Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp (Phần 1)

©2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
C
h
ư
ơ
n
g
1
Hệ thống 
thông tin công nghiệp
08.01.07
Chương
4:
Cơ sở
truyền thông 
công nghiệp
2©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Chương 4: Nội dung
1.
Giới thiệu chung 
2.
Cấu trúc mạng
3.
Kiểm soát truy nhập bus
4.
Bảo toàn dữ
liệu
5.
Mã hóa bit
6.
Kỹ
thuật truyền dẫn
7.
Kiến trúc giao thức
3©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
4.1 Mạng truyền thông CN là
gì?
Mạng truyền thông công nghiệp là
một mạng truyền 
thông số, truyền bit nối tiếp, được sử
dụng để
ghép 
nối các thiết bị
công nghiệp.
Thế
nào là
truyền kỹ
thuật số? 
Tại sao lại truyền kỹ
thuật số?
Thế
nào là
truyền bit nối tiếp?
Tại sao lại truyền bit nối tiếp?
Các thiết bị
công nghiệp là
những gì?
Yêu cầu giao tiếp giữa các thiết bị
công nghiệp ra sao?
Phân biệt MCN với mạng viễn thông, mạng máy tính?
4©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Vai trò của mạng truyền thông CN?
ƒ Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp
ƒ Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp ₫ặt hệ thống
ƒ Nâng cao ₫ộ tin cậy và ₫ộ chính xác của thông tin
ƒ Nâng cao ₫ộ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống 
ƒ Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn ₫oán, ₫ịnh 
vị lỗi, sự cố của các thiết bị
ƒ Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ
thống 
a) b) 
5©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Các yêu cầu cơ bản ₫ối với MCN
ƒ Tính năng thời gian thực (vì sao?)
ƒ Độ tin cậy và tính sẵn sàng cao (vì sao?)
ƒ Tính ₫ơn giản, dễ thực hiện, dễ sử dụng (₫ể làm gì?)
ƒ Tốc ₫ộ truyền: vừa phải, tùy theo từng cấp ứng dụng
ƒ Số lượng trạm cần ghép nối: vừa phải (một vài chục)
ƒ Khoảng cách truyền: vừa phải, tùy theo phạm vi ứng 
dụng (một vài chục - một vài nghìn mét)
6©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Phân loại MCN
Qu¶n lý c«ng ty 
§iÒu hµnh s¶n xuÊt 
§iÒu khiÓn gi¸m s¸t 
§iÒu khiÓn 
M¹ng xÝ nghiÖp
Bus hÖ thèng
Bus qu¸ tr×nh
Bus ®iÒu khiÓn
ChÊp hµnh 
Bus tr−êng
Bus thiÕt bÞ
Bus c¶m biÕn/
chÊp hµnh
M¹ng c«ng ty
7©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Nguyên tắc cơ bản của truyền thông
M·
hãa/
Gi¶i m·
HÖ
thèng truyÒn tÝn hiÖu
§èi t¸c
truyÒn th«ng
§èi t¸c
truyÒn th«ng
M·hãa/
Gi¶i m·
mã hóa nguồn
và
mã hóa đường truyền. 
8©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Chế ₫ộ
truyền
ƒ Chế ₫ộ truyền nào thông dụng nhất trong các hệ
thống truyền thông công nghiệp?
Bé ph¸t Bé thu10110101 
Bé thu ph¸t Bé thu ph¸t
10110101 
Bé thu ph¸t Bé thu ph¸t
10110101 
10101010 
a) Simplex 
b) Half-duplex 
c) Duplex 
9©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Chế ₫ộ
truyền tải - ₫iều chế
tín hiệu
ƒ Truyền tải dải cơ sở: Tín hiệu mang một nguồn thông 
tin duy nhất trên dải tần cơ sở
ƒ Truyền tải dải mang: Tín hiệu mang một nguồn thông 
tin duy nhất trên dải sóng mang (vì sao và làm như 
thế nào?)
ƒ Truyền tải dải rộng: Tín hiệu mang nhiều nguồn thông 
tin cùng một lúc trên một dải tần rộng (vì sao và làm 
như thế nào?)
10
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Các thông số ₫ặc trưng cho truyền dẫn
ƒ Tốc ₫ộ truyền và tốc ₫ộ bit
ƒ Thời gian bit/Chu kỳ bit TB = 1/v
—
TB
= 1/f, trường hợp n
= 1
ƒ Thời gian lan truyền tín hiệu TS = l/(k*c)
—
l
là
chiều dài dây dẫn,
—
c
là
tốc ₫ộ
ánh sáng trong chân không (300.000.000m/s) 
và
—
k
là
hệ
số
giảm tốc ₫ộ
truyền
—
ε là
hằng số ₫iện môi của lớp cách ly 
—
Polyethylen với hằng số ₫iện môi ε = 2.3
=>
k
≈
0.67 
1/k ε=
11
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
4.2 Cấu trúc mạng (network topology)
ƒ Khái niệm liên kết (link):
—
Liên kết vật lý
—
Liên kết logic
ƒ Các kiểu liên kết
—
Liên kết ₫iểm - ₫iểm (point-to-point)
—
Liên kết ₫iểm -
nhiều ₫iểm (multi-drop)
—
Liên kết nhiều ₫iểm (multipoint)
ƒ Khái niệm Topology: cấu trúc liên kết của một mạng, 
tổng hợp của các liên kết.
—
Cấu trúc bus (liên kết nhiều ₫iểm hoặc ₫iểm -
nhiều 
₫iểm)
—
Cấu trúc vòng (liên kết ₫iểm-₫iểm)
—
Cấu trúc sao (liên kết ₫iểm -
nhiều ₫iểm)
12
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc bus liên quan tới tính năng gì?
ƒ Tính thời gian thực?
ƒ Độ tin cậy và tính sẵn sàng của hệ thống?
ƒ Tính ₫ơn giản?
ƒ Khoảng cách truyền?
ƒ ....
Cần nắm ₫ược bản chất, các ưu ₫iểm và nhược ₫iểm 
của từng cấu trúc liên quan tới các tính năng trên!
13
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc bus
drop-line
b) trunk-line/drop-line
Các đoạn dây dẫn
a) daisy-chain
drop-line drop-line
trunk-line
c) mạch vòng không tích cực
14
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc dự
phòng
15
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc mạch vòng (tích cực)
a) Kh«ng cã ®iÒu khiÓn trung t©m
Master
b) Cã ®iÒu khiÓn trung t©m
16
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc dự
phòng: Mạch vòng ₫úp
a) By-pass sù cè ®−êng d©y gi÷a 1 vµ 2 b) §Êu t¾t do sù cè t¹i tr¹m 3
1 2
3
4
56 
7 
8 
1 2
56
3
47 
8 
ThiÕt bÞ
Bé
chuyÓn m¹ch
by-pass
a) Tr−íc khi x¶y ra sù
cè b) Sau khi x¶y ra sù
cè
ThiÕt bÞ
17
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc hình sao
*
18
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Cấu trúc cây
bé nèi bé lÆp 
bé nèi vßng
bé nèi sao
19
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Ví
dụ
cấu trúc mạng trong hệ
DeltaV
20
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Ví
dụ
một cấu trúc mạng sử
dụng 
Foundation Fieldbus
21
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Ví
dụ
các cấu trúc mạng sử
dụng 
Foundation Fieldbus
Controller
Link Master
FF H1
22
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Ví
dụ
các cấu trúc mạng sử
dụng 
Foundation Fieldbus
23
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
24
©
2
0
0
4
,
H
O
À
N
G
M
I
N
H
S
Ơ
N
Chương 4: Cơ sở truyền thông công nghiệp © 2005 - HMS
Ví
dụ
cấu trúc mạng trong hệ
PCS7