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

Hệ thống thông tin công nghiệp

5 Các thành phần hệ thống mạng

3/31/2006

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

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

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

1. Phương tiện truyền dẫn

(cid:131) Cáp quang:

— Sợi thủy tinh — Sợi chất dẻo

(cid:131) Cáp ₫iện:

C h ấ t l

ư ợ n g

— Cáp ₫ồng trục — Đôi dây xoắn — Cáp trơn (cid:131) Vô tuyến:

t r u y ề n d ẫ n

— Vi sóng (microwave) — Sóng truyền hình (TV) — Sóng truyền thanh (radio AM, FM) — Tia hồng ngoại (UV)

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Dải tần

Sợi quang

Vệ tinh

Đôi dây xoắn

Cáp đồng trục

Hồng ngoại

Vi sóng mặt đất

FM radio

AM radio

f(Hz) 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016

(cid:131) Shannon: Tốc ₫ộ bit tối ₫a (bits/s) = H log2 (1+S/N)

Dải tần LF MF HF VHF UHF SHF EHF THF

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Đôi dây xoắn (Twisted Pair ,TP)

(cid:131) Phát minh của A. Grahm Bell, 1881

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

(cid:131) Hai loại: Shielded TP, Unshielded TP

a) STP

b) UTP

(cid:131) Chất lượng phụ thuộc vào tiết diện và kiểu bọc

lót, che chắn

(cid:131) 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)

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Cáp ₫ồng trục (Coaxial Cable)

Vá bäc (PVC)

D©y dÉn lâi (Cu)

Líp dÉn ngoμi (Cu)

Líp c¸ch ly (PE)

(cid:131) Tốc ₫ộ truyền tối ₫a: 1-2Gbit/s (cid:131) Chất lượng cao (cid:131) Lắp ₫ặt phức tạp (cid:131) Sử dụng chủ yếu ở mạng cấp cao (Ethernet,

ControlNet)

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

So sánh ₫ộ suy giảm trên ₫ường truyền

100 )

m 0 0 1 / B d (

10 STP Coax

m ¶ i g y u S

1

10

100 1000

TÇn sè (MHz)

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Cáp quang

n2 n1

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Các loại sợi quang

(cid:131) 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.

(cid:131) 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.

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

2. Phần cứng giao diện mạng

M« h×nh OSI

Thμnh phÇn thùc hiÖn

Líp øng dông

Líp biÓu diÔn d÷ liÖu

Líp kiÓm so¸t nèi

g n ô d g n ø h n × r t g n ¬ − h C

Líp vËn chuyÓn

m Ò m n Ç h P

Líp m¹ng

i

Líp liªn kÕt d÷ liÖu

h n μ h u Ò ® Ö H

g n ø c n Ç h P

Líp vËt lý

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Bus

Gi¾c c¾m

Bé thu ph¸t (VÝ dô RS-485)

C¸ch ly

• •

+24VDC

Nguån

§Êt

UART

•

Vi m¹ch chuyªn dông (ASIC)

Vi xö lý (Xö lý giao thøc)

•

Timer, Watchdog

EPROM/ EEPROM/ Flash

RAM

•

Giao diÖn víi vi m¹ch thiÕt bÞ hoÆc IO-Driver

Giao diÖn sö dông (C«ng t¾c, jumper LED)

Vi m¹ch thiÕt bÞ

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Ghép nối thiết bị ₫iều khiển

(cid:131) PLC (Programmable Logic Controller): Thiết bị

₫iều khiển logic khả trình: Cấu trúc module hoặc cấu trúc gọn

(cid:131) DCS (Distributed Control System): Hệ thống ₫iều

khiển phân tán tích hợp: cấu trúc module

(cid:131) Compact Digital Controller: Cấu trúc gọn, không

lập trình ₫ược (cid:131) PC công nghiệp

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Điều khiển phân tán sử dụng bus trường

MTGS

bus hệ thống

MTĐK n

PHÒNG ĐIỀU KHIỂN TRUNG TÂM

TRẠM ĐIỀU KHIỂN CỤC BỘ

MTĐK 1

MTĐK 2

bus trường

I/O

bus trường

S

A

S

A

HIỆN TRƯỜNG

Phân đoạn 1

Phân đoạn n

Phân đoạn 2

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Ghép nối PLC (Programmable Logic Controller)

Bus hÖ thèng (VD: Ethernet)

PS CPU IM IM DI DO AI AO

PLC

Module giao diện mạng (Module truyền thông)

Bus tr−êng (VD: Profibus-DP)

CPU

DI DO AI AO

PLC

CPU tích hợp giao diện mạng

Cæng DP

Profibus-DP

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

PLC-5 processor víi Ethernet module

ControlLogix 2 slot 0: CPU Logix5550 slot 1: DH+ module 1756-DHRIO slot 2: ControlNet module 1756-CNB slot 3: ControlNet module 1756-CNB

ControlLogix 1 slot 0: CPU Logix5550 slot 1: Ethernet module 1756-ENET slot 2: ControlNet module 1756-CNB slot 3: DH+ module 1756-DHRIO

DH+

PLC-5 processor tÝch hîp giao diÖn ControlNet

ControlNet

Ethernet

DH+

Ví dụ nốimạng PLC của Allen-Bradley

PLC-5 processor tÝch hîp giao diÖn DH+

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Ghép nối PC và PC công nghiệp

(cid:131) PC công nghiệp cũng có thể có cấu trúc module (VD PC-104) => cách ghép nối tương tự như PLC (cid:131) Card giao diện mạng cho các khe cắm ISA, PCI,

Compact-PCI, ...

(cid:131) Bo mạch chủ tích hợp giao diện mạng (ví dụ

Ethernet, CAN)

(cid:131) Bộ thích ứng mạng qua các cổng nối tiếp (RS-232,

USB)

(cid:131) Card PCMCIA

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

CP 5412 (A2)

Card Profibus (Siemens)

RS-232

Adapter

bus tr−êng

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Vào/ra phân tán (distributed I/O)

Còn gọi là vào/ra từ xa (remote I/O)

MTĐK PHÒNG ĐIỀU KHIỂN

HIỆN TRƯỜNG bus trường

Modular I/O Compact I/O

(cid:206) Ưu điểm nhiều, song vẫn còn nối dây truyền thống

S S A A S S S A A S A A

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Ghép nối vào/ra phân tán

(cid:131) 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)

(cid:131) Có thể có cấu trúc gọn hoặc cấu trúc module

DI DO AI AO

Interface M odule

Distributed I/O

Cæng DP

Profibus-DP

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Ghép nối thiết bị trường

(cid:131) Thiết bị chấp hành: — Biến tần (inverter) — Bộ khởi ₫ộng ₫ộng cơ (motor starter) — Van ₫iều khiển (control valve) — ...

(cid:131) Thiết bị ₫o: — Encoder — Cân ₫ịnh lượng — Thiết bị ₫o nhiệt ₫ộ (temperature transmitter) — Thiết bị ₫o áp suất (pressure transmitter) — ...

(cid:131) Thiết bị giao diện người-máy tại chỗ

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Vấn ₫ề của nhà sản xuất TB trường

(cid:131) n loại thiết bị, m loại bus trường => bao nhiêu sản phẩm?

(cid:131) 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)

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

3. Phần mềm trong hệ thống mạng

Ch−¬ng tr×nh øng dông

PhÇn mÒm giao diÖn øng dông

HÖ ®iÒu hμnh

c ø h t o a g M P

Tr×nh ®iÒu khiÓn

PhÇn cøng GD m¹ng

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Phần mềm (xử lý) giao thức

(cid:131) Firmware:

— Đổ cứng trong ROM hoặc “downloadable” — Nhanh hơn, hiệu suất cao

(cid:131) 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) (cid:131) 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

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt

Phần mềm giao diện lập trình (API)

(cid:131) 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

(cid:131) 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

(cid:131) 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

CuuDuongThanCong.com CuuDuongThanCong.com

https://fb.com/tailieudientucntt https://fb.com/tailieudientucntt