MNG TRUYN THễNG CễNG NGHIP PGS.TS Hong Minh Sn B mụn iu khin t ng Khoa in - i hc Bỏch khoa H Ni i MC LC Chng 1: 1.1 1.2 1.3 1.4 M u Mng truyn thụng cụng nghip l gỡ? Vai trũ ca mng truyn thụng cụng nghip Phõn loi v c trng cỏc h thng MCN Ti liu tham kho 1 Chng 2: C s k thut 2.1 Cỏc khỏi nim c bn 2.1.1 Thụng tin, d liu v tớn hiu 2.1.2 Truyn thụng, truyn d liu v truyn tớn hiu 2.2 Ch truyn ti 2.2.1 Truyn bit song song v truyn bit ni tip 2.2.2 Truyn ng b v khụng ng b 2.2.3 Truyn mt chiu v truyn hai chiu 2.2.4 Truyn ti di c s, di mang v di rng 2.3 Cu trỳc mng - Topology 2.3.1 Cu trỳc bus 2.3.2 Cu trỳc mch vũng (tớch cc) 2.3.3 Cu trỳc hỡnh 2.3.4 Cu trỳc cõy 2.4 Truy nhp bus 2.4.1 t 2.4.2 Ch/t (Master/Slave) 2.4.3 TDMA 2.4.4 Token Passing 2.4.5 CSMA/CD 2.4.6 CSMA/CA 2.5 Bo ton d liu 2.5.1 t 2.5.2 Bit chn l (Parity bit) 2.5.3 Bit chn l chiu 2.5.4 CRC 2.5.5 Nhi bit (Bit Stuffing) 2.6 Mó húa bit 2.6.1 Cỏc tiờu chun mó húa bit 2.6.2 NRZ, RZ 2.6.3 Mó Manchester 7 12 12 12 13 14 16 16 17 19 20 21 21 23 24 25 26 28 31 31 33 34 36 38 40 40 41 42 ii 2.6.4 AFP 2.6.5 FSK 2.7 K thut truyn dn 2.7.1 Phng thc truyn dn tớn hiu 2.7.2 RS-232 2.7.3 RS-422 2.7.4 RS-485 2.7.5 MBP (IEC 1158-2) 2.8 Kin trỳc giao thc 2.8.1 Dch v truyn thụng 2.8.2 Giao thc 2.8.3 Mụ hỡnh lp 2.8.4 Kin trỳc giao thc OSI 2.8.5 Kin trỳc giao thc TCP/IP 2.9 Ti liu tham kho 42 43 44 45 47 50 51 57 59 59 59 62 63 70 73 Chng 3: Cỏc thnh phn h thng mng 3.1 Phng tin truyn dn 3.1.1 ụi dõy xon 3.1.2 Cỏp ng trc 3.1.3 Cỏp quang 3.1.4 Vụ tuyn 3.2 Giao din mng 3.2.1 Cu trỳc giao din mng 3.2.2 Ghộp ni PLC 3.2.3 Ghộp ni PC 3.2.4 Ghộp ni vo/ra phõn tỏn 3.2.5 Ghộp ni cỏc thit b trng 3.3 Phn mm h thng mng 3.3.1 Phn mm giao thc 3.3.2 Phn mm giao din lp trỡnh ng dng 3.4 Thit b liờn kt mng 3.4.1 B lp 3.4.2 Cu ni 3.4.3 Router 3.4.4 Gateway 3.5 Cỏc linh kin mng khỏc 3.6 Ti liu tham kho 74 74 75 77 78 80 82 82 84 85 87 88 90 90 91 93 93 94 95 96 98 100 Chng 4: Cỏc h thng bus tiờu biu 4.1 PROFIBUS 4.1.1 Kin trỳc giao thc 101 101 102 iii 4.1.2 Cu trỳc mng v k thut truyn dn 4.1.3 Truy nhp bus 4.1.4 Dch v truyn d liu 4.1.5 Cu trỳc bc in 4.1.6 PROFIBUS-FMS 4.1.7 PROFIBUS-DP 4.1.8 PROFIBUS-PA 4.1.9 Ti liu tham kho 4.2 Modbus 4.2.1 C ch giao tip 4.2.2 Ch truyn 4.2.3 Cu trỳc bc in 4.2.4 Bo ton d liu 4.2.5 Ti liu tham kho 4.3 Foundation Fieldbus 4.3.1 Kin trỳc giao thc 4.3.2 Cu trỳc mng v k thut truyn dn 4.3.3 C ch giao tip 4.3.4 Cu trỳc bc in 4.3.5 Dch v giao tip 4.3.6 Khi chc nng ng dng 4.3.7 Ti liu tham kho 4.4 Ethernet 4.4.1 Kin trỳc giao thc 4.4.2 Cu trỳc mng v k thut truyn dn 4.4.3 C ch giao tip 4.4.4 Cu trỳc bc in 4.4.5 Truy nhp bus 4.4.6 Hiu sut ng truyn v tớnh nng thi gian thc 4.4.7 Mng LAN 802.3 chuyn mch 4.4.8 Fast Ethernet 4.4.9 High Speed Ethernet 4.4.10 Industrial Ethernet 4.4.11 Ti liu tham kho Chng 5: Thit k h thng mng 5.1 Thit k h thng mng 5.1.1 Phõn tớch yờu cu 5.1.2 Cỏc bc tin hnh 5.2 ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng 5.2.1 c thự ca cp ng dng 103 105 105 107 109 111 117 119 120 120 122 123 125 126 127 127 128 130 132 132 134 136 137 137 138 140 140 141 142 142 143 144 146 146 147 147 147 148 150 150 iv 5.2.2 5.2.3 5.2.4 c thự ca lnh vc ng dng Yờu cu k thut chi tit Yờu cu kinh t 151 152 153 Chng1: M u Chng 1: M u 1.1 Mng truyn thụng cụng nghip l gỡ? Mng truyn thụng cụng nghip hay mng cụng nghip (MCN) l mt khỏi nim chung ch cỏc h thng mng truyn thụng s, truyn bit ni tip, c s dng ghộp ni cỏc thit b cụng nghip Cỏc h thng truyn thụng cụng nghip ph bin hin cho phộp liờn kt mng nhiu mc khỏc nhau, t cỏc cm bin, c cu chp hnh di cp trng cho n cỏc mỏy tớnh iu khin, thit b quan sỏt, mỏy tớnh iu khin giỏm sỏt v cỏc mỏy tớnh cp iu hnh xớ nghip, qun lý cụng ty V c s k thut, mng cụng nghip v cỏc h thng mng vin thụng cú rt nhiu im tng ng, nhiờn cng cú nhng im khỏc bit sau: Mng vin thụng cú phm vi a lý v s lng thnh viờn tham gia ln hn rt nhiu, nờn cỏc yờu cu k thut (cu trỳc mng, tc truyn thụng, tớnh nng thi gian thc, ) rt khỏc, cng nh cỏc phng phỏp truyn thụng (truyn ti di rng/di c s, iu bin, dn kờnh, chuyn mch, ) thng phc hn nhiu so vi mng cụng nghip i tng ca mng vin thụng bao gm c ngi v thit b k thut, ú ngi úng vai trũ ch yu Vỡ vy cỏc dng thụng tin cn trao i bao gm c ting núi, hỡnh nh, bn v d liu i tng ca mng cụng nghip thun tỳy l cỏc thit b cụng nghip, nờn dng thụng tin c quan tõm nht l d liu Cỏc k thut v cụng ngh c dựng mng vin thụng rt phong phỳ, k thut truyn d liu theo ch bit ni tip l c trng ca mng cụng nghip Mng truyn thụng cụng nghip thc cht l mt dng c bit ca mng mỏy tớnh, cú th so sỏnh vi mng mỏy tớnh thụng thng nhng im ging v khỏc nh sau: K thut truyn thụng s hay truyn d liu l c trng chung ca c hai lnh vc Trong nhiu trng hp, mng mỏy tớnh s dng cụng nghip c coi l mt phn ( cỏc cp iu khin giỏm sỏt, iu hnh sn xut v qun lý cụng ty) mụ hỡnh phõn cp ca mng cụng nghip Yờu cu v tớnh nng thi gian thc, tin cy v kh nng tng thớch mụi trng cụng nghip ca mng truyn thụng cụng nghip cao hn so vi mt Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni Chng1: M u mng mỏy tớnh thụng thng, ú mng mỏy tớnh thng ũi hi cao hn v bo mt Mng mỏy tớnh cú phm vi tri rng rt khỏc nhau, vớ d cú th nh nh mng LAN cho mt nhúm vi mỏy tớnh, hoc rt ln nh mng Internet Trong nhiu trng hp, mng mỏy tớnh giỏn tip s dng dch v truyn d liu ca mng vin thụng Trong ú, cho n cỏc h thng mng cụng nghip thng cú tớnh cht c lp, phm vi hot ng tng i hp S khỏc phm vi v mc ớch s dng gia cỏc h thng mng truyn thụng cụng nghip vi cỏc h thng mng vin thụng v mng mỏy tớnh dn n s khỏc cỏc yờu cu v mt k thut cng nh kinh t Vớ d, yờu cu kt ni nhiu nn mỏy tớnh khỏc v cho nhiu phm vi ng dng khỏc nhau, kin trỳc giao thc ca cỏc mng mỏy tớnh ph thụng thng phc hn so vi kin trỳc giao thc cỏc mng cụng nghip i vi cỏc h thng truyn thụng cụng nghip, c bit l cỏc cp di thỡ cỏc yờu cu v tớnh nng thi gian thc, kh nng thc hin n gin, giỏ thnh h li luụn c t hng u Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni Chng1: M u 1.2 Vai trũ ca mng truyn thụng cụng nghip S dng mng truyn thụng cụng nghip, c bit l bus trng thay th cỏch ni im-im c in gia cỏc thit b cụng nghip mang li hng lot nhng li ớch nh sau: n gin húa cu trỳc liờn kt gia cỏc thit b cụng nghip: Mt s lng ln cỏc thit b thuc cỏc chng loi khỏc c ghộp ni vi thụng qua mt ng truyn nht Tit kim dõy ni v cụng thit k, lp t h thng: Nh cu trỳc n gin, vic thit k h thng tr nờn d dng hn nhiu Mt s lng ln cỏp truyn c thay th bng mt ng nht, gim chi phớ ỏng k cho nguyờn vt liu v cụng lp t Nõng cao tin cy v chớnh xỏc ca thụng tin: Khi dựng phng phỏp truyn tớn hiu tng t c in, tỏc ng ca nhiu d lm thay i ni dung thụng tin m cỏc thit b khụng cú cỏch no nhn bit Nh k thut truyn thụng s, khụng nhng thụng tin truyn i khú b sai lch hn, m cỏc thit b ni mng cũn cú thờm kh nng t phỏt hin li v chn oỏn li nu cú Hn th na, vic b qua nhiu ln chuyn i qua li tng t-s v s-tng t nõng cao chớnh xỏc ca thụng tin Nõng cao linh hot, tớnh nng m ca h thng: Mt h thng mng chun húa quc t to iu kin cho vic s dng cỏc thit b ca nhiu hóng khỏc Vic thay th thit b, nõng cp v m rng phm vi chc nng ca h thng cng d dng hn nhiu Kh nng tng tỏc gia cỏc thnh phn (phn cng v phn mm) c nõng cao nh cỏc giao din chun n gin húa/tin li húa vic tham s húa, chn oỏn, nh v li, s c ca cỏc thit b : Vi mt ng truyn nht, khụng nhng cỏc thit b cú th trao i d liu quỏ trỡnh, m cũn cú th gi cho cỏc d liu tham s, d liu trng thỏi, d liu cnh bỏo v d liu chn oỏn Cỏc thit b cú th tớch hp kh nng t chn oỏn, cỏc trm mng cng cú th cú kh nng cnh gii ln Vic cu hỡnh h thng, lp trỡnh, tham s húa, chnh nh thit b v a vo hnh cú th thc hin t xa qua mt trm k thut trung tõm M nhiu chc nng v kh nng ng dng mi ca h thng: S dng mng truyn thụng cụng nghip cho phộp ỏp dng cỏc kin trỳc iu khin mi nh iu khin phõn tỏn, iu khin phõn tỏn vi cỏc thit b trng, iu khin giỏm sỏt hoc chn oỏn li t xa qua Internet, tớch hp thụng tin ca h thng iu khin v giỏm sỏt vi thụng tin iu hnh sn xut v qun lý cụng ty Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni Chng1: M u 1.3 Phõn loi v c trng cỏc h thng MCN sp xp, phõn loi v phõn tớch c trng cỏc h thng mng truyn thụng cụng nghip, ta da vo mụ hỡnh phõn cp quen thuc cho cỏc cụng ty, xớ nghip sn xut, nh c minh trờn Hỡnh 1.1 Quản lý công ty Mạng công ty Điều hành sản xuất Mạng xí nghiệp Điều khiển giám sát Điều khiển Chấp hành Bus hệ thống Bus trình Bus điều khiển Bus trờng Bus thiết bị Bus cảm biến/ chấp hành Hỡnh 1.1: Mụ hỡnh phõn cp chc nng cụng ty sn xut cụng nghip Tng ng vi nm cp chc nng l bn cp ca h thng truyn thụng T cp iu khin giỏm sỏt tr xung thut ng bus thng c dựng thay cho mng, vi lý phn ln cỏc h thng mng phớa di u cú cu trỳc vt lý hoc logic kiu bus (xem phn 2.5) Bus trng, bus thit b Bus trng (fieldbus) thc l mt khỏi nim chung c dựng cỏc ngnh cụng nghip ch bin ch cỏc h thng bus ni tip, s dng k thut truyn tin s kt ni cỏc thit b thuc cp iu khin (PC, PLC) vi v vi cỏc thit b cp chp hnh, hay cỏc thit b trng Cỏc chc nng chớnh ca cp chp hnh l o lng, truyn ng v chuyn i tớn hiu trng hp cn thit Cỏc thit b cú kh nng ni mng l cỏc vo/ra phõn tỏn (distributed I/O), cỏc thit b o lng (sensor, transducer, transmitter) hoc c cu chp hnh (actuator, valve) cú tớch hp kh nng x lý truyn thụng Mt s kiu bus trng ch thớch hp ni mng cỏc thit b cm bin v c cu chp hnh vi cỏc b iu khin, cng c gi l bus chp hnh/cm bin Trong cụng nghip ch to (t ng húa dõy chuyn sn xut, gia cụng, lp rỏp) hoc mt s lnh vc ng dng khỏc nh t ng húa tũa nh, sn xut xe hi, khỏi nim bus thit b li c s dng ph bin Cú th núi, bus thit b v bus trng cú chc nng tng ng, nhng nhng c trng riờng bit ca hai ngnh cụng nghip, nờn mt s tớnh nng cng khỏc Tuy nhiờn, s khỏc ny ngy cng tr nờn khụng rừ rt, m phm vi ng dng ca c hai loi u c m rng v an chộo sang Trong thc t, ngi ta cng dựng chung mt khỏi nim l bus trng Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni Chng1: M u Do nhim v ca bus trng l chuyn d liu quỏ trỡnh lờn cp iu khin x lý v chuyn quyt nh iu khin xung cỏc c cu chp hnh, vỡ vy yờu cu v tớnh nng thi gian thc c t lờn hng u Thi gian phn ng tiờu biu nm phm vi t 0,1 ti vi miligiõy Trong ú, yờu cu v lng thụng tin mt bc in thng ch hn ch khong mt vi byte, vỡ vy tc truyn thụng thng ch cn phm vi Mbit/s hoc thp hn Vic trao i thụng tin v cỏc bin quỏ trỡnh ch yu mang tớnh cht nh k, tun hon, bờn cnh cỏc thụng tin tham s húa hoc cnh bỏo cú tớnh cht bt thng Cỏc h thng bus trng c s dng rng rói nht hin l PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus v gn õy phi k ti Foundation Fieldbus DeviceNet, AS-i, EIB v Bitbus l mt vi h thng bus cm bin/chp hnh tiờu biu cú th nờu õy Bus h thng, bus iu khin Cỏc h thng mng cụng nghip c dựng kt ni cỏc mỏy tớnh iu khin v cỏc mỏy tớnh trờn cp iu khin giỏm sỏt vi c gi l bus h thng (system bus) hay bus quỏ trỡnh (process bus) Khỏi nim sau thng ch c dựng lnh vc iu khin quỏ trỡnh Qua bus h thng m cỏc mỏy tớnh iu khin cú th phi hp hot ng, cung cp d liu quỏ trỡnh cho cỏc trm k thut v trm quan sỏt (cú th giỏn tip thụng qua h thng qun lý c s d liu trờn cỏc trm ch) cng nh nhn mnh lnh, tham s iu khin t cỏc trm phớa trờn Thụng tin khụng nhng c trao i theo chiu dc, m cũn theo chiu ngang Cỏc trm k thut, trm hnh v cỏc trm ch cng trao i d liu qua bus h thng Ngoi cỏc mỏy in bỏo cỏo v lu tr d liu cng cú th c kt ni qua mng ny i vi bus h thng, tựy theo lnh vc ng dng m ũi hi v tớnh nng thi gian thc cú c t mt cỏch ngt nghốo hay khụng Thi gian phn ng tiờu biu nm khong mt vi trm miligiõy, lu lng thụng tin cn trao i ln hn nhiu so vi bus trng Tc truyn thụng tiờu biu ca bus h thng nm phm vi t vi trm kbit/s n vi Mbit/s Khi bus h thng c s dng ch ghộp ni theo chiu ngang gia cỏc mỏy tớnh iu khin, ngi ta thng dựng khỏi nim bus iu khin Vai trũ ca bus iu khin l phc v trao i d liu thi gian thc gia cỏc trm iu khin mt h thng cú cu trỳc phõn tỏn Bus iu khin thụng thng cú tc truyn khụng cao, nhng yờu cu v tớnh nng thi gian thc thng rt kht khe Do cỏc yờu cu v tc truyn thụng v kh nng kt ni d dng nhiu loi mỏy tớnh, hu ht cỏc kiu bus h thng thụng dng u da trờn nn Ethernet, vớ d Industrial Ethernet, Fieldbus Foundations High Speed Ethernet (HSE), Ethernet/IP Mng xớ nghip Mng xớ nghip thc l mt mng LAN bỡnh thng, cú chc nng kt ni cỏc mỏy tớnh phũng thuc cp iu hnh sn xut vi cp iu khin giỏm sỏt Thụng tin c a lờn trờn bao gm trng thỏi lm vic ca cỏc quỏ trỡnh k thut, cỏc gin mỏy cng nh ca h thng iu khin t ng, cỏc s liu tớnh toỏn, thng kờ v din bin quỏ trỡnh sn xut v cht lng sn phm Thụng tin theo chiu ngc li l cỏc Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet Tap Lừi 140 ụi dõy xon Cỏp thu phỏt B thu phỏt (a) 10BASE5 B ni (b) 10BASE2 Hub (c) 10BASE-T Hỡnh 4.20: Ba kiu mng Ethernet vi cỏp ng trc v ụi dõy xon V bn cht, c hai kiu dõy vi cỏp ng trc nh núi trờn u thc hin cu trỳc bus (vt lý cng nh logic), vỡ th cú u im l tit kim dõy dn Tuy nhiờn, cỏc li phn cng nh t cỏp, lng b ni rt khú phỏt hin trc tuyn Mc dự ó cú mt s bin phỏp khc phc, phng phỏp tin cy hn l s dng cu trỳc hỡnh vi mt b chia (hub) hoc mt b chuyn mch (switch, xem 3.5) Cu trỳc ny thụng thng c ỏp dng vi ụi dõy xon, nhng cng cú th ỏp dng c vi cỏp ng trc (vớ d Industrial Ethernet) Vi 10BASE-T, cỏc trm c ni vi qua mt b chia ging nh cỏch ni cỏc mỏy in thoi Trong cu trỳc ny, vic b sung hoc tỏch mt trm mng cng nh vic phỏt hin li cỏp truyn rt n gin Bờn cnh nhc im l tn dõy dn v cụng i dõy thỡ chi phớ cho b chia cht lng cao cng l mt Bờn cnh ú, khong cỏch ti a cho phộp t mt trm ti b chia thng b hn ch vũng 100150 Bờn cnh cỏp ng trc v ụi dõy xon thỡ cỏp quang cng c s dng nhiu Ethernet, ú c bit ph bin l 10BASE-F Vi cỏch ghộp ni nht l im-im, cu trỳc mng cú th l daisy-chain, hỡnh hoc hỡnh cõy Thụng thng, chi phớ cho cỏc b ni v chn u cui rt ln nhng kh nng khỏng nhiu tt v tc truyn cao l cỏc yu t quyt nh nhiu phm vi ng dng Trong nhiu trng hp, ta cú th s dng phi hp nhiu loi mt mng Ethernet Vớ d, cỏp quang hoc cỏp ng trc dy cú th s dng l ng trc chớnh hay xng sng (backbone) cu trỳc cõy, vi cỏc ng nhỏnh l cỏp mng hoc ụi dõy xon i vi mng qui mụ ln, cú th s dng cỏc b lp Mt h thng khụng hn ch s lng cỏc on mng cng nh s lng cỏc b lp, nhng ng dn gia hai b thu phỏt khụng c phộp di quỏ 2,5km cng nh khụng c i qua quỏ bn b lp Ton b cỏc h thng theo chun 802.3 s dng ch truyn ng b vi mó Manchester (xem 2.7) Bit tng ng vi sn lờn v bit ng vi sn xung ca xung gia mt chu k bit Mc tớn hiu i vi mụi trng cỏp in l +0,85V v 0,85V, to mc trung hũa l 0V Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 141 4.4.3 C ch giao tip S ph bin ca Ethernet cú c l nh tớnh nng m Th nht, Ethernet ch qui nh lp vt lý v lp MAC, cho phộp cỏc h thng khỏc tựy ý thc hin cỏc giao thc v dch v phớa trờn Th hai, phng phỏp truy nhp bus ngu nhiờn CSMA/CD (xem 2.5) khụng yờu cu cỏc trm tham gia phi bit cu hỡnh mng, vỡ vy cú th b sung hay tỏch mt trm mng m khụng nh hng ti phn mng cũn li Th ba, vic chun húa sm IEEE 802.3 giỳp cho cỏc nh cung cp sn phm thc hin d dng hn Trong mt mng Ethernet, khụng k ti b chia hoc b chuyn mch thỡ tt c cỏc trm u cú vai trũ bỡnh ng nh Mi trm (hay núi cỏch khỏc l mi module giao din mng, mi card mng) cú mt a ch Ethernet riờng bit, thng nht ton cu Vic giao tip gia cỏc trm c thc hin thụng qua cỏc giao thc phớa trờn, vớ d NetBUI, IPX/SPX hoc TCP/IP Tựy theo giao thc c th, cn cc (tờn, mó s hoc a ch) ca bờn gi v bờn nhn mt bc in ca lp phớa trờn (vớ d lp mng) s c dch sang a ch Ethernet trc c chuyn xung lp MAC Bờn cnh c ch giao tip tay ụi, Ethernet cũn h tr phng phỏp gi thụng bỏo ng lot (multicast v broadcast) Mt thụng bỏo multicast gi ti mt nhúm cỏc trm, mt thụng bỏo broadcast gi ti tt c cỏc trm Cỏc loi thụng bỏo ny c phõn bit bi kiu a ch, nh c trỡnh by mc sau 4.4.4 Cu trỳc bc in IEEE 802.3/Ethernet ch qui nh lp MAC v lp vt lý, vỡ vy mt bc in cũn c gi l khung MAC Cu trỳc mt khung MAC c minh trờn Hỡnh 4.21 byte byte 2/6 byte 2/6 byte byte M u SFD a ch a ch di/ (555 5H) (D5H) ớch ngun Kiu gúi 46-1500 byte D liu byte PAD FCS Hỡnh 4.21: Cu trỳc khung MAC theo IEEE 802.3/Ethernet M u mt khung MAC l 56 bit v luõn phiờn, tc byte ging cú giỏ tr 55H Vi mó Manchester, tớn hiu tng ng s cú dng tun hon, c bờn nhn s dng ng b nhp vi bờn gi Nh vy, vic ng b húa ch c thc hin mt ln cho c bc in tc truyn 10 Mbit/s, khong thi gian ng b húa l 5,6s Tip sau l mt byte SFD (Start of Frame Delimiter) cha dóy bit 10101011, ỏnh du u khung MAC ỳng ra, dóy bớt m u v byte SFD khụng thc s thuc vo khung MAC Theo 802.3, a ch ớch v a ch ngun cú th l hoc byte, nhng chun qui nh cho truyn di c s 10 Mbit/s (tc 10BASEx) ch s dng a ch byte Bit cao nht a ch ớch cú giỏ tr cho cỏc a ch thụng thng v giỏ tr cho cỏc a ch nhúm i vi cỏc thụng bỏo gi cho tt c cỏc trm (broadcast), tt c cỏc bit a ch ớch s l Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 142 Cú hai loi a ch Ethernet l cỏc a ch cc b v cỏc a ch ton cu, c phõn bit bi bit 46 (bit gn cao nht) Cỏc a ch cc b cú th cng hoc t bng phn mm v khụng cú ý ngha ngoi mng cc b Ngc li, mt a ch ton cu c IEEE cp phỏt, luụn c cng vi mch m bo s thng nht trờn ton th gii Vi 46 bit, cú th cú tng cng 7*1013 a ch ton cu, cng nh 7*1013 a ch cc b Tuy nhiờn, s lng cỏc trm cho phộp mt h thng mng cụng nghip cũn ph thuc vo kiu cỏp truyn, giao thc phớa trờn cng nh c tớnh ca cỏc thit b tham gia mng Mt s khỏc gia Ethernet v IEEE 802.3 l ý ngha ụ tip sau phn a ch Theo c t Ethernet, hai byte ny cha mó giao thc chuyn gúi phớa trờn C th, mó 0800H ch giao thc IP (Internet Protocol) v 0806H ch giao thc ARP (Address Resolution Protocol) Theo 802.3, ụ ny cha s byte d liu (t ti 1500) Vi iu kin rng buc gia tc truyn v (tớnh bng bit/s), chiu di bc in n v khong cỏch truyn l (tớnh bng một) ca phng phỏp CSMA/CD (xem 2.5.5) lv < 100.000.000n, m bo tc truyn 10 Mbit/s v khong cỏch 2.500m thỡ mt bc in phi di hn 250 bit hay 32 byte Xột ti c thi gian tr qua bn b lp, chun 802.3 qui nh chiu di khung ti thiu l 64 byte (51,2s), khụng k phn m u v byte SFD Nh vy, ụ d liu phi cú chiu di ti thiu l 46 byte Trong trng hp d liu thc ngn hn 46 byte, ụ PAD (padding) c s dng lp y ễ cui cựng khung MAC cha mó CRC 32 bit vi a thc phỏt G(x) = x32+x26+x23+x22+x16+x12+x11+x10+x8+x7+x5+x4+x2+x+1 Phn thụng tin c kim soỏt li bao gm cỏc ụ a ch, ụ chiu di v ụ d liu 4.4.5 Truy nhp bus Mt ln thng gõy lo ngi vic s dng Ethernet cp trng l phng phỏp truy nhp bus ngu nhiờn CSMA/CD v s nh hng ti hiu sut cng nh tớnh nng thi gian thc ca h thng õy, mt nhng yu t quyt nh ti hiu sut ca h thng l thut toỏn tớnh thi gian ch truy nhp li cho cỏc trm trng hp xy xung t Thi gian lan truyn tớn hiu mt ln qua li ng truyn c gi l khe thi gian Giỏ tr ny c tớnh cho ti a 2,5km ng truyn v bn b lp l 512 thi gian bit hay 51,2 s Sau ln xy xung t u tiờn , mi trm s chn ngu nhiờn hoc ln khe thi gian ch trc th gi li Nu hai trm ngu nhiờn cựng chn mt khong thi gian, hoc cú s xung t mi vi mt trm th ba, thỡ s khe thi gian la chn ch s l 0, 1, hoc Sau ln xung t th i, s khe thi gian chn ngu nhiờn nm khong t ti i Tuy nhiờn, sau mi ln xung t, s khe thi gian ch ti a s c gi li s 1023 Sau 16 ln xung t liờn tip, cỏc trm s coi l li h thng v bỏo tr li lp giao thc phớa trờn Thut toỏn ni ting ny c gi l Binary Exponential Backoff (BEB) Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 143 4.4.6 Hiu sut ng truyn v tớnh nng thi gian thc Vi gi thit ti tng i ln v khụng thay i, hiu sut ng truyn ti u mng Ethernet c xỏc nh theo cụng thc ([1]) Hiu sut ti u = , + evl / cn vi e l giỏ tr ti u cho s khe thi gian tranh chp trờn mt khung, v l tc truyn, l l chiu di dõy dn, c l tc lan truyn tớn hiu v n l chiu di trung bỡnh ca mt khung tớnh bng bit Hiu sut ti u l mt giỏ tr lý tng, ch t c ng truyn c s dng liờn tc v hu nh khụng cú xung t trờn ng truyn Khi s lng trm tng lờn, nu khụng cú s iu khin lp giao thc phớa trờn thỡ hiu sut s gim i ỏng k Trờn Hỡnh 4.22 l th mụ t quan h gia hiu sut ng truyn v s lng trung bỡnh cỏc trm ng thi ch gi thụng tin Lu ý, s trm ghi trờn trc honh khụng phi l s trm mng Hiu sut thc t rt khú cú th xỏc nh mt cỏch chớnh xỏc cho mt cu hỡnh mng Hiu sut ng truyn 1,0 0,9 khung 1024 byte 0,8 0,7 khung 512 byte 0,6 khung 256 byte 0,5 0,4 khung 128 byte 0,3 khung 64 byte 0,2 0,1 0,0 16 128 256 S trm ng thi mun gi Hỡnh 4.22: Hiu sut ng truyn Ethernet 10 Mbit/s Bờn cnh bt nh truy nhp bus, cn phi xột ti tin cy ca mng Ethernet Mc dự Ethernet cú kh nng phỏt hin li xung t v cỏc li khung, cỏc trm khụng h cú xỏc nhn v trng thỏi cỏc bc in nhn c Nh vy, vic trao i thụng tin mt cỏch tin cy nht thit phi nh vo mt giao thc thớch hp phớa trờn Trong cỏc h thng mng cc b phũng cng nh cỏc mng cụng nghip da trờn Ethernet, giao thc TCP/IP c s dng rng rói nht Thụng qua cỏc c ch xỏc nhn thụng bỏo, gi li d liu v kim soỏt lung giao thụng, tin cy cng nh tớnh nng thi gian thc ca h thng c ci thin ỏng k 4.4.7 Mng LAN 802.3 chuyn mch Khi s trm tham gia tng lờn nhiu, hot ng giao tip mng s b tc ngn mt mt tc truyn hn ch, mt khỏc c ch truy nhp bus khụng cũn m bo c hiu sut nh iu kin bỡnh thng khc phc ta cú th s dng mng Ethernet tc cao hoc/v s dng c ch chuyn mch Mng LAN 802.3 chuyn Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 144 mch c xõy dng trờn c s 10BASE-T vi tc truyn 10 Mbit/s thụng thng Mc ớch ca vic s dng cỏc b chuyn mch l phõn vựng xung t v vỡ th hn ch xung t Hỡnh 4.23: S dng b lp mng LAN 802.3 chuyn mch Hỡnh 4.23 minh cu trỳc ghộp ni mng LAN 802.3 vi mt b chuyn mch SWITCH HUB (switch, xem 3.4) Mt b chuyn mch tc cao thng gm n 32 module, mi module cú n cng ni Cỏc trm cú th ni trc tip vo mt cng ca b chuyn mch, hoc qua mt b chia Cú hai kiu phõn vựng xung t (collision domain) l theo tng module hoc theo tng cng Mt b lp h tr phõn vựng xung t theo module cho khụng cho phộp cỏc trm ni chung mt module cựng gi tớn hiu, nhng cho phộp cỏc module hot ng song song, c lp Nu trm ớch nm mt module khỏc, b chuyn mch s chộp bc in v gi ti module tng ng Mt b lp phõn vựng xung t theo tng cng khụng nhng cho phộp cỏc module hot ng song song, m cũn cho phộp tt c cỏc cng trờn mt module ng thi tip nhn tớn hiu gi Cng vi c ch chộp vo b m, mi bc in s ch c gi cng tng ng vi trm ớch Nguyờn tc hot ng ca LAN 802.3 chuyn mch c ng dng rng rói h thng mng cụng nghip Vi k thut chuyn mch hin i, khụng nhng bng thụng tng th ca h thng c nõng cao, m tớnh nng thi gian thc cng c ci thin ỏng k 4.4.8 Fast Ethernet Fast Ethernet l s phỏt trin tip theo ca Ethernet, c chun húa IEEE 802.3u Fast Ethernet cho phộp truyn vi tc 100 Mbit/s m bo tng thớch vi Ethernet, ton b c ch giao tip v kin trỳc giao thc c gi nguyờn, ch cú thi gian bit c gim t 100ns xung 10ns V mt k thut, cỏp ng trc loi 10BASE5 v 10BASE2 cú th s dng cho Fast Ethernet vi chiu di ti a gim xung mi ln Tuy nhiờn, phng phỏp ni mng s dng ụi dõy xon v b chia cú u th vt tri, vỡ vy tt c cỏc h Fast Ethernet u khụng h tr cỏp ng trc Ba loi cỏp chun cho Fast Ethernet c lit kờ bng 4.11 Bng 4.5: Mt s loi cỏp truyn Fast Ethernet thụng dng Tờn hiu Loi cỏp 100BASE-T4 ụi dõy xon hng Chiu di on ti a 100 m Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 145 100BASE-TX ụi dõy xon hng 100 m 100BASE-FX Cỏp quang 2000 m Loi 100BASE-T4 s dng bn ụi dõy xon UTP hng Di tn ca hng cỏp ny b gii hn 25MHz, mó Manchester s dng Ethernet thụng thng to tn s tớn hiu cao gp ụi so vi tn s nhp, tc truyn trờn mi ụi dõy l ch l 12,5 Mbit/s t c tc truyn 100 Mbit/s, mt phng phỏp mó húa bit vi tớn hiu ba mc thay vỡ hai mc c s dng õy ng thi, 100BASE-T4 phi dựng ti bn ụi dõy xon (vỡ th cú ký hiu T4), ú mt ụi luụn truyn tớn hiu vo b chia, mt ụi luụn truyn v hai ụi cũn li c s dng linh hot theo chiu ang truyn Vi ba ụi dõy v ba mc tớn hiu, mt nhp cú th truyn c bit, nõng tc truyn tng cng lờn 100 Mbit/s Vi 100BASE-TX, ụi dõy xon hng c s dng cú kh nng lm vic tn s nhp 125MHz v cao hn na Vic s dng hai ụi dõy xon to kh nng truyn hai chiu ng thi Khỏc vi 100BASE-T4, mt phng phỏp mó húa bit cú tờn l 4B5B c s dng õy Dóy bit t khung MAC c mó húa li thnh cỏc t hp bit trờn ng truyn Ch cú 16 32 t hp biu din d liu, cỏc t hp cũn li c s dng cho ỏnh du, iu khin v tớn hiu phn cng i vi mi loi mng trờn, vic ni dõy cú th thụng qua mt b chia hoc mt b chuyn mch Mt b chuyn mch cú chi phớ cao hn nhiu so vi mt b chia, nhng nõng cao hiu sut ca h thng mt cỏch ỏng k nh chc nng phõn vựng xung t Loi 100BASE-FX cng cho phộp truyn hai chiu ton phn, s dng hai si quang a ch cho hai chiu i vi cỏc ng dng ũi hi khong cỏch truyn ln hoc kh nng khỏng nhiu cao thỡ õy l gii phỏp thớch hp 4.4.9 High Speed Ethernet High Speed Ethernet (HSE) l mt cụng ngh bus Fieldbus Foundation (FF) phỏt trin trờn c s Fast Ethernet v cng l mt tỏm h bus c chun húa IEC 61158 vo cui nm 1999 Vi tc truyn 100 Mbit/s, HSE c thit k cho vic ni mng trờn cp iu khin v iu khin giỏm sỏt, b sung cho mng H1 cp thp (xem 4.7) HSE s dng a ch 48-bit v 64-byte khung MAC ti thiu nh Ethernet chun, cú th ng thi truyn cỏc thụng bỏo dch v H1 cng nh cỏc thụng bỏo riờng ca HSE Bờn cnh ú, HSE h tr rt tt vic d phũng, ng b thi gian cng liờn kt nhiu giao thc Kin trỳc giao thc Hỡnh 4.24 mụ t kin trỳc giao thc HSE Phớa di, HSE s dng hon ton lp vt lý v lp MAC theo IEEE 802.3 Cng nh nhiu h thng da trờn Ethernet khỏc, lp mng s dng giao thc IP (Internet Protocol) v lp chuyn s dng TCP (Transmission Control Protocol) hoc UDP (User Datagram Protocol) c bit, HSE ó b sung mi mt c t, ú hu ht thuc lp ng dng nh qui nh v cỏc chc nng ng dng, cỏc dch v qun tr mng, qun lý h thng, c ch d phũng, truy nhp thit b trng Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 146 Cp phỏt a ch ng High Speed Ethernet s dng cỏc giao thc chun DHCP (Dynamic Host Control Protocol) v IP (Internet Protocol) cng nh chc nng qun lý h thng cp phỏt ng a ch cho cỏc trm Sau nhn c yờu cu cp a ch t mt thit b, DHCP Server s tỡm mt a ch IP cũn trng v cp phỏt cho thit b ó yờu cu Tip theo, thit b thụng bỏo cho phn qun lý h thng (System Manager) v c cp phỏt mt nhón thit b vt lý (Physical Device Tag) Mt a ch v mi liờn kt c thit lp, phn qun lý h thng cú th np cu hỡnh xung thit b NMA: Network Management Agent (ip viờn qun tr mng) VFD: Virtual Field Device (Thit b trng o) OD: Object Directory (Th mc i tng) SMIB: System Management Information Base (C s thụng tin qun lý h thng) NMIB: Network Management Information Base (C s thụng tin qun tr mng) SMK: System Management Kernel (Nhõn qun tr h thng) NMA VFD OD HSE SMK HSE LRE Bridge H1 H1 Interface Interface N FBAP VFD FBAP VFD n OD OD HSE Management Agent SMIB NMIB DHCP, SNTP SNMP Field Device Access Agent TCP UDP HSE MIB IP IEEE 802.3 (lp Vt lý + MAC) LRE: LAN Redundancy Entity DHCP: Dynamic Host Control Protocol (Giao thc iu khin cp phỏt a ch ng) SNTP: Simple Network Time Protocol (Giao thc thi gian mng n gin) SNMP:Simple Network Management Protocol (Giao thc qun tr mng n gin) FBFA: Function Block Application (ng dng chc nng) Hỡnh 4.24: Kin trỳc giao thc HSE Cu trỳc d phũng V c bn, gii phỏp d phũng HSE da vo cỏc cu trỳc v thnh phn Ethernet thụng dng C hai dng d phũng - d phũng mng v d phũng thit b - u c h tr Mt vớ d cu hỡnh d phũng tiờu biu c minh trờn Hỡnh 4.25 Khi chc nng linh hot Khi chc nng (Function Block, FB) l mt khỏi nim trng tõm Foundation Fieldbus H1 v HSE M rng mụ hỡnh chc nng cho cỏc ng dng sn xut giỏn on, cỏc chc nng linh hot (Flexible Function Block, FFB) c coi nh phn mm bao bc, i din cho cỏc thut toỏn ng dng c bit hoc cỏc cng vo/ra tng t cng nh s Cỏc ngụn ng chun c nh ngha IEC 61131-3 cú th s dng Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 4.8 Ethernet 147 to cỏc chc nng linh hot, tng t nh vi cỏc chc nng thụng thng Cng thụng qua cỏc chc nng linh hot ny, vic liờn kt vi H1 cng nh vi cỏc h thng s dng giao thc khỏc c thc hin mt cỏch thng nht Hỡnh 4.25: Mt cu hỡnh d phũng HSE tiờu biu Thit b ch d phũng Switch B Switch A Thit b liờn kt A PLC Thit b liờn kt B Phng tin d phũng Thit b d phũng Cỏc thit b H1 4.4.10 Industrial Ethernet Ti thi im tỏc gi biờn son bi ging ny, Industrial Ethernet (IE) cha phi l mt chun quc t, m ch l tờn ca mt lot cỏc dũng sn phm mt s nh sn xut (trong ú cú Synergetic, Siemens) a Thc cht, IE ch l Ethernet vi cỏc thnh phn mng thớch hp mụi trng cụng nghip Vớ d, loi cỏp ng trc bc lút kộp hoc cỏp ụi dõy xon STP c s dng thay cho cỏc loi cỏp thụng thng Cỏc phn cng mng nh module giao din, b chia hoc router c thit k vi kiu dỏng cụng nghip, cú tin cy cao, chu c iu kin lm vic khc khe hn so vi mng Ethernet phũng c bit, cỏc b chuyn mch v cỏc b chia thng c trang b tớnh nng d phũng 4.4.11 Ti liu tham kho Ti liu tham kho [1] Andrew S Tanenbaum: Computer Networks 3th Edition, Prentice-Hall, 1998 [2] H.W Johnson: Fast Ethernet Dawn of New Network, Englewood Cliff, NJ [3] Fieldbus Foundation, www.fieldbus.org [4] Industrial Ethernet Association, www.industrialethernet.com Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni Chng 5: Thit k h thng mng Chng ny cp ti mt s liờn quan ti bi toỏn tớch hp h thng s dng mng truyn thụng cụng nghip Bờn cnh cỏc v thit k h thng mng, vic ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng cng c bn ti Cui cựng, cỏc liờn quan ti chun cụng nghip cú vai trũ quan trng vic tớch hp h thng s c tho lun 5.1 Thit k h thng mng 5.1.1 Phõn tớch yờu cu Cỏc yu t k thut Khi thit k mt h thng mng ta cn quan tõm ti hng lot cỏc yu t nh cu trỳc mng, khong cỏch truyn, chng nhiu, kiu thụng tin cn trao i, kớch c bc in, tc h thng, tr truyn thụng, s lng v mt cỏc im vo/ra, chng loi thit b iu khin, sỏch lc iu khin, kh nng tng thớch, bin phỏp an ton h thng, o to nhõn lc, kh nng bo trỡ v m rng tng lai Cỏc yu t liờn quan ti mụi trng lm vic nh nhiu in t, cp an ton in, rung, cht n mũn, khụng gian v v trớ lp t cng cn c lu ý Thit k mi, nõng cp hoc thay th Vi mt h thng c xõy dng mi hon ton, nh tớch hp h thng cú nhiu s la chn hn thit k mi Vn cn bn sõu hn l i vi cỏc h thng ó v ang hot ng Khi cỏc yu t k thut ó c kho sỏt, nh tớch hp h thng cn nghiờn cu v trao i vi ch u t v s la chn gii phỏp nõng cp hoc thay th Mt gii phỏp nõng cp cú th ch l tỡm cỏch ni mng cỏc thit b ó cú, hoc nõng cp mt h thng mng c lc hu s dng ti a cỏc thnh phn cú sn Gii phỏp nõng cp cú th tit kim cho u t, nhiờn cú th s khụng tha c mt s chc nng theo yờu cu t v cú th gõy cỏc s khụng tng thớch gia cỏc thnh phn mi v c Mt gii phỏp thay th a mt thit k hon ton mi cho mt h thng lc hu Bờn cnh b sung cỏc thnh phn h thng mng mi thỡ õy vic thay mi cỏc thit b v l iu khú trỏnh Thit k mi cú th a mt gii phỏp nht quỏn, nhiờn u t cao cú th lm gim tớnh thuyt phc ca d ỏn Giỏ thnh, tớnh sn sng v kh nng h tr Nu so sỏnh ti u t tng th cho thi gian 15-20 nm k c chi phớ cho phỏt trin, lp t, a vo hnh v bo trỡ, giỏ mua mt h thng iu khin thụng thng ch Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 5.1 Thit k h thng mng 149 chim khong 20% Hn na, tin cy v tớnh sn sng ca h thng cng l cỏc yu t then cht quyt nh ti li nhun ca mt d ỏn u t Vỡ vy, vic ỏnh giỏ li th lõu di s dng bus trng em li l mt iu rt quan trng, nh hng ti quyt nh u t v quyt nh gii phỏp Tuy nhiờn, thc t nhiu nh tớch hp h thng cng nh nhiu nh u t e ngi vic a vo s dng cụng ngh bus trng bi lý v hiu bit cng nh lý bo th p dng cụng ngh mi ũi hi phi u t cho tỡm hiu v nghiờn cu th nghim, tn ti mt s mo him u t Cng phi núi rng, nu nh mt gii phỏp c in hot ng hiu qu c v mt k thut cng nh v mt kinh t thỡ ớt cú lý phi t b Song vi mt tỡnh th cnh tranh v ton cu húa nh hin nay, c cỏc on cụng ngh t ng húa cú tờn tui nht cng phi t tin húa v thay i t v gii phỏp tớch hp h thng 5.1.2 Cỏc bc tin hnh Da vo cỏc yờu cu c th nh ó nờu, quỏ trỡnh thit k v a vo hnh mt h thng mng cú th tin hnh theo cỏc bc sau õy: La chn kin trỳc iu khin: iu khin trung, iu khin phõn tỏn kiu DCS hoc iu khin phõn tỏn trng La chn gii phỏp mng: Gii phỏp mng nhiu cng ph thuc vo gii phỏp h thng, song thc t cú th cú mt vi s la chn Thụng thng ta cú th la chn mt t hp gii phỏp bus h thng v bus trng n ý vi nhau, nh s trỡnh by chi tit mc 5.2 La chn c ch giao tip: C ch hi ỏp tun t, vo/ra tun hon hay khụng tun hon, cho hng/t hng, lp lch hoc khụng lp lch, vo/ra theo s kin hoc thụng bỏo theo yờu cu La chn thit b: ỏnh giỏ hiu sut lm vic ca cỏc thit b trờn c s thi gian cp nht d liu vo/ra, rung ca chu k iu khin v hiu sut thc hin thut toỏn iu khin Kho sỏt cỏc c tớnh truyn thụng ca cỏc thit b nh tc truyn, c ch giao tip, kiu giao tip, chng ch tng thớch giao thc Thit k cu trỳc mng: S dng cu trỳc mng thớch hp nh ng trc/ng nhỏnh, mch vũng, hỡnh hoc cõy, m bo c cỏc yờu cu v s trm, tc truyn v khong cỏch truyn Chn cu hỡnh cỏc b ngun cho mng: ỏnh giỏ v tớnh toỏn cụng sut cỏc b ngun cp cho phự hp vi s trm, kiu thit b v cỏp ni/b ni cng nh tha cỏc yờu cu v chng nhiu, chng chỏy n t cu hỡnh mng: S dng cỏc mỏy tớnh vi phn mm cu hỡnh mng, cỏc cụng c cu hỡnh chuyờn dng, cỏc cụng tc v cht ti thit b t a ch, tc truyn, quan h giao tip, i vi nhiu h thng, vic t cu hỡnh mng liờn quan trc tip ti lp trỡnh ng dng Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 5.1 Thit k h thng mng 150 Tip t: Ni cỏc ng dõy trung tớnh ca ngun DC cng nh v bc vi t cú tr khỏng thp Nu s dng nhiu ngun cp, ch s dng ng tip t ti mt ngun, tt nht l gn vi trung tõm ca mng Chy th: Kim tra hot ng truyn thụng vi nhiu sỏch lc th khỏc nhau, cú th vi mt s hoc ton b cỏc thit b bt ngun Lu ý rng hu ht cỏc li truyn thụng liờn quan ti cỏp truyn, tr u cui, tip t, ngun cho mng, a ch v tc truyn Chn oỏn li: Li thit b, li h mch, nhiu in t, tớn hiu mộo hoc suy gim cú th nhn bit bng nhiu phng phỏp Mt s li cú th phỏt hin bng cỏch tỏch mt phn mng v quan sỏt phn cũn li Cú th s dng cỏc cụng c chuyờn dng nh bus monitor hoc cỏc mỏy lp trỡnh vi cỏc phn mm cu hỡnh mng chn oỏn Phn trỡnh by chng chớnh l cỏc kin thc c s quan trng giỳp ớch cho vic phõn tớch v chn oỏn li Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 5.2 ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng 151 5.2 ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng T nhiu nm nay, cỏc ch bn cói vic tớch hp h thng da trờn c s mng truyn thụng cụng nghip ó khụng cũn l nờn hay khụng nờn, m thng xoay quanh cõu hi mng gỡ? S hin din ca hng lot cỏc h thng truyn thụng cụng nghip khỏc k thut t ng húa mang n cho ngi s dng nhiu c hi la chn, nhng cng khụng ớt thỏch thc Vn mu cht ỏnh giỏ, la chn mt gii phỏp khụng ch nm yờu cu v cỏc c tớnh k thut, m cũn liờn quan ti linh hot, kh nng m rng v giỏ thnh tng th ca h thng Mi h thng truyn thụng cụng nghip cú nhng th mnh riờng v c trng dng mt s lnh vc nht nh Trong mt tng lai gn, khú cú mt loi no cú th chim c u th tuyt i Cng chớnh vỡ vy, c gng chun húa mt h bus trng thng nht khuụn kh IEC 61158 ó khụng thnh nh mc ớch t ban u Thay vo ú, cỏc thnh viờn ban xõy dng chun v cỏc i gia t ng húa ó phi ngi li vi nhiu ln v vo cui nm 1999 ó a mt gii phỏp tha hip gm nhiu h bus thụng dng Bờn cnh chun IEC 1158-2 c thỡ PROFIBUS, P-Net, WorldFIP, INTERBUS, ControlNet, SwiftNet v Foundation Fieldbuss HSE ó c a vo Chun mi ny ang tip tc c phỏt trin v cho n cng ó bao gm c Foundation Fieldbus H1, Ethernet/IP v PROFInet i vi cỏc nh lm cụng vic thit k v tớch hp h thng, vic ỏnh giỏ gii phỏp khụng phi bao gi cng l iu d dng cú mt quyt nh ỳng n vic chn la mt h thng bus, hoc cng cú phi kt hp mt vi h thng cho mt gii phỏp t ng húa, ta phi chỳ ý ti khụng ớt nhng khớa cnh k thut cng nh c im ng dng c th Di õy, tỏc gi a mt qui trỡnh la chn gii phỏp mng ln lt da theo tiờu chớ: c thự ca cp ng dng, c thự ca lnh vc ng dng, yờu cu k thut chi tit v yờu cu kinh t 5.2.1 c thự ca cp ng dng Ngay chng m u, phn 1.3 ó phõn tớch rt rừ c thự ca cỏc cp ng dng v yờu cu i vi cỏc h thng mng truyn thụng cụng nghip tng ng Trong thc t ngy nay, chỳng ta ch cn trung vo hai cp l bus h thng (bus iu khin) v bus trng (bus thit b) S khỏc v yờu cu gia hai cp ny th hin cỏc im sau õy: Bus h thng yờu cu tc truyn cao hn nhiu so vi bus trng S lng trm ghộp ni vi bus h thng thng ớt hn hn bus trng, chng loi thit b ghộp ni vi bus h thng cng ng nht hn Bus h thng ũi hi tớnh nng thi gian thc ớt ngt nghốo hn bus trng Cú th núi, vic la chn bus h thng ngy gn nh xoay quanh mt s khụng nhiu h da trờn nn Ethernet, s la chn i vi bus trng ln hn nhiu Gn õy cú xu hng xut hin mt s t hp cụng ngh nh HSE vi Foundation Fieldbus H1, PROFInet vi PROFIBUS v AS-i, Ethernet/IP vi ControlNet v Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 5.2 ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng 152 DeviceNet õy chớnh l mt yu t tip th quan trng, cú li cho cỏc nh sn xut nhng ng thi cng d cho ngi s dng phi ng trc mt s la chn 5.2.2 c thự ca lnh vc ng dng Khi xõy dng mt gii phỏp ng dng mng truyn thụng cụng nghip, ta phi quan tõm ti qui mụ v c thự ca lnh vc ng dng Cú th k mt s cỏc lnh vc ng dng tiờu biu nh: T ng húa cỏc thit b v mỏy múc n l T ng húa quỏ trỡnh T ng húa xớ nghip T ng húa tũa nh iu khin v giỏm sỏt cỏc h thng giao thụng-vn ti iu phi v giỏm sỏt cỏc h thng phõn phi nng lng T ng húa cỏc thit b v mỏy múc n l T ng húa cỏc thit b v mỏy múc n l bao gm cỏc lnh vc iu khin cn cu, iu khin thang mỏy, iu khin mỏy cụng c, iu khin robot, iu khin phng tin giao thụng õy hu nh ngi ta ch quan tõm ti nhim v iu khin t ng, cũn phn iu khin giỏm sỏt nu cú thỡ cng ch dng li chc nng giao din ngi-mỏy n gin Cỏc bi toỏn iu khin cú th rt khỏc nhau, t iu khin logic ti iu khin quỏ trỡnh v iu khin chuyn ng c thự ca cỏc ng dng ny l yờu cu rt cao v tớnh nng thi gian thc, lng d liu trao i khụng ln Cỏc mỏy múc, thit b c sn xut hng lot, vỡ vy u t cho gii phỏp iu khin trờn mt thnh phm phi tht tit kim Cỏc yờu cu ny dn n phi s dng cỏc gii phỏp bus thit b vi kin trỳc giao thc n gin, phự hp cho ghộp ni trc tip cỏc cm bin v c cu chp hnh, cú tớnh tin nh v giỏ thnh thp Mt vi vớ d tiờu biu l CAN, AS-i, SwiftNet v Sercos T ng húa quỏ trỡnh T ng húa cụng nghip thng c chia thnh hai mng l t ng húa quỏ trỡnh (process automation) v t ng húa xớ nghip (factory automation), tng ng vi hai lnh vc ng dng c bn l cụng nghip ch bin, khai thỏc (process industry) v cụng nghip ch to, lp rỏp (manufacturing) Cụng nghip ch bin v khai thỏc bao gm cỏc ngnh du khớ, than, húa du, húa cht, thc phm, dc phm, in lc, xi mng, giy, Cỏc ngnh cũn li nh xe hi, ch to mỏy cụng c, luyn kim, cỏn thộp, in t c xp vo cụng nghip ch to, lp rỏp c thự ca cỏc ngnh cụng nghip khai thỏc v ch bin l cỏc quỏ trỡnh liờn tc din bin chm Vỡ vy tn sut trao i d liu thp, nhiờn bc in thng di cha thụng tin v cỏc bin tng t Cụng ngh bus trng õy khụng ũi hi tc cao, nhng ph mng ln, phi cú tớnh tin nh v cú s la chn cho phự hp mụi trng d chỏy n Khụng nghi ng gỡ, hai cụng ngh bus trng i u lnh vc ny l Foundation Fieldbus H1 v PROFIBUS-PA Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 5.2 ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng 153 T ng húa xớ nghip Trong cỏc ngnh cụng nghip ch to v lp rỏp, bi toỏn iu khin logic v iu khin trỡnh t úng vai trũ trung tõm, nu khụng k ti bi toỏn iu khin mỏy múc v thit b n l, iu khin chuyn ng Cỏc h thng iu khin v giỏm sỏt õy thng cú qui mụ nh hn so vi cụng nghip ch bin, lng d liu cn trao i thng ớt hn nhng cú yờu cu cao hn v thi gian phn ng Cỏc gii phỏp mng tiờu biu l INTERBUS, DeviceNet, PROFIBUS-DP v AS-i T ng húa tũa nh T ng húa tũa nh l mt lnh vc ng dng cú nhiu tim nng, c bit ti cỏc khu vc ang phỏt trin xõy dng mnh nh Vit Nam Cỏc tũa nh cụng s, cỏc khỏch sn, cỏc sõn bay v c cỏc nh chung c cng cú nhu cu t ng húa cao Cỏc h thng lũ si, iu hũa nhit , h thng úng m ca, h thng thang mỏy, h thng chiu sỏng, h thng cnh bỏo chỏy, u l cỏc i tng cn iu khin v giỏm sỏt t trung tõm Tuy cỏc bi toỏn iu khin khụng phi quỏ phc tp, nhng s lng cỏc thit b thỡ rt ln v chng loi thỡ a dng Mt s cụng ngh bus cú u th lnh vc ny l LON, EIB v gn õy l truyn thụng qua ng in lc Cỏc h thng giao thụng-vn ti Cỏc h thng iu khin v giỏm sỏt lnh vc giao thụng, vớ d iu khin giao thụng ụ th, ng st, hng hi hoc hng khụng l cỏc h thng cú cu trỳc phõn tỏn mt cỏch t nhiờn Cỏc bi toỏn tiờu biu lnh vc ny iu khin tớn hiu cỏc nỳt giao thụng, iu khin phõn lung giao thụng, iu ng phng tin giao thụng v tng lai l cỏc h thng xe t hnh Vic ni mng cú th thc hin qua nhiu phng thc khỏc nhau, vớ d qua ng in lc, qua súng vụ tuyn, qua ng in thoi n nay, hu ht cỏc ng dng ny u da trờn cỏc gii phỏp c bit, úng kớn Tuy nhiờn, õy ta cng cú th ngh ti ỏp dng mt s h thng mng cụng nghip chun nh INTERBUS hoc PROFIBUS-DP kt hp vi s dng cỏp quang, hoc giao thc Modbus kt hp qua ng in lc hoc in thoi cụng cng Cỏc h thng phõn phi nng lng Tng t nh cỏc h thng giao thụng, cỏc mng li phõn phi nng lng nh cung cp in, nc, ga u cú bn cht lai v phõn tỏn mt cỏch t nhiờn c bit, iu phi v giỏm sỏt cỏc mng in lc quc gia l mt bi toỏn tng i phc bi mc tri rng v phõn tỏn cao, mụ hỡnh bt nh, tớnh nng thi gian thc ngt nghốo Vic s dng cỏc cụng ngh truyn thụng qua ng in lc, hoc ng cỏp quang kt hp vi mt s giao thc chun nh MODBUS cú th l mt gii phỏp hp lý 5.2.3 Yờu cu k thut chi tit Mt phng phỏp c ỏp dng ph bin la chn mt h thng bus l phng phỏp loi tr dn da trờn c s cỏc tiờu chun k thut nh sau: Cu trỳc: Topology, chiu di ti a ca mng, s trm ti a mt on (segment) Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni 5.2 ỏnh giỏ v la chn gii phỏp mng 154 c tớnh thi gian: Tớnh nng thi gian thc ( nhanh, kp thi, d oỏn c), thi gian phn ng tiờu biu Kh nng truyn ti d liu: Tc ti a v di d liu hu ớch ti a mt bc in (telegram) ng ti ngun: Kh nng cung cp ngun ca bus cho cỏc thit b tham gia (trm) linh hot: Kh nng lp t v thay th cỏc trm hnh, kh nng m rng h thng (vớ d m rng sn xut) an ton: Loi tr kh nng gõy chỏy n, gõy cỏc nh hng xu ti mụi trng xung quanh bn vng, tin cy: Hot ng n nh cú nh hng, nhiu t mụi trng xung quanh Chun húa: iu kin cho kh nng tng tỏc, tớnh nng m ca h thng, trỏnh lc hu tng lai Cụng c h tr: Phn mm qun tr mng, h tr giỏm sỏt, chn oỏn s c i vi mt ng dng c th, cú th cú nhiu gii phỏp t thớch hp m ch khỏc mt s im nh Trong nhng trng hp nh vy, cn phõn tớch v ỏnh giỏ mt cỏch thn trng, k lng Ngay c cỏc thụng s k thut tng chng tng ng, nhng li khỏc mt cỏch c bn, vỡ th ũi hi phi cõn nhc thn trng Vớ d, khụng phi mt lnh vc ng dng no cng cn mt h thng bus cú tc truyn ti d liu tht cao m yu t quan trng hn l thi gian phn ng phi nh v d oỏn trc c 5.2.4 Yờu cu kinh t Trong yờu cu mang tớnh cht kinh t ta cn xột hai yu t chớnh: Giỏ thnh tng th: Tng hp giỏ thnh trang thit b, cụng thit k, lp t v bo trỡ Hin trng th trng: C hi mua sm thit b v dch v Kinh nghim thc t cho thy, ngi s dng thng hay coi nh vic hch toỏn giỏ thnh tng th quỏ trung vo cỏc c tớnh k thut v giỏ c trang thit b phn cng Vớ d, trỡnh v kinh nghim sn cú cng nh giỏ dch v thit k, lp t v bo trỡ úng vai trũ rt quan trng u t tng th v lõu di Trong hon cnh Vit nam, vic mua sm cỏc thit b, cụng c phn mm cng nh cỏc dch v h tr cú nhiu hn ch, vỡ vy yu t hin trng th trng, kin thc v kinh nghim sn cú nh hng ln ti mt quyt nh Tuy nhiờn, ta cng cn thn trng vi thúi quen v s nh hng ca nhón mỏc, cng nh khụng nờn c gi nhng mc cm, nh kin v mt h thng no Cng nh bt c lnh vc no in t, tin hc, cỏc cụng ngh bus trng cú nhng i mi, tin b khụng ngng Xu hng thõm nhp ca Ethernet vo cp iu khin v cp chp hnh l mt vớ d tiờu biu Bi ging: Mng truyn thụng cụng nghip â 2008, Hong Minh Sn HBK H Ni