Bài giảng Mạng truyền thông công nghiệp

Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 1 Chương I Mạng máy tính • Khái niệm mạng máy tính • Phân loại mạng máy tính ebo ok s@ fre e4v n.o rg Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 2 Mạng máy tính ü Mạng máy tính là mạng bao gồm ít nhất hai máy tính kết nối với nhau thông qua đường truyền vật lí cho phép chúng chia xẻ dữ liệu và tài nguyên . Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 3 ü DÞch vô tËp tin ü DÞch vô in ü DÞch vô th«ng ®iÖp ü DÞch vô th­ môc ü DÞch vô øng dông ü DÞch vô c¬ së dữ liÖu Dịch vụ mạng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 4 Phân loại mạng • Theo mô hình mạng • Theo qui mô mạng • Theo cấu trúc liên kết của mạng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 5 Phân loại theo mô hình mạng • Loại mạng bình đẳng • Loại mạng theo mô hình khách chủ Client/Server • Loại mạng hỗn hợp Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 6 Mô hình mạng bình đẳng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 7 Clients Server Mô hình mạng khách chủ Client/Server Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 8 Phân loại theo qui mô mạng • Mạng cục bộ LAN( Local Area Network) • Mạng đô thị MAN(Metropolitan Area Network) • Mạng diện rộng WAN(Wide Area Network) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 9 Phân loại theo Topology • Mạng bus • Mạng hình sao • Mạch vòng • Mạng hình lưới Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 10 Trunk Mạng bus Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 11 Mạng hình sao Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 12 Mạng hình vòng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 13 Mạng hình lưới Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 14 Chương 2 Mạng truyền thông công nghiệp • Khái niệm mạng truyền thông công nghiệp • Phân loại và đặc trưng của hệ thống mạng truyền thông công nghiệp Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 15 Mạng truyền thông công nghiệp ü Mạng truyền thông công nghiệp là khái niệm chung để chỉ các hệ thống truyền thông số, truyền bit nối tiếp dùng để ghép nối các thiết bị dùng trong công nghiệp. ü Các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cơ cấu chấp hành, cảm biến đến cấp điều khiển giám sát, cấp điều hành xí nghiệp và quản lí công ty. Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 16 Ưu điểm của mạng công nghiệp ü Ьn giản hãa cÊu tróc liªn kÕt giữa c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp ü Giảm ®¸ng kÓ gi¸ thµnh d©y nèi vµ c«ng l¾p ®Æt hÖ thèng ü N©ng cao ®é tin cËy vµ ®é chÝnh x¸c cña th«ng tin nhê truyÒn th«ng sè ü N©ng cao ®é linh ho¹t, tÝnh năng më cña hÖ thèng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 17 Ø Đ¬n giản hãa, tiÖn lîi hãa viÖc chÈn ®o¸n, ®Þnh vÞ lçi, sù cè cña c¸c thiÕt bÞ Ø N©ng cao khả năng t­¬ng t¸c giữa c¸c thµnh phÇn (phÇn cøng vµ phÇn mÒm) nhê c¸c giao diÖn chuÈn Ø Më ra nhiÒu chøc năng vµ khả năng øng dông míi cña hÖ thèng, vÝ dô c¸c øng dông ®iÒu khiÓn ph©n t¸n, ®iÒu khiÓn gi¸m s¸t hoÆc chÈn ®o¸n lçi tõ xa qua Internet. Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 18 Mô hình phân cấp chức năng của một nhà máy công nghiệp Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 19 Chương 3 Cơ sở kĩ thuật của mạng truyền thông công nghiệp • Các khái niệm cơ bản • Chế độ truyền tải • Cấu trúc mạng (Topology) • Kiến trúc giao thức • Truy nhập bus • Bảo toàn dữ liệu Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 20 • Mã hoá bit • Các chuẩn truyền dẫn • Các thiết bị liên kết mạng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 21 ü Truyền thông ü Đối tác truyền thông ü Giao thức truyền thông ü Đường truyền vật lí ü Tốc độ truyền dữ liệu ü Dải thông đường truyền ü Mã hoá/giải mã Truyền thông, truyền dữ liệu và truyền tín hiệu Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 22 Tính năng thời gian thực ü Độ nhanh nhạy ü Tính tiền định ü Độ tin cậy, kịp thời ü Tính bền vững Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 23 Chế độ truyền tải ü Truyền song song hay nối tiếp ü Truyền đồng bộ hay không đồng bộ ü Truyền một chiều (simplex), hai chiều gián đoạn (half-duplex), hai chiều toàn phần Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 24 1 0 1 0 0 0 1 1 Truyền bit song song 10010110 Truyền bit nối tiếp Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 25 Bé ph¸t Bé thu 10110010 Bé thu ph¸t Bé thu ph¸t 10110010 Bé thu ph¸t Bé thu ph¸t 10110010 10110010 Simplex Half-Duplex Full-Duplex Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 26 Cấu trúc mạng Topology ü Các kiểu liên kết mạng ü Cấu trúc bus ü Cấu trúc mạch vòng tích cực ü Cấu trúc hình sao ü Cấu trúc cây Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 27 Liên kết ü Liên kết điểm- điểm (point to point) ü Liên kết điểm- nhiều điểm (multi-drop) ü Liên kết nhiều điểm (multi point) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 28 Cấu trúc bus ü Kiểu daisy-chain ü Kiểu trunk-line/drop line ü Kiểu mạch vòng không tích cực Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 29 Kiểu daisy-chain trunk-line drop-line Kiểu trunk-line/drop line Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 30 Cấu trúc mạch vòng không tích cực Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 31 Cấu trúc mạch vòng Mạch vòng không có điều khiển trung tâm Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 32 Master Mạch vòng có điều khiển trung tâm Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 33 HUB Master Station Station Station Station Cấu trúc hình sao Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 34 Station Master StationMaster Station Station Station StationStationStation Master R R G Cấu trúc hình cây Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 35 Kiến trúc giao thức ü Giao thức cấp cao ü Giao thức cấp thấp Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 36 Giao thức cấp cao ü FTP (File Transfer Protocol) ü HTTP (Hypertext Transfer Protocol) ü MMS (Manufactoring Message Specification) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 37 Giao thức cấp thấp ü TCP/IP (Transmission Control Protocol/Internet Protocol) ü HART (Highway Adressable Remote Transducer) ü HLDC (High Level Data-Link Control) ü UART Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 38 Kiến trúc giao thức OSI 7 6 5 4 3 2 1 7 6 5 4 3 2 1 Application Presentation Session Transport Network Data Link Physical øng dông Tr×nh diÖn Phiªn Giao vËn M¹ng Liªn kÕt d÷ liÖu VËt lÝ Mô hình qui chiếu OSI Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 39 Kiến trúc giao thức TCP/IP OSI TCP/IP Líp øng dông Líp biÓu diÔn d÷ liÖu Líp kiÓm so¸t lçi Líp vËn chuyÓn Líp m¹ng Líp liªn kÕt d÷ liÖu Líp vËt lÝ Líp øng dông TELNET FTP SNMP SMTP DNS Líp vËn chuyÓn TCP UDP Líp Internet ICMP IP ARP RARP Líp truy nhËp m¹ng Líp vËt lÝ So sánh TCP/IP và OSI Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 40 Truy nhập bus Phương pháp truy nhập bus Truy nhập tiền định Truy nhập ngẫu nhiên Kiểm soát tập trung Master/Slave TDMA Kiểm soát phân tán Token Passing Nhận biết xung đột CSMA/CD Tránh xung đột CSMA/CA Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 41 Bảo toàn dữ liệu ü Parity bit 1 chiều và 2 chiều ü CRC (Cyclic Redundancy Check ü Nhồi bit (Bit stuffing) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 42 Mã hoá bit ü NRZ, RZ (Non-Return To Zero, Return To Zero) ü Mã Manchester ü AFP (Alternate Flanks Pulse) ü FSK (Frequency Shift Keying) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 43 NRZ và RZ NRZ : 1 ứng với mức tín hiệu cao, 0 ứng với mức tín hiệu thấp trong suốt chu kì T 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 10 RZ : 1 ứng với mức tín hiệu cao trong nửa chu kì bit T, 0 ứng với mức tín hiệu thấp trong nửa chu kì bit T Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 44 0 1 1 0 1 0 10 Mã Manchester II : 1 ứng với sườn xuống của xung, 0 ứng với sườn lên của xung ở giữa chu kì T 0 1 1 0 1 0 10 AFP : Thay đổi giữa 0 và 1 được đánh dấu bằng một xung xoay chiều Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 45 Các chuẩn truyền dẫn ü RS-232 ü RS-422 ü RS-485 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 46 Phương trức truyền dẫn D D D R R R Truyền dẫn không đối xứng (3 kênh 4 dây dẫn) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 47 D D D R R R T T T T T T A B A’ B’ A” B” Truyền dẫn chênh lệch đối xứng Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 48 RS-232 ü Phương thức truyền dẫn không đối xứng ü Mức logic 1 (-15V đến -3V) ; logic 0 (3V đến 15V) ü Tốc độ truyền tối đa 19.2kBd (chiều dài cho phép của dây dẫn là 30-50m) ü Chế độ làm việc là hai chiều toàn phần (full-duplex) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 49 TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND Transmit Data Receive Data Ready To Send Clear To Send Data Terminal Ready Data Set Ready Ground TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND TxD RxD RTS CTS DTR DSR GND a) CÊu h×nh ghÐp tèi thiÓu a) ChÕ ®é b¾t tay Một số ví dụ ghép nối với RS-232 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 50 RS-422 ü Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng ü Phạm vi truyền dẫn 1200m ü Chế độ truyền dẫn có thể là simplex. half-duplex hoặc full-duplex ü Dùng để thay thế cho RS-232 ở khoảng cách truyền thông lớn và tốc độ cao hơn Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 51 RS-485 ü Phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng ü Cho phép nối mạng 32 tải đơn vị ü Tốc độ truyền lên đến 10Mbit/s ü Cự li truyền 1200m ü Truyền thông đa điểm chỉ sử dụng một đường bus chung duy nhất Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 52 Thiết bị liên kết mạng ü Repeater ü Bridge ü Router ü Gateway Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 53 Repeater 1 VD: Profibus segment 1 VD: Profibus segment 2 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Bộ lặp ( Repeater) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 54 VD : Token Bus VD : Ethernet 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Bridge LLC MAC MAC 1 1 Bridge trong mô hình OSI Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 55 VD : Token Ring VD : X.25 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 7 Router 3 2 2 1 1 Router trong mô hình OSI Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 56 Các hệ thống bus tiêu biểu Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 57 Mô hình hệ thống Centum CS3000 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 58 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 59 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 60 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 61 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 62 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 63 Mạng truyền thông công nghiệp của Siemens Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 64 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 65 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 66 Industrial Ethernet Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 67 Card giao diện mạng kiểu PCI Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 68 Ethernet ü 10 BASE-T : Tốc độ 10Mbps trên đường cáp xoắn đôi ü Fast Ethernet : Tốc độ gấp 10 lần 10BASE-T ü Gigabit Ethernet : Mở rộng giao thức Ethernet hơn nữa, tốc độ tăng gấp 10 lần Fast Ethernet ( 1000Mbps hay 1 Gbps) ü 10 Gigabit Ethernet : Một phiên bản tốc độ cao hơn nữa của Ethernet. Tốc độ dữ liệu 10Gbps tạo băng thông lớn trong các mạng diện rộng và mạng thành phố Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 69 Các thành phần hệ thống mạng ü Data Terminal Equipment (DTE) ü Data Communication Equipment (DCE) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 70 Kiến trúc mạng Liên kết điểm- điểm trunk-line/drop-line Cấu trúc hình sao Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 71 PROFIBUS ü PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) ü PROFIBUS-DP (Decentralized Peripheral) ü PROFIBUS-PA (Process Automation) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 72 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 73 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 74 Cấu trúc mạng và kĩ thuật truyền dẫn • Truyền dẫn với RS-485 • Truyền dẫn với cáp quang • Truyền dẫn theo chuẩn IEC1158-2 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 75 Truyền dẫn với RS-485 ü Cấu trúc mạng kiểu trunk-line/drop line ü Cáp dẫn được sử dụng là đôi dây xoắn có bảo vệ ü Tốc độ truyền 9.6kBit/s đến 12MBit/s ü Chiều dài dây dẫn tối đa trong một đoạn mạng từ 1000 đến 1200m Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 76 ü Số lượng tối đa các trạm trong một đoạn mạng là 32 ü Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều đồng thời ü Phương pháp mã hoá bit là NRZ Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 77 Truy nhập bus ü Master/Slave ü Token Passing ü Kết hợp 2 phương pháp Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 78 Master Master Master Slave Slave Slave Slave PROFIBUS Vßng Token logic gi÷a c¸c c¸c thiÕt bÞ Master Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 79 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 80 Card giao diện kết nối PC với hệ thống PROFIBUS (12Mbps) Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 81 AS-i (Actuator Sensor Interface) ü Cấu trúc mạng kiểu đường thẳng (daisy chain hay trunk-line/drop line) hoặc cấu trúc kiểu hình cây. ü AS-i hoạt động theo cơ chế giao tiếp chủ tớ. Trong một chu kì bus, trạm chủ thực hiện trao đổi với mỗi trạm tớ theo phương pháp hỏi tuần tự. ü Chiều dài tổng cộng cáp truyền tối đa là 100m ( tốc độ truyền 167kBps), với các khoảng cách lớn hơn dùng bộ lặp. ü Số trạm tối đa trong một đoạn mạng là 31 ứng với 124 thiết bị (mỗi trạm tối đa 4 thiết bị). Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 82 AS-i ( Actuator Sensor Interface) PS CPU PS CPU Vµo/ra ph©n t¸n PS C PU PLC víi giao diÖn AS-i Sensor/Actuator Sensor/Actuator Sensor/Actuator Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 83 AS-I Master (PC, PLC, CNC..) Nguån DC Bé chia Bé nèi tÝch cùc AS-I Slave S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A S/A Nguyên tắc ghép nối thiết bị trong một hệ AS-i Cảm biến cơ cấu chấp hành thông thường Cảm biến cơ cấu chấp hành là AS-i Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 84 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 85 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 86 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 87 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 88 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 89 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 90 Mạng Device Net ü Giao tiếp kiểu tay đôi (peer to peer) hoặc chủ/tớ (Master/Slave). ü Cấu trúc mạng kiểu trunk-line/drop line với chiều dài đoạn nhánh hạn chế dưới 6m. ü Ba tốc độ được qui định 125 kBit/s, 250 kBit/s và 500 kBit/s ứng với chiều dài tối đa của đường trục là 500m, 250m, 100m. ü Mỗi mạng Device Net cho phép ghép nối tối đa 64 trạm Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 91 Mạng Device Net Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 92 Kết nối mạng Device Net và kiến trúc Allen Bradley Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 93 Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 94 Interbus-S ü Cấu trúc mạng dạng mạch vòng ü Truy nhập bus kết hợp Master/Salve và TDMA. ü Truyền dẫn theo chuẩn RS-485 với cáp dẫn đôi dây xoắn. ü Tốc độ truyền 500kBit/s với khoảng cách tối đa giữa hai thiết bị là 400m. ü Phương pháp mã hoá bit là NRZ. Riêng với Interbus- loop (dùng trong môi trường dễ cháy nổ) dùng phương pháp mã hoá Manchester. Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 95 Interbus-S Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 96 Cấu trúc khung truyền dữ liệu Edit and upload by lythanhthuan@gmail.com 97