HTĐK TĐH ngành: Điều khiển một ngành kinh tế phối hợp với việc lập kế hoạch sản
xuất, điều khiển tổ chức các bộ phận trong ngành.
II.2.2. Phân loại theo mức độ tự động hoá
Các hệ thống tự động hoá hiện nay bao gồm các dạng sau:
Tự động hoá cố định: Là hệ thống mà trong đó trình tự các quá trình được cố định bởi cấu
hình phần cứng, hệ thống này có thể điều khiển trọn bộ như một module. Mô hình này có

vốn đầu tư lớn, chi tiết trong một sản phẩm khó thay đổi.
Tự động hoá theo chương trình: Là hệ thống các thiết bị sản xuất được thiết kế để có thể
thay đổi trình tự làm việc tuỳ theo sự thay đổi cấu hình của sản phẩm, quá trình tự động hoá
được thực hiện theo chương trình điều khiển. Loại hình điều khiển này đòi hỏi vốn đầu tư
thiết bị cao, năng suất sản xuất thấp hơn so với tự động hoá cố định. Chương trình có thể
thay đổi dễ dàng tuỳ theo cấu trúc sản phẩm và hầu hết chúng thích hợp với kiểu sản xuất
theo từng giai đoạn riêng biệt.
trang 6
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Tự động hoá linh hoạt (FMS): Là hệ thống được cải tiến từ hệ thống tự động hoá theo
chương trình. Loại hình hệ thống này có thể sản xuất từng chi tiết riêng của sản phẩm mà
không mất thời gian thay đổi lại cấu hình của sản phẩm.
Nó đòi hỏi vốn đầu tư cao tuỳ theo chất lượng sản phẩm, sản xuất liên tục và có thể đa dạng
hoá sản phẩm.
II.3. Cấu trúc HTĐK TĐH – QTSX
II.3.1. Cấu trúc kiểu song song
Cấp thấp nhất là các thiết bị đầu cuối. Đó là các thiết bị tiếp xúc giữa hệ thống điều
khiển và QTSX, làm nhiệm vụ thu nhận thông tin từ các sensor, thiết bị đo lường và lưu
trữ, xử lý sơ bộ rồi truyền lên các trạm trung gian, các trạm trung gian xử lý tiếp thông tin
rồi chuyển lên trung tâm điều khiển. Tại trung tâm điều khiển, thông tin được xử lý và
truyền trở lại trạm trung gian để đưa tín hiệu điều khiển xuống các thiết bị đầu cuối tác
động đến quá trình sản xuất

trang 7
TRUNG TÂM
I U KHI NĐ Ề Ể
TRUNG TÂM
TÍNH TOÁN
T: Đầu cuối
TG: trạm trung gian

Hình v 1.2ẽ : C u trúc phân c p song songấ ấ
T
T T
TG
T
T T
TG
T
T T
TG
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
II.3.2. C u trúc hình tiaấ
Không có trạm trung gian, do đó giảm được đường liên lạc giữa các bộ phận của hệ
thống. Tuy nhiên các thiết bị đầu cuối không trực tiếp trao đổi thông tin với nhau được.

II.3.3. Cấu trúc bus
Các b ph n trong h th ng có th trao đ i tr c ti p thông tin v i nhau. Do đó h th ng ộ ậ ệ ố ể ổ ự ế ớ ệ ố
có tính linh ho t và hi u qu cao. Vì v y c u trúc này đ c dùng r ng rãi nh t (hình v ạ ệ ả ậ ấ ượ ộ ấ ẽ
1.3b).
trang 8
T
T
T
T
T
T
T
T
TT KĐ
( a

)
T
T
T
T
Hình 1.3 : a) C u trúc phân c p hình tiaấ ấ
b) C u trúc phân c p ki u busấ ấ ể
T
T
TT KĐ
T
T
T
T
( b )
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ MẠNG CÔNG NGHIỆP VÀ HỆ SCADA
I. GIỚI THIỆU VỀ HỆ SCADA
I.1. Định nghĩa
SCADA (Supervisory Control And Data Acquistion): Là hệ thống điều khiển giám
sát và thu thập dữ liệu. Đây là phần không thể thiếu trong một hệ thống tự động hoá hiện
đại.
Cấu thành của một hệ thống SCADA bao gồm 3 phần chính:
 Phần cứng : Bao gồm các máy tính (PC), các thiết bị đầu cuối (RTU), các thiết bị
giao diện người sử dụng và các thiết bị giao diện thông tin
 Phần mềm : Bao gồm các phần mềm hệ thống, phần mềm trợ giúp, phần mềm
ứng dụng
 Phần hỗ trợ : Phần hỗ trợ sử dụng để kiến tạo sơ đồ hệ thống, trợ giúp tình trạng
sự cố trong hệ thống. SCADA là công cụ trợ giúp cho việc điều hành kỹ thuật ở các cấp

trực ban, điều hành của sản xuất công nghiệp từ các cấp phân xưởng, xí nghiệp cho tới
cấp cao nhất của một công ty.
I.2. Chức năng cơ bản của hệ SCADA
 Giám sát: Chức năng này cho phép người điều hành giám sát liên tục các hoạt
động trong hệ thống để điều khiển quá trình. Hiển thị báo cáo tổng kết về quá trình sản
xuất, chỉ thị giá trị đo lường dưới dạng các trang màn hình, trang đồ thị, trang sự kiện,
trang báo cáo sản xuất Từ đó có thể điều khiển từ xa các đối tượng từ các trạm vận hành
trong hệ thống.
 Điều khiển: Chức năng này cho phép người điều hành điều khiển các thiết bị và
giám sát mệnh lệnh điều khiển.
 Thu thập dữ liệu: Thu thập dữ liệu qua đường truyền số liệu về quá trình sản
xuất, sau đó tổ chức lưu trữ số liệu như số liệu sản xuất, chất lượng sản phẩm, sự kiện
thao tác, sự cố dưới dạng trang ghi chép hệ thống theo một cơ sở dữ liệu nhất định.
Tuỳ theo lĩnh vực ứng dụng và theo thời gian mà SCADA được hiểu theo những ý
nghĩa khác nhau. Theo yêu cầu cụ thể của quá trình tự động hoá, một hệ SCADA thường
phải có đầy đủ các thành phần sau:
 Trạm điều khiển trung tâm: Có nhiệm vụ thu thập, lưu giữ, xử lý số liệu và đưa
ra các lệnh điều khiển xuống các trạm cơ sở.
trang 9
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
 Mạng lưới truyền tin: Được xây dựng trên cơ sở mạng máy tính và mạng truyền
thông công nghiệp có chức năng đảm bảo thông tin hai chiều giữa trạm trung tâm và các
trạm cơ sở.
 Giao diện người - máy (sơ đồ công nghệ, đồ thị, phím thao tác )
 Cơ sở dữ liệu quá trình: Cơ sở hạ tầng truyền thông công nghiệp hay các thiết bị
phục vụ cho việc truyền thông.
 Phần mềm kết nối với các nguồn dữ liệu (những bộ phận điều khiển cho các
PLC, các module vào/ra cho các hệ thống bus trường).
 Các chức năng hỗ trợ trao đổi tin tức và xử lý sự cố, hỗ trợ cho việc lập báo cáo.
I.3. Cấu trúc phân cấp của hệ SCADA

trang 10
Thi t b giám sátế ị
Cấp quản lý hiện
trường
Cấp quản lý
quá trình
M ng đi u khi nạ ề ể
Tr m v n hànhạ ậ
C c u ch p hànhơ ấ ấ
Van
PLC
ng cĐộ ơ
Cấp quản lý xí
nghiệp
M ng xí nghi pạ ệ
Hình 2.1 : Mô hình phân cấp mạng xí nghiệp
Tr m v n hànhạ ậ
M ng đi u khi nạ ề ể
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Ngày nay, kỹ thuật tự động hoá đã đạt được nhiều tiến bộ cùng với sự phát triển
nhanh chóng của công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn IC, LSI, VLSI của kỹ thuật số, kỹ
thuật vi xử lý cũng như của các kỹ thuật tính toán và công nghiệp máy tính, công nghệ
mạng và kỹ thuật quản lý, xử lý thông tin. Mô hình SCADA (hiểu theo nghĩa rộng) được
phân thành các cấp như sau:
I.3.1. Cấp quản lý hiện trường
Trong cấp này các bộ điều khiển nối tiếp với các loại thiết bị tại hiện trường như các
thiết bị đo lường, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị cảnh báo Để thực hiện các chức
năng đo lường và điều khiển. Đồng thời cấp này cũng được nối cấp quản lý quá trình để
nhận thông tin quản lý và đồng thời chuyển lên cho cấp quản lý quá trình các số liệu về
đặc tính của các thiết bị cũng như số liệu về các tham số tại hiện trường trong thời gian

thực. Hiện nay nhờ xuất hiện các thiết bị hiện trường mà thông tin về trạng thái, thông số,
cấu hình của thiết bị có được dễ dàng. Toàn bộ các thiết bị hiện trường cũng như các bộ
điều khiển kết nối với nhau thành một mạng các thiết bị trường. Tất cả các thông tin từ
mạng này được cung cấp cho người sử dụng cũng như các chương trình ứng dụng một
cách nhất quán.
I.3.2. Cấp quản lý quá trình
Cấp này bao gồm các trạm quản lý như trạm thao tác, trạm giám sát. Cấp này có
nhiệm vụ tự động thu thập, tổng hợp thông tin về hiện trường từ các trạm ở cấp quản lý
hiện trường, hiển thị tập trung và thay đổi các tham số điều khiển.
I.3.3. Cấp quản lý kinh doanh
Cấp này có trong các hệ SCADA mở rộng và thực hiện các nhiệm vụ như: Tích hợp
các thông tin thu thập được từ cấp dưới vào hệ thống quản lý kinh doanh của doanh
nghiệp, phân tích và thống kê đặt hàng lập kế hoạch sản xuất. Doanh nghiệp có thể tích
trang 11
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
hợp hệ SCADA với các cơ sở dữ liệu và bảng tính sẵn có tạo ra một hệ thống đáp ứng
được các yêu cầu cụ thể.
II. TỔNG QUAN VỀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
II.1. 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.
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.2. Cấu trúc mạng
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. Trong trường hợp này, ứng với một nút mạng chỉ có một
đối tác duy nhất. 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): Là liên kết chỉ có hai đối tác tham gia.
 Liên kết điểm - nhiều điểm (multi - drop): Là liên kết có nhiều đối tác tham gia,
tuy nhiên chỉ có một đối tác cố định duy nhất (trạm chủ) có chức năng phát trong khi
nhiều đối tác còn lại (các trạm tớ) thu nhận thông tin cùng một lúc.
 Liên kết nhiều điểm (multipoint): Trong một mối liên kết có nhiều đối tác tham
gia và có thể trao đổi thông tin qua lại tự do theo bất kỳ hướng nào. Bất kỳ một đối tác
nào cũng có thể phát và nhận được.
 Topology: Là cấu trúc liên kết của một mạng hay chính là tổng hợp của các liên
kết. Topology có thể hiểu là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng nhưng cũng có
thể hiểu là cách sắp xếp logic của các nút mạng.
trang 12
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Mạng truyền thông công nghiệp bao gồm các cấu trúc cơ bản sau:
II.2.1. 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 lắp đặt. Có ba kiểu cấu hình
trong cấu trúc bus: Daisy-chain, Trunk-link/Drop-line và mạch vòng không tích cực.
II.2.2. 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, mỗi trạm có khả năng vừa nhận vừa phát tín
hiệu cùng một lúc. Có hai kiểu mạch vòng phổ biến sau:

trang 13
Hình 2.2 : C u trúc busấ
c. M ch vòng không tích c cạ ự
a. daisy-chain
b. trunk -line/drop-line
drop-line
drop-line drop-line
Maste
r
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3


a. Không có điều khiển trung tâm b. Có điều khiển trung tâm

Hình vẽ 2.3: Cấu trúc mạng vòng
 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.2.3. 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.
Nhược điểm của cấu trúc hình sao là khi sự cố trạm trung tâm sẽ làm tê liệt hoàn
toàn các hoạt động truyền thông trong mạng. Hơn nữa với cấu trúc này sẽ tốn số lượng
nhiều dây dẫn.

trang 14
Tr m 1ạ
Tr m 2ạ
Tr m 3ạ
Tr m 4ạTr m 5ạ
Tr m 6ạ
Hình 2.4 : Cấu trúc hình sao

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
II.2.4. 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. Đặc trưng của cấu trúc cây chính là sự phân cấp đường dẫn. 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 c mạng con
hoàn toàn khác loại thì phải dùng tới các bộ liên kết mạng khác như Bridge, Router, và
Gateway.



II.3. Kiến trúc giao thức
II.3.1. 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.
trang 15
Hình 2.5 : C u trúc câyấ
b n i vòngộ ố
B n iộ ố
b n i saoộ ố

b l pộ ặ
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Có thể phân loại dịch vụ truyền thông dựa theo các cấp khác nhau: Các dịch vụ sơ
cấp (ví dụ tạo và ngắt nối), dịch vụ cấp thấp (ví dụ trao đổi dữ liệu) và các dịch vụ cấp
cao (tạo lập cấu hình, báo cáo trạng thái). Một dịch vụ ở cấp cao hơn có thể sử dụng các
dịch vụ cấp thấp để thực hiện chức năng của nó.
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


II.3.2. 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
trang 16
Bên c uầ
Bên cung
1: connect.req
2: connect.ind
3: connect.res
4: connect.con
1: disconnect.req
2:disconnect.ind

b. D ch v không xác nh nị ụ ậ
a. D ch v có xác nh nị ụ ậ
Hình 2.6 : D ch v có xác nh n và d ch v không xác nh nị ụ ậ ị ụ ậ
Bên c uầ Bên cung
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
 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
HDLC cho phép chế độ truyền bít nối tiếp đồng bộ hoặc không đồng bộ. Một bức
điện, hay còn gọi là khung có cấu trúc như sau:
01111110 8/16 bit 8bit n bit 16/32 bit 01111110
Cờ Địa chỉ Điều khiển Dữ liệu FCS Cờ
Mỗi khung được mở đầu và kết thúc bằng một cờ hiệu với dãy bit 01111110. Dãy
bit này đảm bảo không bao giờ xuất hiện trong các phần thông tin khác qua phương pháp
nhồi bit, tức là cứ sau một dãy 5 bit có giá trị 1 thì một bit 0 được bổ sung vào.
Ô địa chỉ tiếp theo chứa địa chỉ bên gửi và bên nhận. Tuỳ theo cách gán địa chỉ 4
hoặc 8 bit (tương ứng với 32 hoặc 256 địa chỉ khác nhau), ô này có chiều dài là 8 hoặc 16
bit.
 Giao thức UART
UART (Universal Asynchronous Receiver Transmitter) là một vi mạch điện tử được
sử dụng rộng rãi cho việc truyền bit nối tiếp cũng như chuyển đổi song song/nối tiếp giữa
đường truyền và bus máy tính. UART cho phép lựa chọn giữa chế độ truyền một chiều,
hai chiều đồng bộ hoặc hai chiều không đồng bộ. Việc truyền tải được thực hiện theo từng
ký tự 7 hoặc 8 bit, được bổ sung 2 bit đánh dấu đầu cuối và một bit kiểm tra lỗi chẵn lẻ.
Ví dụ với ký tự 8 bít được minh hoạ dưới đây.

Start 0 1 2 3 4 5 6 7 parity stop
0 LSB MSB 1
Bit khởi đầu (start) bao giờ cũng là 0 và bit kết thúc (stop) bao giờ cũng là 1. Các bit
trong một ký tự được truyền theo thứ tự từ bit thấp (LSB) tới bit cao (MSB). Giá trị của
bit chẵn lẻ P (parity) phụ thuộc vào cánh chọn.
 Nếu chọn parity chẵn, thì P bằng 0 khi tổng số bit 1 là chẵn.
 Nếu chọn parity lẻ, thì P bằng 0 khi tổng số bit 1 là lẻ.
II.3.3. Kiến trúc giao thức OSI (Open System Interconnection)
trang 17
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Trên thực tế khó có thể xây dựng được một mô hình chi tiết thống nhất về chuẩn
giao thức và dịch vụ cho tất cả các hệ thống truyền thông, nhất là khi các hệ thống đa
dạng và tồn tại độc lập. Chính vì vậy năm 1983 tổ chức tiêu chuẩn hoá quốc tế ISO
(International Standard Organization) đã đưa ra một kiến trúc giao thức với chuẩn ISO
7498, được gọi là mô hình qui chiếu OSI nhằm hỗ trợ việc xây dựng các hệ thống truyền
thông có khả năng tương tác. OSI chỉ là một mô hình kiến trúc phân lớp với mục đích
phục vụ việc sắp xếp và đối chiếu các hệ thống truyền thông có sẵn, trong đó có cả việc
so sánh, đối chiếu các giao thức và dịch vụ truyền thông cũng như cơ sở cho việc phát
triển các hệ thống mới.
Theo mô hình OSI, chức năng hay dịch vụ của một hệ thống truyền thông được chia
thành 7 lớp, tương ứng với mỗi lớp dịch vụ là một lớp giao thức. Các lớp này có thể do
phần cứng hay phần mềm thực hiện, tuy nhiên chuẩn năy không đề cập tới chi tiết một
đối tác truyền thông phải thực hiện từng lớp đó như thế nào. Một lớp trên thực hiện dịch
vụ của mình trên cơ sở sử dụng các dịch vụ ở một lớp phía dưới và theo đúng giao thức
qui định tương ứng. Thông thường, các dịch vụ ở cấp thấp do phần cứng (các vi mạch
điện tử) thực hiện, trong khi các dịch vụ cấp cao do phần mềm (hệ điều hành, phần mềm
điều khiển, phần mềm ứng dụng) đảm nhiệm.
Một lớp bất kỳ trong 7 lớp có thể thay đổi trong cách thực hiện mà không ảnh hưởng
đến các lớp khác nếu nó giữ nguyên giao diện với các lớp trên và lớp dưới nó. Đây là mô

hình dùng để quy chiếu có tính chất tham khảo, không phải hệ thống truyền thông nào
cũng thực hiện đầy đủ cả bảy lớp. Ví dụ, vì lý do hiệu suất trao đổi thông tin và giá thành
thực hiện, đối với các hệ thống bus trường thông thường chỉ thực các lớp 1, 2 và 7. Trong
các trường hợp này, có thể một số lớp không thực sự cần thiết hoặc chức năng của chúng
được ghép với một lớp khác, ví dụ với lớp ứng dụng.
Một mô hình quy chiếu không đảm bảo khả năng tương tác giữa các hệ thống truyền
thông và các thiết bị truyền thông khác nhau. Với việc định nghĩa bảy lớp, OSI đưa ra một
mô hình trừu tượng cho các quá trình giao tiếp phân cấp. Nếu hai hệ thống thực hiện cùng
các dịch vụ và trên cơ sở một giao thức giống nhau ở một lớp thì có nghĩa là hai hệ thống
có khả năng tương tác ở lớp đó. Mô hình OSI có thể xem như một công trình khung, hỗ
trợ việc phát triển và đặc tả các chuẩn giao thức.
Các lớp trong mô hình quy chiếu OSI và quan hệ giữa chúng được minh hoạ trong
hình vẽ 2.7.
Tương ứng với mỗi lớp là một nhóm chức năng đặc trưng cho các dịch vụ và giao
thức, các lớp ở đây chính là các lớp chức năng trong thành phần giao diện mạng của một
trạm thiết bị, bao gồm cả phần cứng ghép nối và phần mềm cơ sở. Chức năng của các lớp
được mô tả như sau:
 Lớp ứng dụng (application layer)
Lớp ứng dụng là lớp trên cùng của mô hình OSI, có chức năng cung cấp các dịch vụ
cao cấp (trên cơ sở các giao thức cao cấp) cho người sử dụng và các chương trình ứng
trang 18
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
dụng, các hàm chức năng trao đổi thông tin, các dịch vụ truyền thông. Ví dụ, có thể sắp
xếp các dịch vụ và giao thức theo chuẩn MMS cũng như các dẫn suất của nó sử dụng
trong một số hệ thống bus trường thuộc lớp ứng dụng. Các dịch vụ thuộc lớp ứng dụng
hầu hết được thực hiện bằng phần mềm. Để có thể sử dụng dễ dàng một chương trình ứng
dụng, ví dụ như điều khiển cơ sở hay điều khiển giám sát, nhiều hệ thống cung cấp các
dịch vụ này thông qua các khối hàm (function block). Một số thiết bị trường hiện nay
không những mang tính chất của dịch vụ truyền thông mà còn được tích hợp một số chức
năng như xử lý thông tin, điều khiển tại chỗ còn được gọi là các thiết bị trường thông

minh. Đây chính xu hướng mới trong việc chuẩn hoá lớp ứng dụng cho các hệ thống bus
trường, hướng tới cấu trúc điều khiển phân tán.
 Lớp biểu diễn dữ liệu (presentation layer)
Trong một mạng truyền thông, ví dụ mạng máy tính, các trạm máy tính có thể có
kiến trúc rất khác nhau, sử dụng các hệ điều hành khác nhau vì vậy cách biểu diễn dữ liệu
cũng có thể khác nhau, như độ dài hay cách sắp xếp các byte dữ liệu khác nhau. Chức
năng của lớp biểu diễn dữ liệu là chuyển đổi các dạng dữ liệu khác nhau về cú pháp thành
một dạng chuẩn, nhằm tạo điều kiện cho các đối tác truyền thông có thể hiểu được nhau
mặc dù chúng sử dụng các kiểu dữ liệu khác nhau. Ngoài ra, lớp này còn có thể cung cấp
một số dịch vụ bảo mật dữ liệu, ví dụ qua phương pháp sử dụng mã khoá.
Nếu như cách biểu diễn dữ liệu được thống nhất, chuẩn hoá thì chức năng này
không nhất thiết phải tách riêng thành một lớp độc lập mà có thể kết hợp thực hiện trên
lớp ứng dụng để đơn giản hoá và nâng cao hiệu suất của việc xử lý giao thức. Đây chính
là một đặc trưng trong các hệ thống bus trường.




trang 19
Bên gửi
7
6
5
4
3
2
1
7
6
5

4
3
2
1
Môi tr ng truy n thôngườ ề
L p ng d ngớ ứ ụ
L p bi u di n d li uớ ể ễ ữ ệ
L p ki m soát n iớ ể ố
L p v n chuy nớ ậ ể
L p m ngớ ạ
L p liên k t d li uớ ế ữ ệ
L p v t lýớ ậ
Hình 2.7 : Mô hình qui chi u ISO/OSIế
ng đi c a d li uĐườ ủ ữ ệ
Quan h giao ti p logic gi a các l pệ ế ữ ớ
Bên nh nậ
Các ch ng trình ng d ngươ ứ ụ
Các ch ng trình ng d ngươ ứ ụ
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3


 Lớp kiểm soát nối (session layer)
Lớp kiểm soát nối có chức năng kiểm soát mối liên kết truyền thông giữa các
chương trình ứng dụng, bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối giữa
các chương trình ứng dụng, bao gồm các việc tạo lập, quản lý và kết thúc các đường nối
giữa các ứng dụng đối tác. Mối liên kết giữa các chương trình ứng dụng mang tính chất
logic. Một mối liên kết vật lý (giữa hai trạm hay giữa hai nút mạng) có thể tồn tại song
song dưới dạng nhiều đường nối logic. Thông thường kiểm soát nối thuộc chức năng của
hệ điều hành. Để thực hiện các đường nối giữa hai ứng dụng đối tác, hệ điều hành có thể
tạo các quá trình tính toán song song. Như vậy, nhiệm vụ đồng bộ hoá các quá trình tính

toán này đối với việc sử dụng chung một giao diện mạng cũng thuộc chức năng của lớp
kiểm soát nối. Vì vậy lớp này còn được gọi là lớp đồng bộ hoá.
Trong hệ thống bus trường, quan hệ nối giữa các chương trình ứng dụng được xác
định sẵn nên lớp kiểm soát nối không đóng vai trò gì quan trọng. Đối với một số hệ thống
khác lớp này được kết hợp với lớp ứng dụng để nhằm nâng cao hiệu suất truyền thông.
Lớp vận chuyển (Transport layer)
Khi một khối dữ liệu được chuyển đi thành từng gói, cần phải đảm bảo tất cả các gói
đều đến đích và theo đúng trình tự lúc chúng được chuyển đi. Chức năng của lớp vận
chuyển là cung cấp các dịch vụ cho việc thực hiện vận chuyển dữ liệu giữa các chương
trình ứng dụng một cách tin cậy, bao gồm cả việc khắc phục lỗi và việc điều khiển lưu
thông. Nhờ vậy mà các lớp trên có thể thực hiện được các chức năng cao cấp mà không
cần quan tâm tới cơ chế vận chuyển cụ thể. Các nhiệm vụ cụ thể của lớp vận chuyển bao
gồm:
trang 20
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
 Quản lý về hình thức cho các trạm sử dụng.
 Định vị các đối tác truyền thông qua tên hình thức và địa chỉ.
 Xử lý lỗi và kiểm soát dòng tin, trong đó có cả việc lập lại quan hệ liên kết và
thực hiện các thủ tục gửi lại dữ liệu khi cần thiết.
 Dồn kênh các nguồn dữ liệu khác nhau.
 Đồng bộ hoá giữa các trạm đối tác.
Để thực hiện việc vận chuyển một cách hiệu quả, tin cậy, một dữ liệu được chuyển
đi có thể được chia thành nhiều đơn vị vận chuyển (Data segment unit) có đánh số thứ tự
kiểm soát trước khi bổ sung các thông tin kiểm soát lưu thông.
 Lớp mạng (Network layer)
Trong mạng diện rộng WAN là sự liên kết của nhiều mạng tồn tại độc lập. Mỗi
mạng đều có một không gian địa chỉ và cách đánh địa chỉ riêng, sử dụng công nghệ
truyền thông khác nhau. Một bức điện từ đối tác này sang đối tác khác của một mạng
khác có thể có nhiều đường đi khác nhau. Vì vậy thời gian, quãng đường vận chuyển và
chất lượng cũng khác nhau. Chức năng của lớp mạng là tìm một đường đi tối ưu cho việc

vận chuyển dữ liệu, giải phóng sự phụ thuộc của các lớp phía trên vào phương thức
chuyển giao dữ liệu và công nghệ
chuyển mạch dùng để kết nối các hệ thống khác nhau. Điều này có ý nghĩa rất lớn nhằm
giảm được thời gian, quãng đường truyền thông từ đó giảm giá thành dịch vụ.
Đối với một hệ thống mạng truyền thông công nghiệp lớp mạng không có ý nghĩa vì
trong mạng không có sự trao đổi dữ liệu giữa hai trạm thuộc hai mạng khác nhau, hoặc
việc trao đổi dữ liệu được thực hiện trực tiếp thông qua chương trình ứng dụng (không
qua lớp nào trong mô hình OSI).
 Lớp liên kết dữ liệu (Data link layer)
Lớp liên kết dữ liệu có chức năng truyền dẫn dữ liệu một cách tin cậy thông qua mối
liên kết vật lý, trong đó bao gồm việc điều khiển truy cập môi trường truyền dẫn và bảo
toàn dữ liệu. Lớp liên kết dữ liệu thường được chia thành hai lớp con tương ứng với
hai chức năng trên.
 Lớp điều khiển truy nhập môi trường MAC (Midium Access Control).
 Lớp điều khiển liên kết logic LLC (Logical Link Control).
Trong một số hệ thống, lớp liên kết dữ liệu có thể đảm nhiệm thêm các chức năng
khác như kiểm soát lưu thông và việc đồng bộ hoá các khung dữ liệu.
Để thực hiện chức năng bảo toàn dữ liệu, thông tin nhận được từ lớp phía trên được
đóng gói thành các bức điện có chiều dài hợp lý. Các khung dữ liệu này chứa các thông
tin bổ sung phục vụ cho mục đích kiểm soát lỗi, kiểm soát lưu thông và đồng bộ hoá. Lớp
liên kết dữ liệu bên phía nhận thông tin sẽ dựa vào các thông tin này để xác định tính
chính xác của dữ liệu, sắp xếp các khung lại theo đúng trình tự và khôi phục lại thông tin
để chuyển tiếp lên lớp trên nó.
trang 21
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
 Lớp vật lý (Physical layer)
Lớp vật lý là lớp dưới cùng trong mô hình phân lớp chức năng truyền thông của một
trạm thiết bị. Lớp này đảm nhiệm toàn bộ công việc truyền dẫn dữ liệu bằng phương tiện
vật lý. Các qui định sau đây mô tả giao diện vật lý giữa một trạm thiết bị và môi trường
truyền thông:

 Các chi tiết về cấu trúc mạng (bus, cây, hình sao ).
 Chuẩn truyền dẫn (RS 485, IEC 1158-2, truyền cáp quang ).
 Phương pháp mã hoá bit.
 Chế độ truyền tải (đồng bộ, không đồng bộ, dải rộng, dải mang ).
 Tốc độ truyền cho phép.
II.4. Phương pháp truy nhập bus
II.4.1. Các khái niệm cơ bản

Trong các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp thì các hệ thống có cấu trúc
dạng bus có vai trò quan trọng và phổ biến nhất vì những lý do như: Chi phí dây dẫn thấp,
dễ lắp đặt, linh hoạt, thích hợp cho việc truyền dẫn trong phạm vi vừa và nhỏ. Trong
phạm vi đề tài em chỉ trình bày về phương pháp truy cập bus tức ứng với các mạng có cấu
trúc dạng bus.
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.
trang 22
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
Có thể phân loại cách truy nhập bus thành hai phương pháp là phương pháp tiền
định và phương pháp ngẫu nhiên. Được minh hoạ trong hình vẽ sau (hình 2.8):
 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 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.
II.4.2. 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


trang 23
Master
Master

Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Slave
Hình 2.9 : Ph ng pháp truy nh p ch /tươ ậ ủ ớ
Slave
Slave
Truy nh p ng u nhiênậ ẫ
Truy nh p ng u nhiênậ ẫ
Truy nh p ti n đ nhậ ề ị
Truy nh p ti n đ nhậ ề ị
Ph ng pháp truy nh p busươ ậ
Ph ng pháp truy nh p busươ ậ
Ki m soát t p trungẻ ậ
Master/Slave
TDMA
Ki m soát t p trungẻ ậ
Master/Slave
TDMA
Ki m soát phân tánể
Token Passing
Ki m soát phân tánể
Token Passing
Nh n bi t xung đ tậ ế ộ
CSMA/CD
Nh n bi t xung đ tậ ế ộ
CSMA/CD
Tránh xung đ tộ

CSMA/CA
Tránh xung đ tộ
CSMA/CA
Hình 2.8 : Phân lo i các ph ng pháp truy nh p busạ ươ ậ
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3



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 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, dẫn đến giảm hiệu suất sử dụng đường truyền.
 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.
II.4.3. Phương pháp đa truy nhập phân chia thời gian TDMA (Time Division

Multiple Access)
Trong phương pháp đa truy nhập phân chia thời gian TDMA. Mỗi trạm được phân
một thời gian truy nhập bus nhất định. Các trạm có thể lần lượt thay nhau gửi thông tin
trang 24
Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần Unidrive V3
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.
II.4.4. 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
trang 25

N
1
2
Theo yêu c uầ
Chu k bus (chu k TDMA)ỳ ỳ

Hình 2.10 : Hai d ng c a ph ng pháp Token Passingạ ủ ươ
Tr m 2ạ
Tr m 2ạ
Tr m 1ạ
Tr m 1ạ
Tr m 5ạ
Tr m 5ạ
Tr m 3ạ
Tr m 3ạ
Tr m 4ạ
Tr m 4ạ
Tr m 6ạ
Tr m 6ạ
Token
Token
Token Ring
Tr m 1ạ
Tr m 1ạ
Tr m 3ạ
Tr m 3ạ
Tr m 4ạ
Tr m 4ạ
Tr m 5ạ
Tr m 5ạ

Tr m 6ạ
Tr m 6ạ
Tr m 2ạ
Tr m 2ạ
Token
Token
Token Bus
(2)
(1)
Slave
Slave Slave
Master Master Master
Master
Master
(1) Token Passing gi a các tr m tích c cữ ạ ự
(2) Master/slave gi a m t tr m tích c c và tr m không tích c cữ ộ ạ ự ạ ự
Hình 2.11 : Truy nh p bus k t h p nhi u chậ ế ợ ề ủ
Slave