BÁO CÁO HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP Đề tài Mạng và Ứng Dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

BÁO CÁO
HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP
Đề tài:
Mạng và Ứng Dụng
GVHD : PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG
SVTH : Nguyễn Đức Trụ_CB110628
Nguyễn Anh Tuấn_CB110631
Lớp : 11BKTĐT
Hà Nội, tháng 6 năm 2012
Mục Lục
1.1 Giới thiệu 2
1.2 Phân cấp sản xuất 2
1.3 Các loại quá trình 4
1.4 Các hệ thống điều khiển 5
1.5 Các hệ thống truyền thông 8
1.6 Tham số cần xem xét khi lựa chọn một ứng dụng 13
1.7 Mộ số giải pháp tổng quan 15
1.8 Kết luận 24
Tài liệu tham khảo !
Mạng và ứng dụng
1.1 Giới thiệu
Từ khi xuất hiện hệ thống thông tin công nghiệp. Đã có hàng tá các giải pháp đã được đưa ra
nhằm mục đích giải quyết các vấn đề còn tồn tại của hệ thống. Điều này là sự thật nhưng
phần lớn thời gian trong một bối cảnh cụ thể.Lý giải cho điều này là vì không có trường hợp
riêng biệt nào trong truyền thông công nghiệp.Trong hầu hết thời gian quy trình công nghiệp
được tổ chức theo kiểu phân cấp và phụ thuộc vào vị trí trong hệ thống phân cấp sẽ khác
nhau.Cách thức trong phần mềm điều khiển được viết cũng giới thiệu các yêu cầu khác nhau
2

trong mạng truyền thông.Để chọn lựa một mạng truyền thông thì một điều quan trọng là phải
hiểu những ý tưởng khác nhau của những nhà thiết kế mạng khi họ xây dựng giải pháp của
mình.
Trong chương này, trước tiên chúng ta hãy miêu tả phương thức sản xuất công nghiệp
được tổ chức.Trong phần tiếp theo sẽ giải thích về những sự khác nhau trong kiến trúc các
ứng dụng điều khiển.Khi giới thiệu một mạng để hỗ trợ truyền thông giữa các thực thể điều
khiển một số giới hạn được đưa vào ví dụ như các lỗi hay các trễ. Khi chúng ta đã có được
sự hình dung về hệ thống ta sẽ đi sâu vào chi tiết ở phần ba.Trong phần cuối cùng sẽ trình
bày về mạng truyền thông công nghiệp được lựa chọn và chúng có thể hỗ trợ các loại ứng
dụng nào và bằng cách nào chúng thực hiện công việc được yêu cầu.
1.2 Phân cấp sản xuất
Hệ thống điều khiển của một quá trình sản xuất được thực hiện bởi nhiều máy tính
được tổ chức bởi vài mức phân cấp. Mạng máy tính cung cấp giao tiếp giữa các máy tính
trong cùng một mức và với một số máy tính khác ở mức liền kề đó.
Trước khi trình bày các mức khác nhau một cách chi tiết chúng ta hãy nói về một ứng
dụng càng gần một quá trình thì thời hạn càng cao(ISO 1994). Ngược lại, số lượng dữ liệu
được truyền tăng lên theo mức trong mô hình phân cấp.Vị trí của một ứng dụng trong mô
hình phân cấp sản xuất cũng ảnh hưởng đến cách thức mà phần mềm ứng dụng được xây
dựng.Các ứng dụng ở mức thấp thường tiếp cận theo phương pháp có thời gian kích hoạt
(Xem phần 46.4) trong khi các ứng dụng ở mức cao hơn thì phương pháp tiếp cận sự kiện
thường được sử dụng trong hầu hết các trường hợp.
Một số lớn các mô hình nhà máy,cũng gọi là mô hình CIM đã từng được mô tả ( ví dụ
xem Jones et al,1989).Trong các mô hình phân cấp thì tất cả các mục đích trên không khác
nhau nhiều. Sự khác nhau chủ yếu nằm ở số mức và tên các mức. Hình 46.1 mô tả một cách
tóm tắt của những đề xuất đươcj đưa ra. Hình vẽ này cũng chỉ ra một sự khác biệt khá lớn
giữa quá trình điều khiển và quá trình sản xuất.
Mục đích đầu tiên của một hệ thống điều khiển nhà máy tổ chức theo kiểu phân cấp
như hình 46.1 là để quản lý quá trình như đã thấy qua các bộ cảm biến (mức 0) bởi hoạt
động sau khi thông qua cơ cấu chấp hành. Các bộ cảm biến và thiết bị truyền động được kết
nối đến mức đầu tiên(mức 1) của tự động hoá ở đó mỗi thiết bị tự động hoá điều khiển một

3
biến của tiến trình theo cách mà nó vẫn ở trong giới hạn hoặc sau dữ liệu. Mức 1 tương ứng
với một trục điều khiển của một thực thể đơn trong sản xuất hoặc trong một vòng lặp nội bộ
trong quá trình điều khiển.Các biến có thể là rời rạc ví dụ như một thiết bị thay đổi trong
một máy công cụ hoặc liên tục như một trục trong một robot hoặc thiết bị làm nóng trong cột
chưng cất.
Đơn vị dữ liệu ở mức 2 xây dựng một tập các giá trị điểm đặt hoặc giới hạn cho các biến
được kết nối hoặc có liên quan để đảm bảo hoạt động.Điều này thường được xen vào trong
bộ điều khiển của máy tính số (CNC) hoặc bộ điều khiển thiết bị cho một thiết bị máy móc
hoặc bộ điều khiển đường đi của một robot và nó sẽ đưa ra một tập các giá trị đặt trước cho
theo một thứ tự để thực hiện một con đường được đưa ra. Những đơn vị này nhận các lệnh
từ và trở về trạng thái của nó đến thiết bị máy móc hoặc mức quá trình (mức 3).
Các đơn vị ở mức 3 phối hợp hành động hoặc các điều kiện hoạt động, vài phần tử
hoặc một nhóm vài phần tử theo thứ tự để nhận ra và tối ưu hóa hoặc một những hoạt động
theo trình tự trên một đối tượng là thể rắn hay lỏng.Chúng nhận các lệnh và báo cáo lên lớp
trên hoặc mức hệ thống điều khiển phân phối (mức 4).
Các đơn vị ở mức 1 đến mức 3 phải thực hiện chẩn đoán chính nó, phát hiện các điều kiện
khẩn cấp và đưa ra một quyết định tức thời nếu chúng có đủ thông tin để thực hiện.Theo một
cách khác thì chúng báo cáo lên các lớp bên trên để thực hiện.
Các đơn vị ở lớp 4 có trách nhiệm đánh giá sản xuất ,lên kế hoạch khi nào và ở đâu
các hoạt động đưa ra được thực hiện trên các đối tượng và để đảm bảo tất cả các tài nguyên
được thực hiện.
Mức 5 thông thường tương ứng với xây dựng một sản phẩm đơn lẻ hoặc một họ các
sản phẩm trên các thiết bị tương tự.Đó là ở đâu quá trình lập kế hoạch cho các sản phẩm
được thực hiện.
Mức 6 biểu diễn mức cao nhất của mộ hình. Các chức năng cơ bản thực hiện ở mức
này là thiết kế sản phẩm,quản lý tài nguyên,quản lý sản xuất mức cao với đưa ra lịch sản
xuất,thành lập các chính sách theo mô hình…vv
4
Hình 46.1

Ở mức trên cùng chúng ta có thể nhận thấy một mức quản lý doanh nghiệp (không chỉ ra
trong hình 46.1) được nối đến một vị trí khác hoặc một các cây khác thông qua các mạng
công cộng hoặc mạng doanh nghiệp.Ở mức này, tất cả các hoạt động không phải sản
xuất( như nghiên cứu, tài chính ) của doanh nghiệp có thể được kết nối.
Cũng nên chú ý rằng một vài mức có thể vắng mặt trong mô hình của một vài doanh
nghiệp.Dựa vào mức tự động hóa và cấu trúc điều khiển, mức 2 và mức 1 có thể được bao
gồm trong lớp 3.Mức 5 và mức 6 cũng có thể thành một mức đơn.
Ngày nay xu hướng rõ rệt là làm giảm số mức.Tuy nhiên các chức năng trên vẫn dược miêu
tả mặc dù số mức có thể thay đổi.
1.3 Các loại quá trình
Các quá trình được điều khiển bằng máy tính thường được phân loại dựa trên hai mô
hình: Các hệ thống liên tục và các hệ thống sự kiện rời rạc(Halang and Sacha 1992).Một ví
dụ của quá trình liên tục là một bộ điều chỉnh nhiệt độ trong một lò phản ứng với một tập
các giá trị điểm đặt đưa ra nằm xung quanh một số giới hạn cài sẵn.Như là một hệ thống đọc
nhiệt độ được đưa ra bởi một bộ cảm ứng,so sánh giá trị đó với giá trị điểm đặt, các máy tính
sẽ sử dụng thuật toán điều khiển đầy đủ để hiệu chỉnh cần thiết và đưa ra một bộ truyền động
nhiệt phù hợp.Tiến trình hoạt động này được thực hiện lặp lại thường xuyên theo chu kì.Chu
kì này được đặt theo sự thay đổi của quá trình được điều khiển.
Theo một hướng khác,thì hệ thống thang máy lịa liên hệ đến một hệ thống rời
rạc.Chúng ta hãy xem xét các trình tự các hoạt động một cách cụ thể.Trong khi một thang
5
máy đang đi đến tầng đích của nó, hệ thống được trông đợi là giảm tốc độ cảm biến sàn
được bật,trong trường hợp đó hệ thống điều khiển phải thực hiện giảm tốc độ của thang
máy.Bước tiếp theo, nó phải dừng thang máy khi cảm biến sàn chỉ thị đã đạt được đến tầng
cần thiết.Trong suốt quá trình này một vài sự kiện có thể xảy ra như là có yêu cầu từ các
khách bên ngoài thang máy.Các yêu cầu đó có thể thay đổi ngay trình tự hoạt động của hệ
thống hoặc cũng có thể được đáp ứng sau đó.Thêm vào đó có thể một vài sự kiện xảy ra
không phải luôn thú vị ở mọi thời điểm.Trong ví dụ trên sự kiện giảm tốc độ chỉ có ý nghĩa
nếu thang máy dừng lại ở đúng tầng phù hợp.Bộ phát hiện sự kiện thỉnh thoảng cũng cần
nghỉ nghơi và sau đó làm việc lại sau đó.Một điểm đặc biệt của hệ thống rời rạc là nếu một

hoạt động kích hoạt xảy ra bởi sự xuất hiện của một sự kiện hoàn toàn đã được biết,thời
điểm mà sự kiện này xảy ra được ưu tiên thì chưa biết.Hơn nữa,thứ tự xảy ra của các sự kiện
cũng rất quan trọng.
Các hệ thống hàng loạt
Một vài hệ thống vật lý thực hiện cả hai khía cạnh trên và chúng được gọi là hệ thống
hàng loạt, hay là hệ thống “MIXT”
1.4 Các hệ thống điều khiển
Các hệ thống liên tục và rời rạc được triển khai theo chu trình hoặc theo vòng tuần
hoàn thường được gọi là hệ thống kích hoạt thời gian hay hệ thống dữ liệu được lấy mẫu.
Các hệ thống rời rạc đã triển khai sử dụng các phần mềm bên trong hoặc ngắt được gọi là hệ
thống kích hoạt sự kiện
Các hệ thống thời gian khởi tạo
Theo quan điểm hệ thống điều khiển,các hệ thống liên tục sẽ được triển khai như là các
nhiệm vụ quét từ đầu của chu kì,ví dụ các đầu vào của hệ thống,tính toán các giá trị đầu ra
với và thiết lập cơ cấu chấp hành theo các giá trị mới.Tính chu kì là không bắt buộc nhưng
thông thường thì nó đưa ra thuật toán đơn giản hơn và các hệ thống an toàn ,ổn định hơn
.Hầu hết các thuật toán được phát triển với giả thiết là rất nhạy và biến thời gian có chu kì.
Đây là trường hợp đặc biệt trong các bộ điều khiển trong máy chính xác.Các mẫu đầu vào
đồng thời cũng là một nhân tố ổn định quan trọng.Chúng ta hãy giả thiết rằng bộ điều khiển
khai triển thuật toán điều khiển trạng thái không gian trong đó vector trạng thái bao gồm vị
6
trí,tốc độ, dự tăng tốc của di động và các giá trị thực tế được chứa đựng bởi ba cảm ứng,một
bộ mã hoá vị trí,một máy đo tốc độ và một bộ tăng tốc độ.Thuật toán điều khiển được giả
thiết là giá trị các phép đo được yêu cầu ở gần như tức thì.Đối với hệ thống điều khiển quá
trình dịch này được gọi là lấy mẫu đồng thời .Kết quả thu được sẽ thực sự không đồng thời
nếu chỉ một bộ xử lý được sử dụng cho cả ban hoạt động trên.Tính tức thời có thể gần đúng
trong một giới hạn đưa ra có thể được ước tính đến hai trật tự của độ lớn dưới chu kì
Các hệ thống điều khiển sự kiện rời rạc
Các hệ thống rời rạc có thể được triển khai khi một số nhiệm vụ được kích hoạt bởi
một sự kiện xảy ra. Chúng ta định nghĩa một sự kiện khi có một sự thay đổi quan trọng

(hoặc một số sự thay đổi) trạng thái của quá trình(được gọi là sự kiện). Sự thay đổi này,sự
kiện được phát hiện bởi một số mạch đầu giám sát liên tục đầu vào và được biến đổi thành
một ngắt(việc phát hiện cũng có thể được thực hiện bởi phần mềm).Sự kiện được xử lý bởi
một nhiệm vụ dùng để đảm nhận các hoạt động được yêu cầu. Thời gian trôi qua giữa sự
xuất hiện của các sự kiện và phản ứng phù hợp,thông thường gọi là thời gian phản ứng được
đưa ra trong các trong các yêu cầu. Thời gian phản ứng có thể phụ thuộc vào loại sự
kiện.Các phản ứng đến các sự kiện thông thường được xử lý theo thứ tự các sự kiện đến.
Tuy nhiên có một vài sự kiện quan trọng hơn. Ví dụ việc dừng một cahcs khẩn cấp trong
thang máy thì rõ ràng quan trọng hơn là một yêu cầu gọi đến.Và sẽ có sự ưu tiên trong khi
xử lý sự kiện. Trong bất kì trường hợp nào, trật tự thực hiện các sự kiện đều quan trọng
trong các ứng dụng
Công nghệ triển khai trên thuận lợi nhưng không phải là duy nhất. Ta luôn có thể
triển khai một hệ thống sự kiện rời rạc như một hệ thống liên tục. Trong một trường hợp tất
cả các đầu vào được lấy mẫu theo thời gian một cách đều đặn bởi phần mềm điều khiển có
nhiệm vụ phát hiện các thay đổi và thực hiện các hoạt động cần thiết. Đây chính là phương
pháp mà hầu hết các hệ thống điều khiển logic chương trinh(PLCs) được triển khai. Trong
hệ thống được triển khai quyền ưu tiên giữa các sự kiện có thể chỉ được xác định nếu các sự
kiện được phát hiện trong các chu kì vòng lặp khác nhau . Nếu hai sự kiên được phát hiện
trong cùng một chu trình hay chu kì thì chúng sẽ được xem xét là thồng thời. Chu trình hay
chu kì nên được lựa chọn theo cách mà ở đó tất cả các sự kiện đều có thể được phát hiện.
7
Lấy ví dụ trong hệ thống thang máy,nếu công tắc giảm tốc đóng trong tối thiểu 20ms chu kì
thì chu kì rõ ràng nên thấp hơn để phát hiện sự kiện đóng.
Tóm lại các hệ thống điều khiển liên tục được kì vọng có bốn yếu tố quan trọng sau:
 Chúng có tính chu kì và thường là tuần hoàn,và các giá trị trong chu kì được thiết
lập theo các quá trình động
 Jitter trong chu kì nên được hạn chế đến một vài phần trăm trong chu kì
 Sự tức thời thu được của thiết lập đầu vào và đầu ra được biết trước và được đặt
lệnh bởi hệ thống điều khiển
 Tất cả các đầu vào được lấy mẫu gần như đồng thời

 Các hệ thống sự kiện rời rạc có thể được triển khai như các hệ thống liên tục.Sau
đó chúng được kì vọng sẽ có các đặc tính quan trọng nhưng không cần thiết phải
tuần hoàn .Tuy nhiên,thời gian chu trình nên được giữ đủ thấp do đó tất cả các sự
kiện có thể được cảm nhận.Các hệ thống này có thể triển khai sử dụng các ngắt
với các đặc tính sau:
 Sự xuất hiện tức thời sự kiện không được biết đến
 Thời gian phản ứng đến một sự kiện bị ràng buộc
 Trình tự xuất hiện của các sự kiện đóng một vai trò quan trọng
 Phản ứng đối với một vài sự kiện có thể xảy ra với quyền ưu tiên cao hơn
 Bộ phát kiện của một sự kiện đưa ra có thể có một thời gian nghỉ tạm thời
 Có một giới hạn trong mật độ các sự kiện xảy ra cỏ thể được xử lý bởi hệ thống
điều khiển
Từ quan điểm điều khiển, một hệ thống điều khiển thông thường được cấu tạo từ một phần
trong đó thời gian được khởi tạo và một phần do sự kiện được khởi tạo.
1.5 Các hệ thống truyền thông
Các hệ thống truyền thông ở đây là để hỗ trợ tương tác giữa các ứng dụng điều khiển.
Trên một máy tính nhiều ứng dụng khác nhau có thể cùng tồn tại,một vài là thời gian được
kích hoạt và một số do sự kiện kích hoạt. Chúng có thể truyền thông với các ứng dụng xa
hơn của một loại khác(một ứng dụng thời gian khởi tạo có thể truyền thông với một ứng
dụng sự kiện khởi tạo)
8
Bản thân mạng truyền thông công nghiệp có thể được xây dựng theo mô hình sự kiện khởi
tạo hoặc mô hình thời gian khởi tạo hoặc kết hợp cả hai. Kết hợp một mạng ứng dụng thời
gian khởi tạo với một mạng ứng dụng sự kiện khởi tạo rõ ràng thực hiện dễ dàng hơn là một
hệ thống truyền thông sự kiện khởi tạo. Và yêu cầu một vài bổ sung thích ứng. Lý tưởng là
hệ thống truyền thông nên hỗ trợ cả hai quan điểm trên.
Các mô hình truyền thông
Các mô hình truyền thông xác định bằng cách nào các quá trình ứng dụng khác nhau
có thể cộng tác. Mô hình truyền thông được sử dụng rộng rãi nhất là mô hình khách-chủ.
Trong mô hình này các quá trình tương tác thông qua các yêu cầu và các đáp ứng . Khách là

một quá trình yêu cầu một hoạt động được thực hiện bởi một quá trình khác,một máy chủ.
Máy chủ đưa ra công việc và trả lại một thông tin trả lời. Khách và chủ chỉ tham khảo vai trò
quá trình trong các hoạt động từ xa. Một quá trình có thể là khách trong một vài hoạt động
nhưng lại có thể là chủ trong một số hoạt động khác. Như vậy rõ ràng mô hình này là mô
hình điểm – điểm.
Mô hình này tồn tại một số hạn chế. Đầu tiên là thời gian không được đưa vào xem
xét. Hoàn toàn có thể chỉ định một thời gian trễ giữa yêu cầu và đáp ứng và có một số
phương tiện để kiểm tra lại trễ này,trễ này sẽ đáng lưu tâm bởi vì ứng dụng máy chủ liên
quan đến đáp ứng. Thứ hai là nếu một máy khách muốn thực hiện các yêu cầu đồng thời đến
vài máy chủ thì nó chỉ được thực hiện theo tuần tự,một yêu cầu chỉ được đáp ứng sau khi
một yêu cầu khác được thực hiện. Và cuối cùng nếu có hai khách đưa ra một yêu cầu tương
tự đối với nhiều máy chủ thì cách xử lý các yêu cầu theo trình tự vá đáp ứng có thể sẽ khác
nhau. Lấy ví dụ có hai node điều khiển có thể yêu cầu giá trị cảm biến liên hệ với một node
cảm biến. Giá trị lại cho máy khách thứ nhất có thể khác so với giá trị trả về cho máy khách
thứ hai. Hai vấn đề cuối cùng có thể được giải quyết bằng một thuật toán phù hợp hoạt động
trên đỉnh của tương tác khách-chủ. Điều này sẽ dẫn đến việc triển khai nặng với hiệu suất
không cao. Tuy nhiên trong thực tế với một số hoạt động từ xa trong suốt pha cài dặt và cấu
hình thì các vấn đề trên thường không xuất hiện và mô hình khách-chủ là một giải pháp tốt.
Đối với các hoạt động thời gian thực các mạng công nghiệp thường đề xuất thực hiện các
giải pháp đơn giản để giải quyết các vấn đề của mô hình khách-chủ. Điều này sẽ dẫn đến mô
hình sản xuất-tiêu dùng (mà đôi khi còn được gọi là mô hình nhà xuất bản-người đặt mua
9
báo) là một mô hình đa điểm. Mô hình này bị hạn chế các giá trị thông tin được truyền và nó
phù hợp với các hệ thống kích hoạt thời gian. Trong mô hình sản xuất –tiêu dùng thì mỗi
phần thông tin sẽ có một nhà sản xuất và một hoặc nhiêu hơn người tiêu thụ. Khi nhà sản
xuất có thông tin gửi đi nó sẽ đưa thông tin đó vào mạng. Mạng làm nhiệm vụ vận chuyển
và đưa đến các nhà tiêu thụ. Sau đây là những thuận lợi hơn mà mô hình này đạt được so với
mô hình khách –chủ:
. Nhà cung cấp và người tiêu thụ không cần phải được đồng bộ hoá. Người tiêu dùng
không phải đợi đáp ứng của nhà cung cấp như trong mô hình khách-chủ. Nếu có thông tin

sẵn sàng truyền đi ,nó có thể sử dụng thông tin hay nói cách khác là xác định xem thông tin
có gì mới không. Các thông tin tương tự có thể được truyền ở cùng một thời gian đến tất cả
các khách hàng và do đó mạng sẽ được sử dụng hiệu quả hơn.
.Hai hoặc nhiều hơn các khách hàng sẽ cùng làm việc với một giá trị tương tự ở cùng
một thời gian đưa ra. Điều khiển luồng sẽ cần thiết khi một thông tin mới đè nên một thông
tin trước đó. Điều này giả thiết rằng một thông tin mới đưa ra làm lỗi thời thông tin trước nó.
Đồng bộ giữa các ứng dụng có thể được triển khai khi sản xuất đồng bộ hoá được đưa vào.
Tuy nhiên mô hình này cũng phải trả giá.Khi khách hàng không có cách nào để liên
hệ thông tin với các yêu cầu rõ ràng(trong mô hình khách –chủ) nó nên biết về thời điểm của
thông tin. Các mạng triển khai mô hình sản xuất –tiêu thụ nên đánh địa chỉ thông tin với các
thuộc tính mà từ đó thông tin có thể tách ra.
Mô hình sản xuất, phân phối, tiêu dùng là một phần mở rộng của mô hình sản xuất - tiêu
dùng có thêm sự phân biệt giữa sản xuất và truyền thông tin. Trong vai trò bổ sung, các nhà
phân phối, có trách nhiệm chuyển giao các thông tin từ khu vực sản xuất đến khu vực tiêu
thụ. Bằng cách này, sự chuyên chuyển không phải thực hiện bởi nhà sản xuất, mà theo các
quy tắc xác định cho các nhà phân phối. Điều này mang tính linh động trong lịch trình
chuyển giao trong mạng và hiệu quả được cải thiện.
Nhất quán về thời gian
Nhất quán về thời gian gồm hai loại: nhất quán về thời gian tuyệt đối và nhất quán về
thời gian tương đối.
Nhất quán về thời gian tuyệt đối liên quan đến độ tuổi của tin tức. Một phần của dữ
liệu được tạo ra tại một thời điểm nhất định. Nó được truyền sau qua hệ thống thông tin. Nó
10
cuối cùng được sử dụng tại một số điểm thời gian. Một phần dữ liệu được cho là nhất quán
về mặt thời gian một cách tuyệt đối miễn là sự tức thời của kết quả và tức thời hiện tại không
vượt quá khoảng thời gian hợp lệ của nó. Nói cách khác, một phần của dữ liệu không nên
được sử dụng nếu nó đã quá lâu. Điều này để đảm bảo khi tất cả diễn ra trên cùng một máy
tính. Khi tất cả dữ liệu đều được truyền qua một mạng, thông tin thường bị mất.
Trong thời gian kích hoạt ứng dụng, ứng dụng điều khiển mong đợi tất cả dữ liệu đầu
vào được chấp nhận đồng thời. Các phép đo được thực hiện trong cùng một cửa sổ thời gian

nhất định. Thuộc tính này được gọi là “nhất quán về thời gian hình thành” theo tiêu chuẩn
lĩnh vực đo lường (FIP), và nhìn chung, chúng ta có thể nói về sự nhất quán về thời gian mỗi
khi một vài hành động được thực hiện trong một khoảng thời gian (ISO 1994). Nó được gọi
là nhất quán về thời gian ( hay nhất quán về thời gian tương đối) (Kopetz và Kim 1990,
Kopetz 1988).
Nó được định nghĩ như sau. Chúng ta hãy xem xét hai giá trị a và b. Cho [a, t
a
, v
a
] và [b, t
b
,
v
b
] là hai quan sát của a và b, trong đó v
a
và v
b
là hai mẫu của a và b được cho tại thời điểm
t
a
và t
b
. Hai mẫu được coi là nhất quán về mặt thời gian từ điểm tạo ra với | t
a
– t
b
| < R, với R
cho trước, trong đó R là ngưỡng nhất quán về thời gian.
Nhất quán về không gian

Theo định nghĩa của Le Lann (1990), một hệ thống phân tán là : “ Một hệ thống máy
tính mà hành vi được xác định bởi các giải thuật rõ ràng được thiết kế để làm làm việc với
nhiều quỹ đạo điều khiển”. Trong hệ thống như vậy, có một số lượng các node điều khiển
không làm việc độc lập với nhau nhưng cùng hợp tác thực hiện các nhiệm vụ chung. Sự hợp
tác này có thể cần thiết để đạt tới mức nhất định khả năng chịu lỗi hay bởi vì nhiệm vụ điều
khiển toàn bộ quá lớn để xử lý tại một node duy nhất.
Hệ thống phân tán khởi tạo một cách có chu kỳ và các quỹ đạo điều khiển khác nhau đồng
bộ vận hành tùy thuộc vào sự di chuyển của thời gian. Như vậy, chúng không thể tin tưởng
vào các bộ định thời cục bộ và cần chia sẻ một hướng chung của thời gian (Verissimo 1994).
Điều này có thể đạt được thông qua giải thuật đồng bộ đồng hồ phân tán (Kopetz và
Ochsenreiter 1987) hoặc, với một vài hạn chế sử dụng các sự kiện thời gian phát sinh bởi
mạng (He et al.1990). Trong những hệ thống như vậy, quỹ đạo điều khiển khác nhau chỉ
thay đổi dữ liệu hay thông tin trạng thái. Rõ ràng, tất cả dữ liệu cần thiết cho các tính toán
11
nên khả dụng ở tất cả quỹ đạo điều khiển trước các thời điểm đồng bộ; điều khiển luồng
được thực hiện tĩnh. Một đơn vị duy nhất của dữ liệu có thể được cần tới bởi vài node điều
khiển. Khi những node này không chia sẻ một bộ nhớ chung, đơn vị dữ liệu cần được nhân
rộng ở mỗi node. Điều này có thể thực hiện bởi một sự truyền rộng rãi; nhưng chúng ta cần
phải có sự đảm bảo rằng tất cả các bản sao đều giống hệt nhau tại thời điểm chúng được sử
dụng. Thuộc tính này được gọi là nhất quán về không gian. Nó có thể đạt được bởi giải thuật
quảng bá tin cậy ( Hadzilacos và Toueg 1993) hoặc trong FIP, nếu chỉ có một dấu hiệu của
sự nhất quán về không gian là cần thiết (Decotignie và Prasad 1994).
Thứ tự sự kiện
Hệ thống điều khiển khởi tạo sự kiện thường khá nhạy để sắp xếp xem sự kiện nào
xảy ra. Các mạng không đảm bảo rằng các yêu cầu truyền thông tin đều được vận hành theo
theo thứ tự mà khi chúng đệ trình. Điều này có nghĩa rằng các ứng dụng không thể tin tưởng
vào thứ tự mà trong đó chúng nhận được các sự kiện từ mạng để xác định thứ tự xuất hiện
của các sự kiện theo thời gian.
Ảnh hưởng của lỗi
Lỗi là không thể tránh được nhưng ảnh hưởng của chúng phải được giảm thiểu. Trong

miền giá trị, lỗi có thể có khả năng là các giá trị không xác định hay các giá trị được coi là
đúng nhưng không chính xác ở các đầu vào liên quan. Trong miền thời gian, lỗi phá hủy, lỗi
gián đoạn, và thời gian sớm hay muộn, lỗi có thể cũng xảy ra. Đối phó với những lỗi là một
chủ đề của máy tính (Le Lann 1992) và vượt quá phạm vi của chúng tôi.Tuy nhiên nó có giá
trị thảo luận để nghiên cứu ảnh hưởng của mạng trong hệ thống có lỗi. Với một mạng, lỗi có
thể xảy ra ở một số thực thể mở rộng, những liên kết, các mạch phát xạ hay thu nhận và
phần mềm. Những liên kết này có thể bị cắt liên tục hoặc vĩnh viễn và có thể bị nhiễu loạn
mà làm hư hỏng thông tin truyền đi. Các bộ phận phát xạ hay thu nhận trong node có thể
dừng lại, đáp ứng quá nhanh hay quá sớm và phát ra khi chúng không được cho phép hay
thậm chí liên tục. Các mạng được thiết kế để chống lại lỗi bởi việc phát hiện và sửa lỗi bằng
cách sử dụng ba loại dự phòng: dự phòng thời gian, dự phòng tài nguyên vật lý, và dự phòng
thông tin. Ví dụ, thông tin dự phòng được thêm vào mỗi bản tin truyền đi trong mạng theo
hình thức mã phát hiện lỗi, mã chẵn lẻ, hoặc CRC. Mỗi mã có một khả năng phát hiện lỗi,
điều đó có nghĩa là một số lỗi có thể không bị phát hiện ở một số cấp độ mạng. Các lỗi phá
12
hủy, lỗi gián đoạn hay lỗi thời gian thường được phát hiện thông qua bộ định thời. Trong hệ
thống khởi tạo miền thời gian, sự phát hiện này thường sớm bởi mỗi node phải truyền một
cách có chu kỳ. Khi một bản tin đến bị thiếu trong một chu kỳ cho thấy một lỗi có thể xảy
ra, và biện pháp đối phó có thể được ứng dụng đưa ra. Hơn nữa, sửa lỗi có thể dựa vào sự
nhất quán về thời gian bằng cách giữ lại có giá trị trước đó và chỉ đợi các giá trị mới ở chu
kỳ tiếp theo. Các hệ thống khởi tạo sự kiện thường khó để vận hành hơn. Nhiều khung có thể
được phát hiện trước và báo hiệu cho người gửi bởi NACK từ người nhận. Người gửi chờ
ACK hay NACK. Các lỗi gián đoạn được phát hiện bởi sự vắng mặt của ACK trong một độ
trễ nhất định. Trong trường hợp NACK hoặc không nhận được ACK, bộ phát sẽ truyền lại
bản tin đó. Quá trình này được lặp lại cho đến khi thành công hoặc số lần
thử lại đạt tới sự cho phép cực đại. Điều này có nghĩa là để xác định các lỗi có thể, ACK là
cần thiết. Hơn nữa, thời gian cần thiết để chuyển một bản tin từ người gửi tới người nhận có
thể khác rất nhiều với sự suy giảm tương ứng với thời gian phản ứng của ứng dụng. Nó cũng
thể hiện một sự chậm trễ trong việc truyền tải các thông điệp khác. Một vấn đề tiềm năng
thứ hai trong hệ thống khởi tạo sự kiện là khó để phân biệt một lỗi gián đoạn hay một phá

hủy từ một trường hợp không có xảy ra sự kiện.Ví dụ một node nhận, một node chấp hành,
mà không nhận được bất kì bản tin hay có thể giả định rằng các node điều khiển bị lỗi hay
không có lệnh mới nào. Trong trường hợp đầu tiên, bộ chấp hành nên được đặt trong một
chế độ an toàn, trong khi đó ở trường hợp hai không phải thực hiện bất kì việc gì. Điều này
có nghĩa là các bản tin sống động nên được gửi tại các khoảng thời gian cùng với các bản tin
thông thường.
Một số lỗi có thể ngăn ngừa mạng hoạt động nếu mạng chưa được thiết kế đúng cách.
Ví dụ, nếu tất cả lưu lượng truy cập được quản trị bởi một node duy nhất, trường hợp điều
khiển truy cập môi trường tập trung, một lỗi phá hủy hay lỗi gián đoạn của node này làm cho
mạng dừng lại, trừ khi node này được nhân đôi và cấu hình một số giao thức phục hồi. Một
số node có thể bắt đầu truyền bản tin liên tục hoặc tại thời điểm mà chúng không được phép
làm như vậy. Điều này có thể là trường hợp với các giao thức truy nhập nhận biết đa sóng
mang (CSMA) trong đó sự đụng độ được giải quyết dựa trên mức độ ưu tiên.
1.6. Tham số cần xem xét khi lựa chọn một mạng ứng dụng
Khi lựa chọn mạng cho một ứng dụng nhất định, có một số tham số để xem xét:
13
Các mô hình truyền thông: Như đã mô tả ở trên, hai mô hình chính được sử dụng
trong việc xây dựng một lớp ứng dụng: mô hình chủ - khách (sever – client) và mô hình sản
xuất – phân phối – tiêu dùng ( đôi khi còn được gọi là mô hình thuê bao – nhà cung cấp ).
Các ứng dụng phân tán có khả năng sử dụng sau này, trong khi các ứng dụng phân tán được
sử dụng trước.
Các loại lưu lượng: Thông tin truyền có thể ngẫu nhiên, tuần hoàn hoặc theo chu kỳ.
Trong trường hợp theo chu kỳ ứng dụng có thể áp đặt giới hạn chặt chẽ trong sự biến động
giữa các phiên truyền liên tiếp của cùng một dữ liệu.
Cấu trúc liên kết và môi trường truyền dẫn: Nếu hầu hết các giải pháp cho phép một
cấu trúc liên kết hình cây, có thể hạn chế chiều dài nhánh và số lượng các node trên cây. Một
số giải pháp cũng cung cấp các môi trường truyền dẫn khác với cáp đồng lõi xoắn. Ví dụ
truyền dẫn quang hay vô tuyến.
Miễn dịch đối với tiếng ồn, môi trường: Các mạng có thể được sử dụng trong môi
trường khắc nghiệt. Đây là trường hợp trong các ứng dụng giao thông vận tải và hóa dầu.

Lớp vật lý có thể ít hay nhiều chịu đựng những môi trường như vậy. Lựa chọn một giải pháp
không thích hợp có thể dẫn đến sự gia tăng tỷ lệ lỗi trong truyền dữ liệu hoặc thậm chí thay
đổi hoàn toàn trong một số trường hợp.
Lỗi: Như mô tả ở trên (mục 46,5), các lỗi truyền dẫn không thể tránh khỏi ngay cả
khi, với cáp phù hợp và một lớp vật lý đầy đủ, mức độ của chúng có thể được giữ rất thấp.
Trong nhiều ứng dụng, các lỗi tạm thời có thể được chấp nhận ngay cả khi ứng dụng không
được thông báo về sự xuất hiện của lỗi. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, điều này là
không thể chấp nhận được và mạng phải cung cấp cách thức để thông báo cho các ứng dụng
khi có một lỗi đã xảy ra.
Thông lượng: Tốc độ bit của một mạng đã cho là một phép đo thô thông lượng thực
tế. Chi phí chung cho các giao thức, đáp ứng trong mạng ngăn xếp, sơ đồ điều khiển truy
nhập môi trường, các giải thuật lưu lượng, và sự trễ trong các ứng dụng làm giảm thông
lượng thực tế. Ví dụ, truyền một giá trị 16-bit yêu cầu thực tế truyền khoảng 1000 bit với
Ethernet, 450 bit với Profibus FMS, 200 bit với CAN, và 90 bit với FIP. Do hiệu ứng khác,
thông lượng thực tế có thể dưới tốc độ bit 1 hay 2 bậc.
14
Sự đảm bảo: Các công việc nghiên cứu đã cho việc tính toán để đảm bảo việc cung cấp
bởi mạng lưới công nghiệp là quan trọng hàng đầu. Việc đảm bảo đưa ra các câu trả lời cho
câu hỏi khác nhau như:
• Mạng sẽ có thể chịu được một tải trọng là bao nhiêu?
• Thời gian truyền tối đa của một sự kiện ngẫu nhiên là bao nhiêu?
• Điều gì xảy ra trong trường hợp quá tải mạng?
• Jitter tối đa trong chu kỳ truyền dẫn?
Nếu hầu hết các giải pháp cung cấp một số bảo đảm, một số cung cấp câu trả lời cho tất cả
các câu hỏi liệt kê ở trên. Hơn nữa, hầu hết thời gian, sự đảm bảo được đưa ra với giả thiết
rằng không có lỗi truyền dẫn sẽ xảy ra, mà không thể coi là tất nhiên.
Tính nhất quán: Như đã đề cập ở trên, nhất quán về thời gian được giả định trong hầu
hết các ứng dụng điều khiển. Thật không may, hầu hết các giải pháp không cung cấp bất kỳ
sự hỗ trợ nào cho sự nhất quán về thời gian và không gian. Điều này cho thấy khía cạnh này
nên được bổ sung trên đầu của mạng đã chọn.

Lưu lượng ngang và dọc: Theo mô tả ở trên, một mạng lưới có thể được sử dụng để
hỗ trợ lưu lượng giữa các máy tính của các cấp lân cận (lưu lượng dọc). Nó cũng có thể
được sử dụng để đảm bảo thông tin liên lạc giữa các thiết bị điều khiển cùng cấp để đảm bảo
sự phối hợp. Những mẫu lưu lượng và các mối quan hệ truyền thông thường khác nhau trong
từng trường hợp, và các giải pháp mạng sẽ có thể duy trì cả hai.
Dịch vụ: Lớp ứng dụng của một mạng cung cấp một số dịch vụ cho các ứng dụng.
Các dịch vụ không có sẵn sẽ cần phải được thực hiện trong ứng dụng. Ví dụ về các dịch vụ
đó là:đọc và viết các biến nhập (hoặc đối tượng) với sự nhận biết có thể thông tin mới,
đọc tập hợp dữ liệu với sự nhận biết có thể sự nhất quán về thời gian, tải về dữ liệu và các
chương trình, gọi từ xa (bắt đầu, dừng, tạm dừng, tiếp tục) của các chương trình, đồng bộ
hóa giữa các ứng dụng, và nhận, gửi, hoặc đăng ký các sự kiện với dấu hiệu cho thấy có thể
có của thời gian xảy ra.
Cấu hình dễ dàng: Đối với hầu hết các mạng, hãng đã cung cấp các công cụ cho phép
cấu hình một mạng. Điều này có thể bao gồm địa chỉ thiết lập, các giá trị khởi tạo ban đầu
15
cho số lần sử dụng trong mạng, chu kỳ, ưu tiên… Công cụ này cũng có thể giám sát mạng.
Sự sẵn có các công cụ như vậy rất có thể làm giảm nỗ lực vận hành và quản lý.
Kết nối với Internet: Với sự mở rộng của các trình duyệt web, mỗi thiết bị công
nghiệp được đặt một máy chủ web. Máy chủ này được sử dụng để truy cập thông tin thời
gian không thực như cấu hình, hướng dẫn sử dụng… Để thực hiện được khả năng đó, giao
thức vận chuyển nên có thể thực hiện các bản tin giao thức HTTP. Tuy nhiên, giao thức điều
khiển truyền vận là không bắt buộc.
1.7. Tổng quan một số giải pháp
Có hàng chục các mạng được sử dụng trong lĩnh vực công nghiệp. Ở đây, chúng tôi
trình bày ngắn gọn một số giải pháp nổi tiếng nhất. Mục tiêu là làm rõ các tính năng mà
chúng phù hợp với một loại ứng dụng hơn là những tính năng khác.
Giao tiếp giữa cơ cấu chấp hành và cảm biến
Giao tiếp giữa cơ cấu chấp hành và cảm biến (ASI) (IEC 62026-2) (EN 50295) là một bus
truyền thông nhắm mục tiêu vào các đầu vào và đầu ra đơn giản từ xa cho chỉ một máy tính
công nghiệp. Nó dựa trên một hệ thống kết nối đa điểm điện cơ chi phí thấp được thiết kế để

hoạt động trên một dây cáp hai dây, trên một khoảng cách lên đến 100 m, hoặc nhiều hơn
nếu sử dụng bộ lặp. Dữ liệu và công suất được truyền cùng trên cáp hai sợi. Nó đặc biệt
thích hợp cho các thiết bị tự động hóa mức thấp hơn nơi các thiết bị đơn giản, thiết bị nhị
phân, thiết bị trường như thiết bị chuyển mạch cần phải liên kết hoạt động trong một mạng
lưới tự động hóa khu vực cục bộ độc lập được kiểm soát bởi PLC hoặc máy PC.
Máy chủ đánh giá mạng bằng cách phát ra các lệnh và tiếp nhận và xử lý các hồi đáp
từ những máy phụ thuộc (slave). Đối với máy phụ thuộc được kết nối, nó được đánh giá 1
cách đều đặn bởi máy chủ với tốc độ dữ liệu dữ liệu là 1666 kbit / giây, cho phép một độ trễ
tối đa là 5148 μs trên một mạng đầy tải (31 máy phụ thuộc). 62 máy phụ thuộc có thể đươc
kết nối trong mô hình các địa chỉ mở rộng. Mỗi máy phụ thuộc có thể nhận hoặc truyền bốn
bit dữ liệu. Có một cơ chế cho phép tự động phát hiện ra các máy phụ thuộc.
ASI không định nghĩa bất kỳ lớp ứng dụng nào mà cung cấp các chức năng quản lý
để cấu hình hay thiết lập lại máy phụ thuộc và phát hiện những máy phụ thuộc mới.
Mạng khu vực điều khiển (CAN)
16
Controller Area Network (CAN) là kết quả nỗ lực của Robert BOSCH để cung cấp
một bộ ghép kênh truyền thông nối tiếp cho việc truyền thông tin bên trong phương tiện vận
tải. Lớp 1 và 2 của CAN được chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ISO (ISO 1993). Nói đúng ra, có
một vài lớp ứng dụng cho CAN, trong đó CAN Open là nổi tiếng nhất.
CAN là một bus không sử dụng các bộ lặp làm hạn chế các cấu trúc liên kết có thể. Có tới
30 trạm có thể được kết nối. Mỗi bản tin được truyền đi là duy nhất và không có địa chỉ trực
tiếp của trạm trừ khi trạm này được xác định duy nhất. Mỗi trạm có thể truy cập vào bus khi
không có trạm nào đang truyền. Nếu hai trạm bắt đầu truyền đồng thời, sẽ có một cơ chế
phân xử, và bản tin với mức độ xác định thấp hơn sẽ được ưu tiên. Điều này có nghĩa là việc
truyền bản tin mang một giá trị xác định cao có thể bị trì hoãn trong một thời gian dài và sự
ràng buộc về thời gian được thực thi bằng phương pháp thống kê, trừ khi bổ sung thêm một
giao thức (các khe thời gian hoặc bộ điều khiển truy cập trung tâm).
Cần lưu ý rằng bằng cách sử dụng một kết nối “sưu tập mở” với cáp, CAN thiết lập ACK
ngay lập tức cho bất kỳ khung truyền nào. Do đó, giao thức này là hiệu quả và nhất quán về
mặt không gian có thể dễ dàng thực hiện được.

Tại tầng ứng dụng, CAN mở cung cấp các dịch vụ thích hợp ngẫu nhiên (sự kiện)
chuyển giao sử dụng mô hình sản xuất tiêu dùng với sự hỗ trợ tối thiểu của sự nhất quán.
CAN là không thích hợp cho việc truyền định kỳ. Do đó, TT-CAN đã được phát triển.
Thông qua cơ chế giải quyết đụng độ tất định, CAN có thể cung cấp các cách thức để xác
định sự đảm bảo được cung cấp bởi mạng. Cách xử lý của nó trong tình trạng quá tải được
biết đến là: các bản tin có độ ưu tiên thấp không thể truy cập vào mạng nữa. Điều này kéo
theo một cấu hình mạng cẩn thận. DeviceNet (IEC 62026-3 2000) và SDS (hệ thống phân
tán thông minh) (IEC 62026-5 2000) lấy cơ sở từ CAN
HART
HART (Rosemount 1991) được thiết kế bởi RÓEMOUNT để kết nối các máy phát
trong ứng dụng điều khiển quá trình.HẢT có thể hoạt động với chuẩn dòng điện 4-20mA
trong chế độ điểm – to – điểm hoặc trên các dây dân xoắn.trong cấu hình bus.Trong trường
hợp đầu tiên,giá trị quá trình thường được truyền bằng thiết bị tương tự và HART đươc sử
dụng để cấu hình và thử nghiệm.
17
Trong chế độ đa điểm(bus),trạm chủ có thể điều khiển từ xa số lượng thiết bị lên tới
15 trong khi thực hiện các yêu cầu an toàn bên trong.Nếu nó được điều khiển tại chỗ,số
lượng thiết bị mục tiêu có thể kết nối là rất lớn.Tất cả giao thông có thể đi hoặc đến từ một
trạm chủ.Một trạm chủ bổ sung có thể được kết nối vào đường bus chính cho mục đích quản
lý
HART định nghĩa một lớp ứng dụng thích hợp cho điều khiển quá trình và thiết lập
tốt trong lĩnh vục này. Ngoài ra,HART được giới hạn cho ứng dụng chủ - tớ chậm.
INTERBUS
Interbus được phát triển bởi Phoenis contact để thực thi vào ra phân tán cho PLC.Nó
được thiết kế với mô hình 3 lớp OSI rút gọn và tiêu chuẩn hóa bởi CENELEC(EN50254).
Interbus sử dụng cấu trúc vòng với trạm chủ (PLC) và lên tới 256 trạm tớ.Cáp xoắn
được sử dụng nhưng cáp quang cũng có thể sử dụng dễ dàng.Cấu trúc mạng thường được
giới hạn bởi cáp vòng.
Trong mạng interbus,tất cả giao thông đều được tuần hoàn hoặc định kỳ với một
khoảng thời gian duy nhất cho tất cả.Giao thông từ các trạm chủ đến trạm tớ hoặc ngược

lại.Như vậy,Interbus là mục tiêu của các đầu vào/ra từ xa cho các ứng dụng có kích hoạt thời
gian.
Có thể lấy mẫu đồng thời và mạng đảm bảo việc xác định dễ dàng.
LON
LON được thiết kế bởi ECHELON đặc biệt cho điều khiển xây dựng là chính.Nó phù
hợp với mô hình OSI 7 lớp đầy đủ và cung cấp nhiều loại phương tiện truyền nhận,bao gồm
cả mạng không đây ở giới hạn tốc độ (5Kbit/sec). Nó được chuẩn hóa bởi liên minh ngàng\h
công nghiệp điện tử (EIA – 709.1)
Trên dây dẫn xoắn,LON sử dụng chuẩn RS485.Bộ lặp được cho phép và một cấu trúc
liên kết chung khác có thể được thực hiện.
Việc kiểm soát truy nhập trung bình được phân cấp và cơ sở cạnh tranh (dự báo
CSMA). Hạn chế về thời gian có thể chỉ được thực hiện thông qua thống kê. LON có 1 lớp
mạng,một routers có sẵn để kết nối số lượng thiết bị lên tới 255.
Lớp ứng dụng cung cấp khả năng xử lý các biến rời rạc và trao đổi thông tin mà
không cần sự liên quan về mặt thời gian (không hỗ trợ khuôn thời gian).Các biến và các bức
18
điện có những ưu tiên khác nhau và có thẻ được chứng thực.Chìa khóa để chứng thực là nằm
trên các nút.LON không hỗ trợ truyền tuần hoàn và chu kỳ không thể đảm bảo
Các biến có thể đánh bằng cách sử dụng 1 dạng được định trước hoặc khai báo C.Trong
trường hợp trước,1 trạm từ xa sẽ có khả năng đọc các loại biến.Mỗi nút được định nghĩa 1
biến như 1 đầu vào hoặc 1 đầu ra từ mạng.Trong trường hợp sau,khi các giá trị của biến
được cập nhật,giá trị mới sẽ được tự động gửi đến tất cả các nút mà đã khai báo đầu vào.Một
đường truyền diễn ra trong dạng truyền điểm- điểm và không có trong chế độ phát sóng như
trong FIP.Một điểm khác biệt nữa là các biến có cùng dạng sẽ được cập nhật(khai báo là đầu
ra) bởi một vài nút. Bức điện được gửi đi có thể có hoặc không xác nhận trong điểm – điểm
hoặc chế độ đa điểm.Nội dung bức điện được người dùng định nghĩa. Bức điện cũng cấp các
phương tiện để mở rộng chức năng của LON. Giá phải trả ở đây là khả năng tương tác sẽ bị
mất đi.
MIL-STD-1553
MIL – STD – 1553 được phát triển cho lực lượng không quân và hải quân Mỹ

(Haverty 1986).Nó có thể được coi là tiền thân của các loại bus trường, và cung cấp một số
khái niệm được sử dụng trong đề xuất khác.
Thông tin được truyền qua 1 bus với mã hóa 2 giai đoạn bằng mã Manchester với tốc
độ lên tới 1Mbit/s. Mỗi bus có thể kết nối tối đa 31 thiết bị đầu cuối từ xa(RT:Remote
Terminals).Mỗi RTcó thể có tới 30 địa chỉ phụ.Chúng được kết hợp tới bus điều
khiển(BC:Bus controller) trực tiếp hoặc thông qua bộ chuyển,bằng cáp xoắn bị chắn.
BC khởi tạo tất cả bức điện truyền.Nó đưa ra 1 khung lệnh để gửi đến RT phục vụ cho việc
truyền nhận dữ liệu.Các phản ứng của RT được gửi trong 1 khung dữ liệu nếu cần thiết và
châm dứt viêc truyền với 1 khung trạng thái.Mỗi BC đồng thời có thể nhận dữ liệu từ 1 RT
và truyền dữ liệu cho 1 RT khác.Cơ chế này cho phép truyền chéo giữa các RTs.Lệnh,dữ
liệu và 1 khung trạng thái gồm 16 bit dữ liệu,1 bit chăn lẻ,3 bít của mã vi phạm để đồng bộ
ngay từ đầu.
Các yêu cầu lớn được thiết lập cho các loại cáp,bộ đôi truyền,hoặc điện trở cách lý để
giảm thiểu nhiễu MIL – STD – 1553 không xác định cụ thể một lớp ứng dụng nào.Tuy
nhiên,vẫn có một số cố gắng để sử dụng nó trong công nghiệp.Bởi vì chi phí tạo giao diện
cao,nên sự thành công của nó rất hạn chế.
19
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS là một tiêu chuẩn của Châu Âu (EN50170),có kiến trúc 3 lớp và bao gồm
thêm 1 phần lớp quản lý mạng đầy đủ.PROFIBUS xử lý tương tự mạnh với MiniMAP
(CCE-CNMA 1995) và mạng này có khả năng thực hiện được xem là khá rẻ.Nó làm nên sự
khác biệt giữa trạm chủ,trong việc truyền đến các thiết bị của nó với các trạm tớ,trong việc
phản ứng lại các yêu cầu từ trạm chủ.Điều này cho phép các thiết bị giản đơn có thể thực
hiện một cách kinh tế.
Một kiến trúc nói chung có thể kết nối được tới 127 thiết bị.Thiết bị có bản chất an
toàn có sẵn từ một số nhà cung cấp.Mạng này cũng có chế độ dự phòng bình thường.
PROFIBUS dựa trên một cơ chế token passing đơn giản nhưng không đảm bảo khung thời
gian truyền nhận.Việc xây dựng một chỉ dẫn thống nhất về không gian và thời gian của dữ
liệu không được chuẩn hóa mà được dành cho người dùng định nghĩa.
Lớp ứng dụng được xem như là một tập con MMS(Lớp ứng dụng MAP) (CCE-CNMA

1995a) ngay cả khi có nhiều cú pháp khác nhau. Có 1 room được dành cho cấu hình ít nhiều
tương đương với tiêu chuẩn Companion trong MMS. Ngoài ra,việc bảo vệ truy nhập dữ liệu
được định nghĩa và áp dụng cho mọi đối tượng (biến,chương trình,lĩnh vực) nằm trong các
ứng dụng dịch vụ.
PROFIBUS FMS giới thiệu ý tưởng dữ liệu trao đổi có chu kỳ.Tuy nhiên,điều này chỉ
tác động nhỏ với các dịch vụ ứng dụng.Trong thực tế,chu kỳ trao đổi dữ liệu được thêm vào
để xử lý việc chuyển dữ liệu tự trạm tớ và không áp dụng cho chu kỳ trao đổi dữ liệu của
người dùng.
Là một mạng di động,PROFIBUS thực hiện tốt các yêu cầu.Một tiếc nuối duy nhất là
việc thiếu các dịch vụ ứng dụng để quản lý sự kiện và đồng bộ các ứng dụng (semaphores).
Là một bus trường,i.e…,một mạng được đặt giữa các cảm biến và chấp hành,cho dù thông
minh hay không,và la mức độ đầu tiên của tự động hóa,PROFIBUS có 5 nhược điểm chính
sau đây:
• Không cung cấp dịch vụ định kỳ.
20
• Không cung cấp một dịch vụ bất kỳ nào liên quan đến đồng nhất không gian và thời
gian.
• Không cung cấp 1 dịch vụ nào để đánh giá thời gian của dữ liệu mẫu.
• Chỉ thực hiện tốt hạn chế thời gian thống kế,nói cách khác thời gian đáp ứng không
được đảm bảo,.
• Lượng trao đổi của các trạm chủ là công bằng.
Vấn đề khác đó là thiếu tiêu chuẩn về độ trễ của thời gian đáp ứng,thiếu sự phân khúc và
áp dụng duy nhất cho mô hình client – server (điểm – tới – điểm ) mặc dù cách dịch vụ báo
cáo thông tin về một kết nối hoặc nhiều kết nối có thể được thực hiện bằng một mô hình sản
xuất – phân phối – người dùng. Để khắc phục những vấn đề này,giải pháp đơn giản nhất là
thiết kế duy nhất 1 trạm chủ trong mạng PROFIBUS để sử dụng tốt các tiêu chuẩn.
Tuy nhiên.PROFIBUS thay thế tốt cho MiniMAP.Hiệu suất là đạt yêu cầu với một mức
giá hợp lý.Cần xem xét cẩn thận khi tìm kiếm một mạng thực hiện giống như vậy.
PROFIBUS DP
Cũng xuất phát từ chuẩn của châu âu là EN50170.Nó chia sẻ lớp vật lý và lớp liên kết

dữ liệu với PROFIBUS – FMS. DP với đầu vào và đầu ra từ xa có cấu trúc thông thường
gồm 1 trạm chủ và một số trạm tớ.
Giao tiếp chủ yếu theo chu kỳ từ trạm chủ đến trạm tớ và ngược lại.Trong trường hợp không
có trạm chủ khác,một số trạm tớ sẽ đảm bảo việc tính toán thời gian thực.
SERCOS
SERCOS là kết quả bắt đầu từ nỗ lực chung của hiệp hội công cụ Đức(VDW:The
Germen Machine-tool ) và các nhà chế tạo trình điều khiển (ZVEI) để thiết kế 1 giao tiếp
giữa CNC và trình điều khiển động cơ.Nó đưojc chuẩn hóa bởi IEC(IEC 61491 2002) và
CENELEC(CENELEC 1998a).
SERCOS là 1 vòng liên kết giữa các nút thông qua cáp quang.Do vậy,Khả năng
kháng nhiễu rất tốt.Có một trạm chính trong CNC và tất cả truy cập đêu đến và đi từ trạm
chủ này.Tuy nhiên,kiểm soát truy nhập trung bình không được điều khiển bởi trạm chủ,được
hoàn trả cho mạng với 1 hiệu quả tốt hơn.Thay vào đó,mọi trạm tớ sẽ có 1 khe thời gian để
thực hiện truyền thông tin.Việc lựa chọn các khe thời gian này sẽ thực hiện lúc bắt đầu hoạt
động và tính đến thời gian đáp ứng của từng thiết bị (drive).
21
Mỗi khung truyền có thể chứa dữ liệu thời gian thực như bức điện cho việc cấu hình.Tối đa
có 2 byte có thể được gửi trong 1 khung,bức điện phải được phân đoạn thành 1 số lớn phân
đoạn và tập hợp lại ở nơi nhận.Ngay cả khi SERCOS không thực sự có cấu trúc đúng như
mô hình OSI,vẫn có một số lượng lớn dịch vụ của lớp ứng dụng được xác lập.Các dịch vụ
này cung cấp chủ yếu cho trình điều khiển.
SERCOS trích mẫu đồng thời của các đầu vào và xử lý giao tiếp định kỳ với thời gian
nhỏ nhất là 62.5s.Vì vậy,giao tiếp thời gian thực được đảm bảo và số lượng thiết bị được kết
nối có thể lên tới 254 thiết bị.
WorldFIP
Là một tiêu chuẩn của Châu Âu(CENELEC 1996) và tuân theo mô hình OSI 3
lớp.Lớp vật lý phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế về bus trường(IEC61158) và cung cấp khả
năng chống nhiễu ở mức độ 3.Nó bao gồm 1 phần mạng lưới quản lý đầy đủ.
FIP giả định rằng hầu hết truyền thông để theo chu kỳ hoặc định kỳ.Trong trường hợp
này,truyền từ một lượng producer hoặc chu kỳ đều có thể cùng tồn tại trên 1 mạng.

Bản chất quyết định của lưu thông đại diện cho bộ điều khiển truy nhập trung tâm trung
bình,hoặc phân phối,hoặc trọng tài bus.Đối với yêu cầu về độ tin cậy,có thể thêm dự phòng
trọng tài bus.Trong FIP,chu kỳ lập lịch lưu thông được thực hiện bởi các trọng tài bus dựa
trên nhu cầu thể hiện trong thời gian thực hiện.
FIP hộ trợ 2 phương tiện truyền thông:cặp dây xoắn có bảo vệ và cáp quang.Cấu trúc
liên kết vô cùng linh hoạt.Ngoài ra còn hỗ trợ điều khiển thừa dòng và trung bình.Mạng này
có thể kết nối được 64 trạm mà không cần bộ lặp.
Như đã đề cập ở trên,FIP kiểm soát truy nhập thông thường là tập trung.Mọi truyền nhận
được kiếm soát bởi trọng tài bus và lập lịch truyền nhận thực hiện theo yêu cầu thời gian.
Lớp liên kết dữ kiệu cung cấp 2 dạng dịch vụ truyền:trao đổi biến và bức điện.Truyền biến
và bức điện theo yêu cầu từ 1 trạm bất kì hoặc định kỳ tùy vào cấu hình hệ thống.
Các biến được trao đổi theo mô hình cung cấp – phân phối – tiêu dùng,va xác định bằng 16
bit xác định duy nhất được biết từ nơi cung cấp và tiêu dùng.Các định nghĩa không liên quan
đến bất kì địa chỉ vật lý nào.
Bức điện được chuyển tới từ 1 trạm nguồn hay tất cả trạm đích theo mô hình slient –
server.Mỗi bức điện chứa mã nguồn của nó và địa chỉ đích.Địa chỉ bao gồm 24 bit dài và xác
22
định số lượng phân đoạn và địa chỉ các trạm trên phân đoạn(trong thực tế,dịch vụ liên kết sẽ
truy nhập các điểm).Các bức điện là ghi nhận tùy ý.
Để trao đổi dữ liệu thời gian thực,FIP hoạt động như 1 cơ sở dữ liệu phân tán và được
làm mới định kỳ hoặc theo yêu cầu.Tất cả các dịch vụ ứng dụng đêu liên quan đến trao đôi
dữ liệu định kỳ và không thường xuyên được gọi là Manufacturing Periodical/Aperiodical
Services (MPS).MPS cung cấp các dịch vụ đọc/ghi tại chỗ theo định kỳ hoặc đọc/ghi từ xa
không thường xuyên.Đối tượng truy cập là các biến hoặc danh sách các biến.Đối với các
biến,thông tin luôn được cập nhật.Đối với danh sách các biến,FIP cũng cấp về trạng thái
thống nhất theo thời gian và không gian.
Ngoài ra,FIP còn cung cấp mô hình truyền thống client – server cho bức điện và sự
kiện với các tập hợp con của MMS là lớp ứng dụng.Các dịch vụ sẵn sàng được xác định theo
các lớp, cảm biến đo, chấp hành, vào/ra tập trung, PLC , bảng điều khiển hoạt động, và bảng
điều khiển chương trình. Các tập con MMS bao gồm quản lý miền,gọi chương trình,truy

nhập biến,quản lý Semaphore and Journal,và các vấn đề cơ bản của quản lý sự kiện,cú pháp
và các quy tắc mã hóa phù hợp với ASN -1.
Ethernet –Based Solutions
Ethernet đã được sử dụng kể từ đầu những năm 1980 trong truyền thông công
nghiệp.Ngay cả khi một số giải pháp ( Le Lann and Rivierre 1993 ) giới thiệu một số dự
đoán rằng công nghệ này sẽ được thiết kế và sản xuất,người dùng trong lĩnh vực công
nghiệp vẫn miễn cưỡng sử dụng ethernet vì nó vẫn thiếu sự đảm bảo.Gần đây,do chi phí thấp
và khả năng truyền tải rộng,đã có sự quan tâm trở lại trong việc sử dụng Ethernet (IEEE
802.3) để ứng dụng trong mạng truyền thông ở nhà máy.
Ethernet(IEEE 2000) định nghĩa hai lớp giao thức thấp nhất của mô hình OSI.Cấu trúc liên
kết của nó là dạng cây trong đó đó mỗi nút có thể là 1 switch hoặc hub.Điều này làm giảm
tính linh hoạt và tăng chi phí.Câu hỏi chính là:Giao thức nào được sử dụng trên Ethernet?
Lớp 3 (Lớp mạng) thường sử dụng giao thức internet (IP) (IETF 1981) đã đủ đảm bảo tính
năng thời gian thực.Chọn giao thức truyền tải là TCP(IETF 1981a) không thực sự đảm bảo
được tính năng thời gian thực(Decotigie 2001).Các giải pháp khác như XTP(Sanders and
weaver 1990) có khả năng tốt hơn nhiều.TCP vẫn có thể được sử dụng lưu thông thời gian
thực.Nếu lớp ứng dụng có thể phân biệt dể dàng,phần thiếu còn lại mà chúng ta có thể gọi là
23
1 lớp thời gian thực cung cấp dấu hiệu nhất quán và đặt hàng sự kiện.Trong lúc này,một số
tổ chức đang đẩy mạnh 1 giải pháp dựa trên ethernet gồm một phiên bản PROFIBUS.Tuy
nhiên,khả năng tương thích không được đảm bảo.Điều đó chỉ ra 1 điều chắc chắn là chúng ta
có thể xây dựng một giải pháp thích hợp dựa vào chuẩn ethernet và điều đó vẫn đang được
tìm hiểu.
Solutions forom Nonindustrial Markets
Đó là 1 điều hấp dẫn,trong lĩnh vực công nghiệp,giải pháp này được thiết kế cho thị
trường người dùng.Chúng thường rẻ hơn và có một số công cụ hỗ trợ. Universal Serial Bus
(USB) và Firewire hoặc IEEE 1394 là một số ví dụ của công nghệ đố.Cúng không được thiết
kế cho mạng máy tính – máy tính nhưng có các đầu vào ra từ xa cho 1 máy tính đơn lẻ.Các
câu hỏi chính ở đây là:
• Giải pháp này có khả năng ứng dụng trong công nghiệp không?

• Và những lợi thế rõ ràng hơn các giải pháp khác là gì?
Câu trả lời cho câu hỏi đầu tiên là trường hợp phụ thuộc.Kinh nghiệm thành công đã đạt
được với Firewire (Ruiz et al.1999).Tuy nhiên,lớp vật lý của cả USB lẫn Firewire không
được thiết kế cho mục đích công nghiệp.
Câu hỏi thứ 2 có 1 số khía cạnh.Không có lợi thế thực sự so với các giải pháp tốc độ cao
khác (Dallemagne and Decotignie 2001).Vấn đề chính là thiếu hầu hết các chức năng.Các
mạng này chỉ xác định 2 lớp dưới cùng của mô hình OSI và thiếu hoàn toàn các lớp khác.
1.8 Kết luận
Việc lựa chọn một hệ thống truyền thông để kết nối các ứng dụng công nghiệp trên
các máy tính khác nhau phụ thuộc vào kiểu ứng dụng.Chúng ta đã trình bày phân loại các
ứng dụng điều khiển và chỉ ra mối liên quan giữa các mạng truyền thông công nghiệp.Tuy
nhiên,ứng dụng phân tán trong công nghiệp đối với một số lính vực được kết nối bằng một
mạng chỉ ra một số vấn đề khác nhau tùy thuộc vào kiểu ứng dụng.Mạng công nghiệp cần
giải quyết các vấn đề này.Cuối cùng,ví dụ chọn một mạng đã được mô tả ngắn gọn và khả
năng hỗ trợ các kiểu ứng dụng khác nhau và các vấn đề liên quan đến phân tán đã được miêu
tả như trên.
24
Tài liệu tham khảo
1.
2.
3.
4.
5. Hệ thống thông tin công nghiệp .Tác giả :Phạm Thượng Hàn. NXB Giáo dục
6. Industrial Information Technology Handbook
25