Thiết kế hệ SCADA điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần UNIDRIVE V3 ngôn ngữ lập trình VISUAL BASIC

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH

KHOA

Khoa: ĐIỆN KỸ THUẬT
Bộ môn: TỰ ĐỘNG - ĐO LƯỜNG

NHIỆM VỤ
THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên : TRẦN BÁ BÔNG.
Lớp
: 99 Đ2A.
Ngành
: Tự Động - Đo Lường.
1/ Đề tài :
- Thiết kế hệ SCADA điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu mạng biến tần
UNIDRIVE V3 trên ngôn ngữ lập trình VISUAL BASIC và thiết bò lập trình S7300 hoặc S7-200.
2/Các thiết bò và số liệu cần thiết :
- Thiết bò lập trình S7-300 hoặc S7-200 loại CPU 226.
- Biến tần UNIDRIVE V3 loại UNI 1401 với các số liệu:
+Công suất : 0,75 Kw.
+Dòng ra : 2.1 A
- Động cơ loại AC 3Φ công suất 0.3 Kw. Với các số liệu:
+Đấu sao(Y)
:
U:400v; I:1A;
Cosϕ:0,6; W:1391vg/ph.
+Đấu tam giác (∆) :

U:230v; I:1,75A; Cosϕ:0,6; W:1381vg/ph.
- Modul giao tiếp UD71.
3/ Nhiệm vụ thiết kế chương trình:
- Thiết kế giao diện chương trình, dùng ngôn ngữ lập trình VISUAL BASIC.
- Điều khiển ,thu thập dữ liệu và khảo sát quá độ thông qua giao diện và cơ sở
dữ liệu Microsoft Access.
- Viết chương trình điều khiển mạng biến tần dùng ngôn ngữ lập trình Step7
MicroWin.
- Kết nối thiết bò và điều khiển trên thiết bò cụ thể.
- Viết chương trình ứng dụng dùng cho việc đồng bộ tốc độ hai động cơ .


4/Thiết minh chương trình :
• Chương I
: Tổng quan về hệ thống Tự Động Hoá công nghiệp
• Chương II : Giới thiệu mạng truyền thông công nghiệp và hệ SCADA
• Chương III : Giới thiệu chung về ngôn ngữ và thiết bò lập trình.
• Chương IV : Biến tần công nghiệp UNIDRIVE V3.
• Chương V : Động cơ xoay chiều 3 pha lồng sóc.
• Chương VI : Phương pháp truyền thông.
• Chương VII : Chương trình điều khiển.
• Chương VIII : Phụ lục
5/ Yêu cầu bản vẽ:
- Các bản vẽ lưu đồ thuật toán.
- Giản đồ hình thang LAD.
- Các bản vẽ hoạt động của biến tần.
6/Cán bộ hướng dẫn:
- Thạc só : Lâm Tăng Đức.
7/ Cán bộ duyệt:
8/ Ngày giao nhiệm vụ:

9/ Ngày hoàn thành :
Thông qua bộ môn
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Ngày tháng năm 2004
TỔ TRƯỞNG TỔ BỘ MÔN
Thạc só : Lâm Tăng Đức
Thạc só : Lâm Tăng Đức

CÁN BỘ DUYỆT


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

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.
QUÁ

PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TRƯNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HOÁ
TRÌNH SẢN XUẤT

II.1. Định nghĩa

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.
Hệ thống điều khiển TĐH QTSX có dạng cấu trúc hình chóp và phân thành các cấp

như sau:

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 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.

Quản lý công ty
Cấp 3
Mạng công ty
Điều hành sản xuất
Cấp 2
Mạng xí nghiệp

Điều khiển giám sát

Điều khiển

Chấp hành

Hình 1.1: Mô hình phân cấp chức năng của một nhà máy công nghiệp

Cấp 1
Bus hệ thống

Cấp 0
Bus trường

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 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.
 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.
T

T

T

TG

TRUNG TÂM
ĐIỀU KHIỂN

T

TG

TRUNG TÂM
TÍNH TOÁN

T

T

TG

T

T

T: Đầu cuối
TG: trạm trung gian
Hình vẽ 1.2: Cấu trúc phân cấp song song

T


II.3.2. Cấu trúc hình tia

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.
TT

TT

TTĐK

TT

TT
(a)

TT

TT

TTĐK

TT
(b)

Hình 1.3 : a) Cấu trúc phân cấp hình tia
b) Cấu trúc phân cấp kiểu bus

TT

TT


II.3.3. Cấu trúc bus
Các bộ phận trong hệ thống có thể trao đổi trực tiếp thông tin với nhau. Do đó hệ thống có
tính linh hoạt và hiệu quả cao. Vì vậy cấu trúc này được dùng rộng rãi nhất (hình vẽ 1.3b).

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.

 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.
Cấp quản lý xí nghiệp
I.3. Cấu trúc
phân
cấp ệcủa
Mạng
xí nghi
p hệ SCADA

Trạm vận hành

Trạm vận hành

Mạng điều khiển

Mạng điều khiển

Cấp quản lý quá
trình

PLC
Động cơ

Van

Cơ cấu chấp hành

Cấp quản lý hiện
trường
Hình 2.1 : Mô hình phân cấp
mạng xí nghiệp

Thiết bị giám sát


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 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.
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.

a. daisy-chain
drop-line

drop-line

drop-line

b. trunk -line/drop-line

c. Mạch vòng không tích cực

Hình 2.2 : Cấu trúc bus

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:

Master

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.
Trạm 2
Trạm 1
Trạm 3



Trạm 6

Trạm 5

Trạm 4

Hình 2.4 : Cấu trúc hình sao


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.

Bộ nối

bộ lặp

bộ nối vòng

II.3. Kiến trúc giao thức

Hình 2.5 : Cấu trúc cây

bộ nối sao


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.
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

Bên cầu

Bên cung

Bên cầu

Bên cung

1: connect.req

1: disconnect.req

2: connect.ind

2:disconnect.ind

3: connect.res
4: connect.con
a. Dịch vụ có xác nhận

b. Dịch vụ không xác nhận

Hình 2.6 : Dịch vụ có xác nhận và dịch vụ không xác nhận
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...
 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
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.
Cờ

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
0 LSB

1

2

3

4

5

6

7
MSB

parity
1

stop

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)


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 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
liệu,
n nh
ận ví dụ
Bêncung
gửicấp một số dịch vụ bảo mậtBêdữ
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
riêng
thành
lớp độc lập mà có thểCáckết
hợpngthực
Cáctách
chươ
ng trình
ứngmột
dụng
chươ
trìnhhiện
ứng dtrên
ụng
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.
Lớp ứng dụng
7
7
Lớp biểu diễn dữ liệu

6

6

Lớp kiểm soát nối

5

5

Lớp vận chuyển

4

4

Lớp mạng

3

3

Lớp liên kết dữ liệu

2

2

Lớp vật lý

1

1

Môi trường truyền thông
Đường đi của dữ liệu
Quan hệ giao tiếp logic giữa các lớp

Hình 2.7 : Mô hình qui chiếu ISO/OSI


 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:


 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.
 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.
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):
Ph
Phươ
ương
ngphá
phápptruy
truynh
nhậậppbus
bus

Truy
Truynh
nhậậpptitiềềnnđịđnh
ịnh

Ki

Kiẻẻmmsoá
soát ttậtậpptrung
trung
Master/Slave
Master/Slave
TDMA
TDMA

Ki
Kiểểmmsoá
soát tphâ
phânntántán
Token
Passing
Token Passing

Truy
Truynh
nhậậppng
ngẫẫuunhiê
nhiênn

Nh
Nhậậnnbibiếết txung
xungđộđột t
CSMA/CD
CSMA/CD

Trá
Tránnhhxung

xungđộđột t
CSMA/CA
CSMA/CA

Hình 2.8 : Phân loại các phương pháp truy nhập bus
 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...


Master
Master

Slave
Slave

Slave
Slave

Slave
Slave

Slave
Slave

Hình 2.9 : Phương pháp truy nhập chủ/tớ
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 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.
1

...

2

N

Theo yêu cầu

Chu kỳ bus (chu kỳ TDMA)
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.

Tr
Trạạmm22
Tr
Trạạmm11

Tr
Trạạmm33

Tr
Trạạmm11

Token
Token

Tr
Trạạmm22

Token
Token
Tr
Trạạmm44

Tr
Trạạmm66

Tr
Trạạmm33

Tr
Trạạmm44

Tr
Trạạmm55

Tr
Trạạmm55

Token Ring

Token Bus

Hình 2.10 : Hai dạng của phương pháp Token Passing

Tr
Trạạmm66