Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 5: Các thành phần hệ thống mạng

Hệ thống 
thông tin công nghiệp
3/31/2006
5 Các thành phần hệ thống mạng
25 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
5 Nội dung
1. Phương tiện truyền dẫn
2. Phần cứng giao diện mạng
3. Phần mềm trong hệ thống mạng
4. Thiết bị liên kết mạng
5. Các linh kiện mạng khác
35 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
1. Phương tiện truyền dẫn
ƒ Cáp quang: 
— Sợi thủy tinh
— Sợi chất dẻo
ƒ Cáp ₫iện: 
— Cáp ₫ồng trục 
— Đôi dây xoắn
— Cáp trơn
ƒ Vô tuyến: 
— Vi sóng (microwave)
— Sóng truyền hình (TV) 
— Sóng truyền thanh (radio AM, FM) 
— Tia hồng ngoại (UV)
C
hất lư
ợng truyền dẫn
45 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Dải tần 
ƒ Shannon: Tốc ₫ộ bit tối ₫a (bits/s) = H log2 (1+S/N) 
f(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 
Dải tần LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF
Đôi dây xoắn Vệ tinh Sợi quang
Cáp đồng trục
AM radio FM radio
TV
Vi sóng 
mặt đất Hồng ngoại
55 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Đôi dây xoắn (Twisted Pair ,TP)
ƒ Phát minh của A. Grahm Bell, 1881
65 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
a) STP b) UTP
ƒ Hai loại: Shielded TP, Unshielded TP
ƒ Chất lượng phụ thuộc vào tiết diện và kiểu bọc 
lót, che chắn
ƒ Hạng chất lượng 1-5 hoặc D-A (IEC 61158-2), 
hạng 5 có thể cho tốc ₫ộ truyền 100Mbit/s 
(Fast Ethernet 100BASE-TX)
75 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Cáp ₫ồng trục (Coaxial Cable)
ƒ Tốc ₫ộ truyền tối ₫a: 1-2Gbit/s
ƒ Chất lượng cao
ƒ Lắp ₫ặt phức tạp
ƒ Sử dụng chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet, 
ControlNet)
Vá bäc (PVC)
Líp dÉn ngoμi (Cu) D©y dÉn lâi (Cu)
Líp c¸ch ly (PE)
85 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
So sánh ₫ộ suy giảm trên ₫ường truyền
1
10
100
1 10 100 1000
TÇn sè (MHz)
S
u
y
g
i
¶
m
(
d
B
/
1
0
0
m
)
STP
Coax
95 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Cáp quang
ϕ 
n2
n1
105 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Các loại sợi quang
ƒ Sợi thủy tinh:
— Sợi ₫a chế ₫ộ (Multimode Fiber, MMF): tín hiệu là các tia 
laser có tần số không thuần nhất. Khả năng truyền hạn 
chế trong phạm vi Gbit/s * km.
— Sợi ₫ơn chế ₫ộ (Single-Mode Fiber, SMF): tín hiệu là các 
tia laser có tần số thuần nhất. Tốc ₫ộ truyền có thể ₫ạt 
tới hàng trăm Gbit/s * km.
ƒ Sợi chất dẻo:
— truyền với tốc ₫ộ thấp (khoảng vài chục tới vài trăm 
Mbit/s), khoảng cách truyền ngắn (tối ₫a 80m), 
— giá thành thấp và lắp ₫ặt dễ dàng hơn nhiều.
115 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
2. Phần cứng giao diện mạng
Líp øng dông
Líp biÓu diÔn d÷ liÖu
Líp kiÓm so¸t nèi
Líp vËn chuyÓn
Líp m¹ng
Líp liªn kÕt d÷ liÖu
Líp vËt lý
P
h
Ç
n
c
ø
n
g
P
h
Ç
n
m
Ò
m
H
Ö
®
i
Ò
u
h
μ
n
h
C
h
−
¬
n
g
t
r
×
n
h
ø
n
g
d
ô
n
g
M« h×nh OSI Thμnh phÇn thùc hiÖn
125 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Gi¾c c¾m
Vi xö lý 
(Xö lý giao thøc) 
Giao diÖn víi vi 
m¹ch thiÕt bÞ 
hoÆc IO-Driver 
EPROM/ 
EEPROM/ 
Flash 
RAM 
Nguån 
Timer, 
Watchdog 
Giao diÖn sö 
dông 
(C«ng t¾c, 
jumper LED)
• 
•
•
•
•
C¸ch ly
UART
Bé thu ph¸t 
(VÝ dô RS-485) 
•
 +24VDC
§Êt
Bus
Vi m¹ch thiÕt bÞ 
Vi m¹ch chuyªn dông
(ASIC) 
135 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Ghép nối thiết bị ₫iều khiển
ƒ PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị 
₫iều khiển logic khả trình: Cấu trúc module hoặc 
cấu trúc gọn
ƒ DCS (Distributed Control System): Hệ thống ₫iều 
khiển phân tán tích hợp: cấu trúc module
ƒ Compact Digital Controller: Cấu trúc gọn, không 
lập trình ₫ược
ƒ PC công nghiệp
145 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Điều khiển phân tán sử dụng bus trường
Phân đoạn 1
MTĐK 1
MTGS MTGS
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN 
TRUNG TÂM
HIỆN TRƯỜNG
bus hệ thống
TRẠM ĐIỀU KHIỂN 
CỤC BỘ
I/O
S A
bus trường
Phân đoạn 2
MTĐK 2
A
Phân đoạn n
MTĐK n
I/O
S A
bus trường
bus trường
S
155 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Ghép nối PLC (Programmable Logic Controller)
PS CPU IM IM DI DO AI AO
Bus hÖ thèng
(VD: Ethernet)
Bus tr−êng (VD: Profibus-DP)
PLC
PS CPU DI DO AI AO
Profibus-DP
PLC
Cæng DP
CPU tích hợp giao diện mạng
Module giao diện mạng
(Module truyền thông)
165 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
PLC-5 processor víi
Ethernet module
ControlLogix 1
slot 0: CPU Logix5550
slot 1: Ethernet module 1756-ENET
slot 2: ControlNet module 1756-CNB
slot 3: DH+ module 1756-DHRIO
ControlLogix 2
slot 0: CPU Logix5550
slot 1: DH+ module 1756-DHRIO
slot 2: ControlNet module 1756-CNB
slot 3: ControlNet module 1756-CNB
PLC-5 processor
tÝch hîp giao diÖn
ControlNet
PLC-5 processor
tÝch hîp giao diÖn
DH+
Ethernet
DH+
ControlNet
DH+
ControlNet
Ví dụ nốimạng PLC của Allen-Bradley
175 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Ghép nối PC và PC công nghiệp
ƒ PC công nghiệp cũng có thể có cấu trúc module 
(VD PC-104) => cách ghép nối tương tự như PLC
ƒ Card giao diện mạng cho các khe cắm ISA, PCI, 
Compact-PCI, ...
ƒ Bo mạch chủ tích hợp giao diện mạng (ví dụ
Ethernet, CAN)
ƒ Bộ thích ứng mạng qua các cổng nối tiếp (RS-232, 
USB)
ƒ Card PCMCIA
185 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
CP 5412 (A2)
Card Profibus (Siemens)
PC
Adapter
RS-232
bus tr−êng
195 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Vào/ra phân tán (distributed I/O)
S AS A
MTĐK
Compact I/O
S A
bus trường
PHÒNG ĐIỀU KHIỂN
HIỆN TRƯỜNG
S A S AS A
Modular I/O
Î Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống
Còn gọi là vào/ra từ xa (remote I/O)
205 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Ghép nối vào/ra phân tán
ƒ Một vào ra phân tán có cấu trúc tương tự một 
PLC, chỉ khác PLC là không có CPU (mà thay vào 
là giao diện mạng)
ƒ Có thể có cấu trúc gọn hoặc cấu trúc module
PS Interface 
Module 
DI DO AI AO
Profibus-DP 
Distributed 
I/O
Cæng DP
215 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Ghép nối thiết bị trường
ƒ Thiết bị chấp hành:
— Biến tần (inverter)
— Bộ khởi ₫ộng ₫ộng cơ (motor starter)
— Van ₫iều khiển (control valve)
— ...
ƒ Thiết bị ₫o:
— Encoder
— Cân ₫ịnh lượng
— Thiết bị ₫o nhiệt ₫ộ (temperature transmitter)
— Thiết bị ₫o áp suất (pressure transmitter)
— ...
ƒ Thiết bị giao diện người-máy tại chỗ
225 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Vấn ₫ề của nhà sản xuất TB trường
ƒ n loại thiết bị, m loại 
bus trường => bao 
nhiêu sản phẩm?
ƒ Giải pháp: module hóa!
— n loại thân thiết bị
— m loại vi mạch giao diện 
bus trường
=> hỗ trợ m x n sự lựa chọn 
của khách hàng
Sản phẩm của Bürkert (Đức)
235 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
3. Phần mềm trong hệ thống mạng
PhÇn cøng GD m¹ng 
Tr×nh ®iÒu khiÓn
PhÇn cøng GD m¹ng 
Tr×nh ®iÒu khiÓn
HÖ ®iÒu hμnh 
PhÇn mÒm
giao diÖn øng dông 
PhÇn mÒm 
giao diÖn øng dông 
P
M
g
i
a
o
t
h
ø
c
P
M
g
i
a
o
t
h
ø
c
Ch−¬ng tr×nh 
øng dông 
Ch−¬ng tr×nh 
øng dông 
Ch−¬ng tr×nh
øng dông 
245 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Phần mềm (xử lý) giao thức
ƒ Firmware: 
— Đổ cứng trong ROM hoặc “downloadable”
— Nhanh hơn, hiệu suất cao
ƒ Thành phần của hệ ₫iều hành: 
— Tích hợp sẵn trong hệ ₫iều hành (ví dụ cho PLC)
— Có thể lựa chọn cài ₫ặt (ví dụ các giao thức phổ thông 
như TCP/IP, NetBUI)
ƒ Phần mềm thư viện:
— Thường dưới dạng mã nguồn hoặc mã ₫ích C/C++
— Được liên kết với chương trình ứng dụng
— Tiện lợi cho xây dựng giải pháp nhúng
255 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
Phần mềm giao diện lập trình (API)
ƒ Thư viện lập trình phổ thông (C,C++, VB)
— Sử dụng cho một loại card mạng nhất ₫ịnh
— Khác nhau lớn giữa nhiều thư viện
— Tiện lợi trên PC và các giải pháp nhúng
ƒ Thư viện hàm hoặc khối chức năng chuyên dụng:
— Giải pháp trong các hệ PLC hoặc DCS (ví dụ theo chuẩn 
IEC 61131-5)
— Không sử dụng ₫ược từ bên ngoài
ƒ Công nghệ ₫ối tượng thành phần (component 
object technology), ví dụ COM, ActiveX, OPC
— Sử dụng khá thống nhất cho nhiều loại card mạng
— Hầu như chỉ hỗ trợ trên nền Windows
265 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
4. Thiết bị liên kết mạng
ƒ Bộ lặp (Repeater)
ƒ Cầu nối (Bridge)
ƒ Router
ƒ Gateway
275 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
ƒ Mục ₫ích: liên kết hai ₫oạn của một mạng
ƒ Nguyên tắc làm việc: khuếch ₫ại và tái tạo tín hiệu trên cơ 
sở lớp vật lý
7
6
5
4
3
2
1
CT øng dông CT øng dông
Repeater
7
6
5
4
3
2
1
VD: Profibus
segment 1
1
VD: Profibus
segment 2
285 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
ƒ Mục ₫ích: liên kết các mạng con giống nhau ở lớp 2 (hoặc lớp 2b)
ƒ Nguyên tắc làm việc: chuyển ₫ổi giao thức trên cơ sở lớp 2b 
(LLC, Logic Link Layer)
MAC
1
7
6
5
4
3
2
1
CT øng dông CT øng dông
Bridge
MAC
1
7
6
5
4
3
2
1
VD: Token Bus VD: Ethernet
LLC
295 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
ƒ Mục ₫ích: liên kết hai mạng giống nhau ở lớp 3
ƒ Nguyên tắc làm việc: chuyển ₫ổi giao thức trên cơ sở lớp 3
7
6
5
4
3
2
1
CT øng dông CT øng dông
Router
3
2
1
7
6
5
4
3
2
1
3
2
1
3
VD: Token Ring VD: X.25
305 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
ƒ Mục ₫ích: liên kết hai hệ thống mạng hoàn toàn khác nhau
ƒ Nguyên tắc làm việc: chuyển ₫ổi giao thức trên cơ sở lớp 7
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
CT øng dông CT øng dôngGateway
7
6 
5 
4 
3 
2 
1 
7 
6 
5 
4 
3 
2 
1 
7
6 
5 
4 
3 
2 
1 
VD: Profibus VD: Interbus-S
315 Các thành phần hệ thống mạng © 2006 - HMS
5. Các linh kiện mạng khác
ƒ Các ₫ầu nối (connector, jack)
ƒ Các bộ chia (switch, hub, tap)
ƒ ...
1 2 3
4 5 6
SWITCH
1 2 3
4 5 6
HUB