Ứng dụng Module truyền thông GPRS/GSM CP1242-7 của SIEMENS

Việc thu thập và xử lý dữ liệu trong Ngành công nghiệp Tự động hóa đã trở lên dễ dàng hơn nhờ ứng dụng Công nghệ truyền thông GSM/GPRS được phủ sóng toàn cầu. Bài báo trình bày tổng quan về module CP1242-7, các loại cấu hình, chế độ, các phần mềm giám sát, hỗ trợ truyền thông và khai báo các thông số của mạng.

1. Giới thiệu

Nhu cầu thu thập và xử lý dữ liệu ngày càng tăng trong hầu hết các lĩnh vực của đời sống cũng như sản xuất. Như thu thập thông tin các cảm biến trong dự báo cháy nổ, nhiệt độ và độ ẩm trong nông nghiệp, trong dự báo thời tiết, an ninh giám sát, trong hệ thống điều khiển giám sát trạm bơm… Chúng ta chủ yếu sử dụng các hệ thống có dây để truyền thông dữ liệu qua RS232, 485 hay mạng LAN, internet hoặc các hệ thống không dây như sóng vô tuyến RF, hồng ngoại nhưng nhược điểm là cự ly truyền thông ngắn mà lại phức tạp.

Mạng di động thế hệ thứ hai GSM ra đời với các dịch vụ tin nhắn ngắn SMS, thoại, GPRS đã phủ sóng khắp mọi nơi. Nhận thấy khả năng có thể truyền các thông tin như các thông tin đo lường, thông tin điều khiển, giám sát đi xa với khoảng cách không giới hạn... các nhà sản xuất thiết bị công nghiệp đã cho ra đời các thiết bị chuyên dụng thu phát GSM với các giao tiếp dữ liệu với PLC, máy tính cho phép người dùng có thể khai thác thông tin từ SMS, GPRS vào những ứng dụng khác nhau. Một trong thiết bị đó là module truyền thông GPRS CP1242-7 của Siemens.

Phần 2 giới thiệu module GPRS/GSM CP1242-7 khi kết nối với Bộ điều khiển S7-1200; Phần 3 là Nền TIA PORTAL, các phần mềm và các loại cấu hình, và các thông số cần khai báo trong TCBS bày trong Phần 4, cuối bài báo là Phần kết luận.

2. Moduletruyền thông GPRS/GSM CP1242-7

2.1. Tổng quan về module truyền thông GPRS CP1242-7

 Ứng dụng Telecontrol
 Gửi tin nhắn bằng SMS : Thông qua CP 1242-7, PLC của Trạm từ xa có thể nhận hay gửi tin nhắn thông qua mạng GSM.
 Truyền thông với trung tâm điều khiển: CP 1242-7 được cài đặt ở chế độ Telecontrol. Trạm từ xa truyền thông thông qua mạng GSM hoặc mạng Internet đến máy chủ. Ngoài ra nó cũng có thể giao tiếp với các hệ thống phức tạp hơn nhờ vào hệ thống OPC.

 Truyền thông giữa các trạm S7-1200 thông qua mạng GSM
Dựa vào các dịch vụ GSM và chế độ của CP, truyền thông giữa các trạm được thực hiện bằng nhiều cách khác nhau:
 Truyền thông giữa các trạm thông qua 1 trạm chủ

 Truyền thông trực tiếp giữa các trạm với nhau
TeleService bằng GPRS
Kết nối Teleservice được thiết lập giữa trạm kỹ thuật có cài đặt STEP7 và trạm từ xa thông qua mạng GSM.
Ta có thể sử dụng ứng dụng này để tải chương trình hay dự án đến CPU của trạm hoặc có thể kiểm tra dữ liệu ở trạm từ xa.

2.2. Cấu hình và chế độ làm việc
a. Các loại cấu hình
Gửi tin nhắn qua SMS giữa trạm trường với đối tác truyền thông là điện thoại di động thông qua GPRS.
Truyền thông từ các trạm trường S7-1200 tích hợp CP1242-7 hoặc S7-200 tích hợp MD720-3 đến trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet.
Truyền thông trực tiếp giữa các trạm trường với nhau thông qua GPRS
Truyền thông giữa trạm trường với trạm trung tâm thông qua GPRS/Internet có cả trạm kỹ thuật để download chương trình tới trạm trường hoặc tìm, chẩn đoán lỗi của trạm trường.

b. Các chế độ
Telecontrol Server Basic (TCSB) là phần mềm cho phép kết nối 5000 trạm từ xa với nhau thông qua truyền thông không dây GSM/GPRS với giao diện OPC để giám sát, do đó:
- Có thể thực hiện cho nhiều ứng dụng khác nhau và là giải pháp mới cho việc truyền thông.
- Ngoài ra phần mềm này cũng cho phép phân phối các Trạm, quản lý các ứng dụng cùng lúc trên cùng 1 máy chủ.
Máy tính có kết nối internet được cài đặt TCSB được gọi là Telecontrol Server hay còn gọi là trạm trung tâm.
 Chế độ Telecontrol :  
- Truyền thông dựa trên các dịch vụ không dây
- Hoạt động của PLC không phụ thuộc vào các nhà cung cấp dịch vụ
- Hoạt động của PLC sẽ được bảo mật tuyệt đối nhờ vào APN của nhà mạng
- Trạm trung tâm sẽ giám sát hoạt động của các trạm từ xa
- Kết nối các trạm từ xa với trạm trung tâm thông qua giao diện OPC
 Chế độ TeleService
- Download chương trình hay dự án đến các trạm từ xa
- Tìm và chuẩn đoán lỗi của các trạm từ xa
 Chế độ bảo vệ
Để bảo vệ các trạm khỏi sự truy cập bất hợp pháp, ta có các cách sau:
- Tài khoản và mật khẩu (User và password)
- Sự cho phép người sử dụng (User permissions)
- Đăng kí chủ số điện thoại (Authorized phone numbers)

3. Nền TIA PORTAL

Chúng ta đều biết đến các phần mềm lập trình, mô phỏng của Siemens như Step7 – Microwin dùng cho PLC S7- 200, Step7 Manager dùng cho S7-300/400. WinCC  là phần mềm để giám sát, thu thập dữ liệu, thiết kể giao diện cho giao diện HMI (SCADA). Cùng với xu thế phát triển, update phần mềm mới với các tính năng vượt trội, khắc phục nhược điểm, bất tiện của những version trước đó, Siemens cho ra đời một phần mềm cơ sở tích hợp tất cả các phần mềm lập trình cho các hệ thống tự động hóa và truyền động điện totally Integrated Automation Portal (TIA Portal).

- Phần mềm lập trình mới này giúp người sử dụng phát triển, tích hợp các hệ thống tự động hóa một cách nhanh chóng, do giảm thiểu thời gian trong việc tích hợp, xây dựng ứng dụng từ những phần mềm riêng rẽ.

- Phần mềm mới Simatic Step 7 V13, tích hợp trên TIA Portal, để lập trình cho S7-1200, 1500 và hệ thống tự động PC-based Simatic WinAC. Simatic Step 7 V13 được chia thành các module khác nhau, tùy theo nhu cầu của người sử dụng. Simatic Step 7 V13 cũng hỗ trợ tính năng chuyển đổi chương trình PLC, HMI đang sử dụng sang chương trình mới trên TIA Portal.

- Phần mềm mới Simatic WinCC V13, cũng được tích hợp trên TIA Portal, dùng để cấu hình cho các màn hình TP và MP hiện tại, màn hình mới Comfort, cũng như để giám sát điều khiển hệ thống trên máy tính (SCADA).

Hình 5. Sơ đồ hệ thống và các thông số yêu cầu

4. Khai báo, cấu hình Telecontrol Server Basic

Để có thể giao tiếp, truyền thông qua GPRS, cần địa chỉ IP tĩnh, hoặc tên miền tĩnh và các thông số của nhà mạng cung cấp dịch vụ internet/GPRS.
- APN
- APN user and password
- Port
- IP address (v4 or v6)
- …

 Trạm trường bao gồm PLC S7-1200, 01 module CP1242-7 có gắn SIM, 01 anten.
 Trạm trung tâm sử dụng một máy tính cá nhân có kết nối internet, cài đặt Telecontrol Server Basic.

5. Kết luận

Bài báo giới thiệu tổng quan về module truyền thông CP1242-7, các phần mềm hỗ trợ truyền thông GPRS, cấu hình và chế độ và các thông số cần khai báo của nhà mạng. Hiện tại, ứng dụng GPRS trong truyền thông công nghiệp còn khá mới mẻ ở Việt Nam, đặc biệt những khu vực xa xôi, các ngành có tính độc hại,… Thông qua bài báo tác giả muốn giới thiệu đến bạn đọc ứng dụng vấn đề truyền thông GPRS trong bài toán điều khiển và giám sát từ xa trong ngành công nghiệp Tự động hóa.q

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Set33_Teleservice_CP1242-7
[2]. Set30_Telecontrol_CP1242-7
[3]. TIA PORTAL modules

Kỹ sư Trần Thị Thu Hằng

Số 169 (3/2015)♦Tạp chí tự động hóa ngày nay

CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS-485 LÀ GÌ?

Chuẩn truyền thông RS-485 là gì? Tìm hiểu về chuẩn truyền thông RS-485? Nguyên lý hoạt động chuẩn RS-485? Năm 1983, Hiệp hội công nghiệp điện tử (EIA) đã phê duyệt một tiêu chuẩn truyền cân bằng mới gọi là RS-485. Đã được chấp nhận rộng rãi và sử dụng trong công nghiệp, y tế, và dân dụng. Có thể coi chuẩn RS485 là một phát triển của RS232 trong việc truyền dữ liệu nối tiếp. Những bộ chuyển đổi RS232/RS485 cho phép người dùng giao tiếp với bất kỳ thiết bị mà sử dụng liên kết nối tiếp RS232 thông qua RS485. Liên kết RS485 được hình thành cho việc thu nhận dữ liệu ở khoảng cách xa và điều khiển cho những ứng dụng. Những đặc điểm nổi trội của RS485 là nó có thể hỗ trợ một mạng lên tới 32 trạm thu phát trên cùng một đường truyền, tốc độ baud có thể lên tới 115.200 cho một khoảng cách là 4000feet (1200m).



Với kiểu truyền cân bằng và các dây được xoắn lại với nhau nên khi nhiễu xảy ra ở dây này thì cũng xảy ra ở dây kia, tức là hai dây cùng nhiễu giống nhau. Điều này làm cho điện áp sai biệt giữa hai dây thay đổi không đáng kể nên tại nơi thu vẫn nhận được tín hiệu đúng nhờ tính năng đặc biệt của bộ thu đã loại bỏ nhiễu. Liên kết RS485 được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp, nơi mà môi trường nhiễu khá cao và sự tin tưởng vào tính ổn định của hệ thống là điều quan trọng. Bên cạnh đó khả năng truyền thông qua khoảng cách xa ở tốc độ cao cũng rất được quan tâm, đặc biệt là tại những nơi mà có nhiều trạm giao tiếp được trải ra trên diện rộng.

Thông số	Điều kiện	Min	Max	Đơn vị
Áp ngõ ra điều khiển  khi hở mạch		1.5 -1.5	6 -6	V V
Áp ngõ ra điều khiển  khi có tải	RL=100Ω	1.5 -1.5	5 -5	V V
Dòng ngắn mạch ngõ ra  điều khiển	1 ngõ ra nối với điểm chung		±250	mA
Thời gian cạnh lên ngõ  ra điều khiển	RL=54Ω CL=50pF		30	% Độ rộng bit
Áp kiểu chung điều  khiển	RL = 54Ω		±3	±V
Ngưỡng nhạy thu và	-7V ≤ VCM ≤ 12V		±200	mV
Phạm vi áp kiểu chung  thu vào		-7	12	V
Tổng trở  ngõ vào phía  thu		12		KΩ

 Bảng 1:  Bảng tóm tắt thông số của RS485

1. Một số vấn đề liên quan đến chuẩn RS485.

1.1 Truyền dẫn cân bằng.

Hệ thống truyền dẫn cân bằng gồm có hai dây tín hiệu A,B nhưng không có dây mass. Sở dĩ được gọi là cân bằng là do tín hiệu trên dây này ngược với tín hiệu trên dây kia. Nghĩa là dây này đang phát mức cao thì dây kia phải đang phát mức thấp và ngược lại.

1.2 Mức tín hiệu.

Với hai dây A, B truyền dẫn cân bằng, tín hiệu mức cao TTL được quy định khi áp của dây A lớn hơn dây B tối thi ểu là 200mV, tín hiệu mức thấp TTL được quy định khi áp của dây A nhỏ hơn dây B tối thiểu cũng là 200mV. Nếu điện áp VAB mà nằm trong khoảng -200mV < VAB< 200mV thì tín hiệu lúc này được xem như là rơi vào vùng bất định. Điện thế của mỗi dây tín hiệu so với mass bên phía thu phải nằm trong khoảng –7V đến +12V.

1.3 Cặp dây xoắn.

Như chính tên gọi của nó, cặp dây xoắn (Twisted-pair wire) đơn giản chỉ là cặp dây có chiều dài bằng nhau và được xoắn lại với nhau. Sử dụng cặp dây xoắn sẽ giảm thiểu được nhiễu, nhất là khi truyền ở khoảng cách xa và với tốc độ cao.

1.4 Trở kháng đặc tính cặp dây xoắn.

Phụ thuộc vào hình dáng và chất liệu cách điện của dây mà nó sẽ có một trở kháng đặc tính (Characteristic impedence -Zo), điều này thường được chỉ rõ bởi nhà sản xuất. Theo như khuyến cáo thì trở kháng đặc tính của đường dây vào khoảng từ 100 - 120Ω nhưng không phải lúc nào cũng đúng như vậy.

1.5 Điện áp kiểu chung.

Tín hiệu truyền dẫn gồm hai dây không có dây mass nên chúng c ần được tham chiếu đến một điểm chung, điểm chung lúc này có thể là mass hay bất kì một mức điện áp cho phép nào đó. Điện áp kiểu chung (Common-mode voltage -VCM) về mặt toán học được phát biểu như là giá trị trung bình của hai điện áp tín hiệu được tham chiếu với mass hay một điểm chung.

1.6 Vấn đề nối đất.
Tín hiệu trên hai dây khi được tham chiếu đến điểm chung là đất (Ground) thì khi đó nó cần được xem xét kỹ lưỡng. Lúc này bộ nhận sẽ xác định tín hiệu bằng cách tham chiếu tín hiệu đó với đất của nơi nhận, nếu đất giữa nơi nhận và nơi phát có một sự chênh lệch điện thế vượt qua ngưỡng cho phép thì tín hiệu thu được sẽ bị sai hoặc phá hỏng thiết bị. Điều này cho thấy mạng RS485 gồm hai dây nhưng có tới ba mức điện áp được xem xét. Do đất là một vật dẫn điện không hoàn hảo nên nó có một điện trở xác định, gây ra chênh lệch điện thế từ điểm này tới điểm kia, đặc biệt là tại các vùng có nhiều sấm sét, máy móc tiêu thụ dòng lớn, những bộ chuyển đổi được lắp đặt và có nối đất.

Chuẩn RS485 cho phép chênh lệch điện thế đất lên tới 7V, lớn hơn 7V là không được. Như vậy đất là điểm tham chiếu không đáng tin tưởng và một cách tốt hơn cho việc truyền tín hiệu lúc này là ta đi thêm một dây thứ ba, nó sẽ được nối mass tại nguồn cung cấp để dùng làm điện áp tham chiếu.

1.7 Điện trở đầu cuối.

Điện trở đầu cuối (Terminating Resistor) đơn giản là điện trở được đặt tại hai điểm tận cùng kết thúc của đường truyền. Giá trị của điện trở đầu cuối lí tưởng là bằng giá trị trở kháng đặc tính của đường dây xoắn, thường thì vào khoảng 100 - 120Ω.

Nếu điện trở đầu cuối không phù hợp với giá trị trở kháng đặc tính của đường dây thì nhiễu có thể xảy ra do có sự phản xạ xuất hiện trên đường truyền, nhiễu ở mức độ nhỏ thì không sao nhưng nếu ở mức độ lớn thì có thể làm tín hiệu bị sai lệch. Sau đây là hình minh họa dạng tín hiệu thu được khi dùng hai điện trở đầu cuối khác nhau.

1.8 Phân cực đường truyền.

Khi mạng RS485 ở trạng thái rảnh thì tất cả các khối thu đều ở trạng thái lắng nghe đường truyền và tất cả khối phát đều ở trạng thái tổng trở cao cách li với đường truyền. Lúc này trạng thái của đường truyền được xem là bất định.

Nếu -200mV ≤ VAB ≤ 200mV thì trạng thái logic tại ngõ ra khối thu sẽ mang giá trị của bit cuối cùng nhận được. Điều này không đảm bảo vì đường truyền rảnh trong truyền dữ liệu nối tiếp đòi hỏi phải ở mức cao để khối thu không hiểu nhầm là có dữ liệu xuất hiện trên đường truyền.

Để duy trì trạng thái mức cao khi đường truyền rảnh thì việc phân cực đường truyền (Biasing) phải được thực hiện. Một điện trở R kéo lên nguồn ở đường A và một điện trở R kéo xuống mass ở đường B sao cho VAB ≥ 200mV sẽ ép đường truyền lên mức cao.

Nguyên nhân mà RS485 có thể tăng tốc độ và khoảng cách truyền thông là do RS485 sử dụng phương pháp truyền 2 dây vi sai (vì 2 dây có đặc tính giống nhau, tín hiệu truyền đi là hiệu số điện áp giữa 2 dây do đó loại trừ được nhiễu chung). Mặt khác do chuẩn truyền thông RS232 không cho phép có hơn 2 thiết bị truyền nhận tin trên đường dây trong khi đó với chuẩn RS485 ta có thể nồi 32 thiết bị thu phát trên 2 dây cho phép tạo thành 1 mạng cục bộ. Cáp tín hiệu truyền thông công nghiệp RS485 bao gồm các chuẩn 22AWG và 24AWG.

Hệ thống mạng truyền thông công nghiệp - Industrial communication networks

MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP LÀ GÌ?

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.

PHÂN BIỆT MẠNG VIỄN THÔNG VÀ MẠNG CÔNG NGHIỆP

Về cơ sở kỹ thuật, mạng công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông có rất nhiều điểm tương đồng, tuy nhiên cũng có những điểm khác biệt sau:
Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật (cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực,…) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông (truyền tải dải rộng/dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch,…) thường phức tạp hơn nhiều so với mạng công nghiệp.
Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó con người đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dữ liệu. Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp, nên dạng thông tin được quan tâm duy nhất là dữ liệu.
Các kỹ thuật và công nghệ được dùng trong mạng viễn thông rất phong phú, trong khi kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế độ bit nối tiếp là đặc trưng của mạng công nghiệp.

Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở những điểm giống nhau và khác nhau như sau:
Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai lĩnh vực.
Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần (ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty) trong mô hình phân cấp của mạng công nghiệp.
Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong môi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường đòi hỏi cao hơn về độ bảo mật.
Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau, ví dụ có thể nhỏ như mạng LAN cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất lớn như mạng Internet. Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông. Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp.

Sự khác nhau trong phạm vi và mục đích sử dụng giữa các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp với các hệ thống mạng viễn thông và mạng máy tính dẫn đến sự khác nhau trong các yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như kinh tế.

Ví dụ: do yêu cầu kết nối nhiều nền máy tính khác nhau và cho nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, kiến trúc giao thức của các mạng máy tính phổ thông thường phức tạp hơn so với kiến trúc giao thức các mạng công nghiệp. Đối với các hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt là ở các cấp dưới thì các yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản, giá thành hạ lại luôn được đặt ra hàng đầu.

VAI TRÒ CỦA MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để thay thế cách nối điểm-điểm cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt những lợi ích như sau:
Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất.
Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều. Một số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt.
Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị không có cách nào nhận biết.
Nhờ kỹ thuật truyền thông số, không những thông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối mạng còn có thêm khả năng tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi nếu có. Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số và số-tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin.
Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau. Việc thay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều. Khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) được nâng cao nhờ các giao diện chuẩn.
Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các thiết bị : Với một đường truyền duy nhất, không những các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu quá trình, mà còn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số, dữ liệu trạng thái, dữ liệu cảnh báo và dữ liệu chẩn đoán. Các thiết bị có thể tích hợp khả năng tự chẩn đoán, các trạm trong mạng cũng có thể có khả năng cảnh giới lẫn nhau.

Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua một trạm kỹ thuật trung tâm.Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống.

Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng các kiến trúc điều khiển mới như điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với các thiết bị trường, điều khiển giám sát hoặc chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty.

PHÂN LOẠI VÀ ĐẶC TRƯNG CÁC HỆ THỐNG MẠNG CÔNG NGHIỆP MCN

Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp sản xuất, như được minh họa trên hình:

Mô hình phân cấp mạng truyền thông công nghiệp

Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông. Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “bus” thường được dùng thay cho “mạng”, với lý do phần lớn các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu bus.

BUS TRƯỜNG – BUS THIẾT BỊ

Bus trường (fieldbus) thực ra là một khái niệm chung được dùng trong các ngành công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp chấp hành, hay các thiết bị trường.

Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết.

Các thiết bị có khả năng nối mạng là các vào/ra phân tán (distributed I/O), các thiết bị đo lường (sensor, transducer, transmitter) hoặc cơ cấu chấp hành (actuator, valve) có tích hợp khả năng xử lý truyền thông.

Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển, cũng được gọi là bus chấp hành/cảm biến. Trong công nghiệp chế tạo (tự động hóa dây chuyền sản xuất, gia công, lắp ráp) hoặc ở một số lĩnh vực ứng dụng khác như tự động hóa tòa nhà, sản xuất xe hơi, khái niệm bus thiết bị lại được sử dụng phổ biến.

Có thể nói, bus thiết bị và bus trường có chức năng tương đương, nhưng do những đặc trưng riêng biệt của hai ngành công nghiệp, nên một số tính năng cũng khác nhau. Tuy nhiên, sự khác nhau này ngày càng trở nên không rõ rệt, khi mà phạm vi ứng dụng của cả hai loại đều được mở rộng và đan chéo sang nhau.

Trong thực tế, người ta cũng dùng chung một khái niệm là bus trường. Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong phạm vi từ 0,1 tới vài miligiây.

Trong khi đó, yêu cầu về lượng thông tin trong một bức điện thường chỉ hạn chế trong khoảng một vài byte, vì vậy tốc độ truyền thông thường chỉ cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn. Việc trao đổi thông tin về các biến quá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ, tuần hoàn, bên cạnh các thông tin tham số hóa hoặc cảnh báo có tính chất bất thường.

Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus và gần đây phải kể tới Foundation Fieldbus. DeviceNet, AS-i, EIB và Bitbus là một vài hệ thống bus cảm biến/chấp hành tiêu biểu có thể nêu ra ở đây.
BUS HỆ THỐNG – BUS ĐIỀU KHIỂN
Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ thống (system bus) hay bus quá trình (process bus). Khái niệm sau thường chỉ được dùng trong lĩnh vực điều khiển quá trình.

Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát (có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên. Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang.

Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống. Ngoài ra các máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể được kết nối qua mạng này.

Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay không. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong khoảng một vài trăm miligiây, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều so với bus trường. Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằm trong phạm vi từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s.

Khi bus hệ thống được sử dụng chỉ để ghép nối theo chiều ngang giữa các máy tính điều khiển, người ta thường dùng khái niệm bus điều khiển. Vai trò của bus điều khiển là phục vụ trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trong một hệ thống có cấu trúc phân tán. Bus điều khiển thông thường có tốc độ truyền không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực thường rất khắt khe.

Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nền Ethernet, ví dụ Industrial Ethernet, Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet (HSE), Ethernet/IP.

MẠNG XÍ NGHIỆP

Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát. Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành.

Ngoài ra, thông tin cũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất, ví dụ hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự án, sử dụng chung các tài nguyên nối mạng (máy in, máy chủ,…).

Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực. Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte. Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX.

MẠNG CÔNG TY

Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp. Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật.

Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử, v.v…

Hình thức tổ chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được áp dụng rất đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư của công ty. Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật lý, nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt.

Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng cơ sở truyền thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn, tin cậy đặc biệt cao. Fast Ethernet, FDDI, ATM là một vài ví dụ công nghệ tiên tiến được áp dụng ở đây trong hiện tại và tương lai.

Nguồn: “Mạng truyền thông công nghiệp © 2008, Hoàng Minh Sơn – ĐHBK Hà Nội“

KIẾN THỨC VỀ MẠNG KHÔNG DÂY- WIFI- WIRELESS LAN…

Tổng quan về mạng không dây WIFI – WIRELESS (WPAN, WLAN, WMAN, WWAN, WRAN…).

 Một hệ thống mạng là 1 tập hợp của các loại máy tính Desktop, Laptop và các thiết bị phần cứng khác như máy in, máy Scanner…được kết nối với nhau nhằm mục đích cơ bản là giao tiếp và trao đổi dữ liệu. Nối mạng cũng đồng nghĩa với chia sẻ, vì nó cho phép các máy tính nối mạng có thể nói chuyện, giao tiếp với nhau, và cùng chia sẻ các nguồn tài nguyên như máy in hay các file dữ liệu.

Mạng không dây hoạt động như thế nào? wireless là gì, wifi là gì, wlan là gì ? Hotspot là gì ? đó là những kiến thức bài viết này chia sẻ.

Tại sao nên lựa chọn mạng không dây.

Mạng không dây không dùng cáp cho các kết nối, thay vào đó, chúng sử dụng sóng Radio, cũng tương tự như điện thoại không dây. Ưu thế của mạng không dây là khả năng di động và sự tự do, người dùng không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối. Những ưu điểm của mạng không dây bao gồm:
Khả năng di động và sự tự do – cho phép kết nối từ bất kỳ đâu.
Không bị hạn chế về không gian và vị trí kết nối.
Dễ lắp đặt và triển khai.
Không cần mua cáp.
Tiết kiệm thời gian lắp đặt cáp.
Dễ dàng mở rộng.

Mạng không dây hoạt động như thế nào

Một hệ thống mạng không dây đơn giản bao gồm hai hoặc nhiều hơn các máy tính được kết nối với nhau nhằm mục đích trao đổi dữ liệu và các tài nguyên khác. Mô hình đó cũng tương tự như một hệ thống điện thoại không dây bao gồm một trạm chính cùng với nhiều các điện thoại nhánh. Nối mạng không dây hiện đang được coi là một giải pháp rất thú vị bởi bạn sẽ không gặp nhiều trở ngại như khi dùng cáp và sẽ không mất nhiều thời gian khi có nhu cầu mở rộng.

WIRELESS LÀ GÌ?

Wireless hay mạng không dây, ngày nay chúng đã trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống khi bạn thấy chúng xuất hiện trong hầu khắp các lĩnh vực đời sống: Từ doanh nghiệp, trường học, các địa điểm giải trí và ngay cả trong từng hộ gia đình. Nhờ sự tiện lợi của mình, mạng không dây đã dần thay thế kết nối truyền thống bằng cáp truyền thống.
MẠNG KHÔNG DÂY LÀ GÌ?

Mạng không dây là một hệ thống các thiết bị được nhóm lại với nhau, có khả năng giao tiếp thông qua sóng vô tuyến thay vì các đường truyền dẫn bằng dây.

Đây là mạng dựa trên chuẩn IEEE 802.11 nên đôi khi nó còn được gọi là mạng 802.11 network Ethernet để nhấn mạnh rằng mạng này dựa trên mạng Ethernet truyền thống.
WIFI LÀ GÌ?

Wi-Fi (Wireless Fidelity) là một tên gọi khác rất quen thuộc khi nói về mạng không dây.

Tổng quan về mạng không dây

Hotspot là gì ?

Hotspot là một địa điểm mà tại đó có cung cấp các dịch vụ kết nối không dây và dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao, thông qua hoạt động của các thiết bị thu phát không dây (Wireless Access Point). Nếu bạn đang ở trong một điểm Hotspot và máy tính của bạn đã có trang bị sẵn Card mạng không dây, khi đó bạn hoàn toàn có thể tham gia vào hệ thống mạng ở đó và truy cập vào Internet. Số lượng các điểm Hotspot đang tăng nhanh theo thời gian và bây giờ bạn có thể dễ dàng tìm thấy chúng ở các khu vực như Nhà hàng, Quán Cafe, Sân bay…

Đơn giản bạn chỉ cần có máy tính hoặc máy PDA có trang bị tính năng không dây. Còn nếu máy tính hoặc máy PDA của bạn chưa có tính năng đó thì truớc hết bạn cần mua thêm các loại Card mạng không dây phù hợp để lắp vào chúng. Tại thời điểm này thì phần lớn các điểm Hotspot đều sử dụng các thiết bị thu phát không dây chuẩn B (hay 802.11b), tuy nhiên xu hướng chung trong thời gian sắp tới là các thiết bị loại này sẽ được thay thế bởi các thiết bị không dây chuẩn G nhằm đáp ứng 1 tốc độ cao hơn.

Làm thế nào để tìm thấy các điểm Hotspot:

Bạn có thể gọi điện trực tiếp đến các nhà cung cấp dịch vụ để hỏi thăm về địa chỉ cụ thể của các điểm Hotspot của họ, hoặc bạn cũng có thể truy cập vào Website: www.wifi-zone.org để tìm hiểu về các điểm Hotspot trên toàn thế giới.

Làm thế nào để tham gia vào một Hotspot:

Đối với các điểm Hotspot không thu phí, để tham gia vào đó bạn cần được cung cấp các thông tin về SSID của hệ thông mạng hay đơn giản là tên của hệ thống mạng. Còn đối với các điểm Hotspot thương mại, bạn cần thiết lập một Account trước khi tham gia lần đầu tiên, account này sẽ được cung cấp bởi những người chủ của điểm Hotspot đó.

Vấn đề bảo mật tại các điểm Hotspot:
Đối với các điểm Hotspot công cộng, vì mụch đích đơn giản hoá quá trình tham gia của người dùng nên hầu hết các tính năng bảo mật đều không được kích hoạt hoặc được dùng rất hạn chế, vì thế nếu bạn có nhu cầu sử dụng bảo mật tại những địa điểm này thì cần tìm hiểu xem điểm Hotspot mà bạn đang tham gia có hỗ trợ tính năng VPN Pass-through hay không?

LỊCH SỬ RA ĐỜI CỦA MẠNG KHÔNG DÂY

Do Guglielmo Marconi sáng lập ra (ông là nhà phát minh vô tuyến điện, Nobel Vật lý 1909).
Năm 1894, Marconi bắt đầu các cuộc thử nghiệm và năm 1899 đã gửi một bức điện báo băng qua kênh đào Anh mà không cần sử dụng bất kì loại dây nào.
3 năm sau đó, thiết bị vô tuyến của Marconi đã có thể chuyển và nhận điện báo qua Đại Tây Dương. Trong chiến tranh thế giới I, lần đầu tiên nó được sử dụng ở cuộc chiến Boer năm 1899 và năm 1912, một thiết bị vô tuyến đã được sử dụng trong con tàu Titanic.
Trước thập niên 1920, điện báo vô tuyến đã trở thành một phương tiện truyền thông hữu hiệu bởi nó cho phép gửi các tin nhắn cá nhân băng qua các lục địa. Cùng với sự ra đời của radio (máy phát thanh), công nghệ không dây đã có thể tồn tại một cách thương mại hóa.
Thập niên 1980, công nghệ vô tuyến là những tín hiệu analogue.
Thập niên 1990, chuyển sang tín hiệu kĩ thuật số ngày càng có chất lượng tốt hơn, nhanh chóng hơn và ngày nay công nghệ phát triển đột phá với tín hiệu 4G.
Năm 1994, công ty viễn thông Ericsson đã bắt đầu sáng chế và phát triển một công nghệ kết nối các thiết bị di động thay thế các dây cáp. Họ đặt tên thiết bị này là “Bluetooth”.

PHÂN LOẠI MẠNG KHÔNG DÂY

Phân loại mạng
WPAN: Mạng vô tuyến cá nhân
WLAN: Mạng vô tuyến cục bộ
WMAN: Mạng vô tuyến đô thị
WWAN: Mạng vô tuyến diện rộng
WRAN: Mạng vô tuyến khu vực
WPAN LÀ GÌ?

WPAN là mạng vô tuyến cá nhân. Nhóm này bao gồm các công nghệ vô tuyến có vùng phủ nhỏ tầm vài mét đến hàng chục mét tối đa.

Mục đích nối kết các thiết bị ngoại vi như máy in, bàn phím, chuột, đĩa cứng, khóa USB, đồng hồ,…với điện thoại di động, máy tính. Các công nghệ trong nhóm này bao gồm: Bluetooth, Wibree, ZigBee, UWB, Wireless USB, EnOcean…

Đa phần các công nghệ này được chuẩn hóa bởi IEEE, cụ thể là nhóm làm việc (Working Group) 802.15. Do vậy các chuẩn còn được biết đến với tên như IEEE 802.15.4 hay IEEE 802.15.3…
WLAN LÀ GÌ?

WLAN là mạng vô tuyến cục bộ. Nhóm này bao gồm các công nghệ có vùng phủ tầm vài trăm mét. Nổi bật là công nghệ Wifi với nhiều chuẩn mở rộng khác nhau thuộc gia đình 802.11 a/b/g/h/i/…
WMAN LÀ GÌ?

WMAN là mạng vô tuyến đô thị. Đại diện tiêu biểu của nhóm này chính là WiMAX ( Worldwide Interoperability for Microwave Access) hệ thống truy cập không dây băng rộng. Vùng phủ sóng của nó sẽ tằm vài km (tầm 4-5km tối đa).
WWAN LÀ GÌ?

WWAN là mạng vô tuyến diện rộng. Nhóm này bao gồm các công nghệ mạng thông tin di động như:
UMTS(Universal Mobile Telecommunications Systems)
GSM(Global System for Mobile Communication)
CDMA2000(là một tiêu chuẩn công nghệ di động họ 3G)…

Vùng phủ của nó cũng tầm vài km đến tầm chục km.
WRAN LÀ GÌ?

WRAN là mạng vô tuyến khu vực. Nhóm này đại diện là công nghệ 802.22 đang được nghiên cứu và phát triển bởi IEEE. Vùng phủ có nó sẽ lên tầm 40-100km. Mục đích là mang công nghệ truyền thông đến các vùng xa xôi hẻo lánh, khó triển khai các công nghệ khác.
CÁC CHUẨN TRONG WIRELESS LAN
Năm 1997, IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) đã giới thiệu một chuẩn đầu tiên cho Wireless LAN là 11
IEEE 802.11 dựa vào kiến trúc tế bào, là kiến trúc trong đó hệ thống được chia nhỏ ra thành các cell, mỗi cell (được gọi là tập hợp dịch vụ cơ bản, hoặc BSS- Basic Service Set) được kiểm soát bởi một trạm cơ sở gọi là điểm truy cập AP (Acsses Point).
Các AP được nối tới mạng xương sống được gọi hệ phân phối DS ( Distribution System)
Tập hợp nhiều các cell gọi là ESS –Extended Service Set (tập hợp dịch vụ được mở rộng)

WLAN IEEE 802.11
802.11

802.11 chỉ hỗ trợ cho tốc độ cực đại lên đến 2 Mbps, sử dụng tần số 2,4 Ghz của sóng radio hoặc hồng ngoại .
Quá chậm đối với hầu hết các ứng dụng
Cần mở rộng IEEE 802.11 để có được băng tần lớn hơn.

Năm ra đời của họ IEEE 802.11
802.11A

802.11a ra đời cùng thời gian với chuẩn b:
Tần số: 5.0 Ghz
Tốc độ: 54 Mbps
Độ rộng băng thông: 20 Mhz
Tầm hoạt động: 60-200m
Điều chế: OFDM ( Orthogonal Frequency-Division Multiplexing – 1 công nghệ đặc biệt trong điều chế đa sóng mang).
Ưu điểm: do sử dụng ở tần số cao nên tránh được các cản nhiễu của thiết dân dụng, tốc độ truyền nhanh
Nhược điểm: giá thành cao tầm phủ sóng ngắn hớn và dễ bị che khuất
802.11B

802.11b ra đời 10/1999:
Tần số: 2,4 Ghz
Tốc độ: 11 Mbps
Độ rộng băng thông: 20 Mhz
Tầm hoạt động: 300-500m
Điều chế: DSSS(Direct Sequence Spread Spectrum), CCK(Complementary Code Keying)
Ưu điểm: giá thành thấp, tầm phủ sóng tốt và không dễ che khuất
Nhược điểm: tốc độ thấp, có thể bị nhiễu bởi các thiết bị gia dụng như gương, bức tường, các thiết bị….
802.11G

802.11g ra đời vào tháng 6/2003:
Tần số: 2,4 Ghz
Tốc độ: 54 mbps-108 Mbps
Độ rộng băng thông: 20 Mhz
Tầm hoạt động: 300-500m
Điều chế: DSSS, CCK, OFDM
Ưu điểm: tốc độ cao, phạm vi tín hiệu tốt ít bị che khuất
Nhược điểm: giá thành hơi đắt hơn so với 802.11b các thiết bị có thể bị xuyên nhiễu từ nhiều thiết bị khác sử dụng cùng băng tần
802.11N

802.11n ra đời vào năm 2009:
Tần số: 2,4 hoặc 5 Ghz
Tốc độ: 54 Mbps-600 Mbps (trên lý thuyết)
Độ rộng băng thông: 20 hoặc 40 Mhz
Tầm hoạt động: 300-500m
Điều chế: DSSS, CCK, OFDM
Ưu điểm: tốc độ nhanh phạm vi tín hiệu tốt, khả năng chịu đựng tốt hơn từ việc xuyên nhiễu các nguồn bên ngoài
Nhược điểm: chuẩn này vẫn chưa được sử dụng rộng rãi, do giá thành đắt hơn so với chuẩn 802.11g sử dụng nhiều tín hiệu có thể gây nhiễu với mạng 802.11b/g ở gần

CHUẨN WIRELESS LAN KHÁC

Ngoài ra còn có một số chuẩn wireless khác:
IEEE 802.11h: Chuẩn này được sử dụng ở châu âu, dãy tầng 5 Ghz, nó cung cấp tính năng lựa chọn kênh động nhằm tránh nhiễu
IEEE 802.11d: tính năng bổ sung
IEEE 802.11c: các thủ tục quy định cách thức bắt cầu giữa các mạng Wi-Fi. Tiêu chuẩn này thường đi cặp với 802.11d.
IEEE 802.11e: đưa QoS (Quality of Service) vào Wi-Fi, qua đó sắp đặt thứ tự ưu tiên cho các gói tin, đặc biệt quan trọng trong trường hợp băng thông bị giới hạn hoặc quá tải…

KIẾN TRÚC MẠNG WIRELESS LAN

Mạng Wireless LAN gồm các mô hình:
Mô hình Ad-Hoc
Mô hình Infrastructure 1
Mô hình Infrastructure 2
Roaming

MÔ HÌNH AD-HOC

Ad-Hoc Wireless LAN là một nhóm các máy tính, mỗi máy trang bị một Wireless card, chúng nối kết với nhau để tạo một mạng LAN không dây độc lập. Các máy tính trong cùng một Ad-Hoc Wireless LAN phải được cấu hình dùng chung cùng một kênh radio.
Mô hình mạng này là mô hình các máy tính liên lạc trực tiếp với nhau không thông qua Access Point. Mô hình này còn có tên gọi khác là IBSS (Independent Basic Service Set).
Ưu điểm: kết nối Peer-to-Peer không cần dùng Access Point, chi phí thấp, cấu hình và cài đặt đơn giản.
Khuyết điểm: topo mạng thay đổi theo thời gian, các nút di động sử dụng nguồn năng lượng pin có hạn, băng thông trong thông tin vô tuyến hẹp

Mô hình AD-hoc

MÔ HÌNH INFRASTRUCTURE 1

Mô hình Infrastructure là mô hình mạng LAN không dây, trong đó các máy trạm không dây (dùng Wireless card) kết nối với nhau thông qua thiết bị Access Point.
Access Point là một thiết bị mạng cho phép điều khiển và quản lý tất cả các kết nối giữa các trạm không dây với nhau và giữa các trạm không dây với các trạm trong mạng LAN dùng kỹ thuật khác.
Mô hình này còn gọi là mô hình BSS (Basic Service Set).

Mô hình Infrastructure 1

MÔ HÌNH INFRASTRUCTURE 2

Mô hình Infrastructure 2 cũng tương tự như mô hình 1, nhưng khác trong mô hình 2 các Access Point ở xa nhau có thể kết nối với nhau thông qua mạng có dây
Mô hình này còn gọi là mô hình ESS (Extended Service Set).

Mô hình Infrastructure 2

KỸ THUẬT ROAMING

Roaming một tính năng trong mô hình Infrastructure cho phép các máy trạm di chuyển qua lại giữa các cell (vùng phủ sóng của Access Point) với nhau mà vẫn duy trì kết nối.
Trong mô hình này các Access Point phải có cùng giá trị SSID (Service Set Identifier)

Kỹ thuật Roaming

ƯU ĐIỂM CỦA MẠNG WIRELESS LAN

Chủ yếu ứng dụng trong mô hình mạng nhỏ.
Có thể triển khai ở những nơi không thuận tiện về địa hình, không ổn định, không triển khai mạng có dây được.
Khả năng thiết lập các thông số truyền sóng vô tuyến ngày càng đơn giản hơn.
Lắp đặt, triển khai dễ dàng, đơn giản, nhanh chóng.
Dễ thay đổi, nâng cấp, phát triển.
Tuy giá thiết bị cao hơn với mạng có dây nhưng hiện nay có xu hướng giảm.

NHƯỢC ĐIỂM CỦA WIRELESS LAN

Với mô hình lớn phải kết hợp với mạng có dây.
Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như môi trường truyền sóng, can nhiễu do thời tiết.
Chịu nhiều cuộc tấn công đa dạng, phức tạp, nguy hiểm của những kẻ phá hoại vô tình và cố tình, nguy cơ cao hơn mạng có dây.
Yếu tố ảnh hưởng tới sức khỏe con người còn đang nghiên cứu.

ỨNG DỤNG MẠNG KHÔNG DÂY

Cung cấp khả năng truy cập mạng một cách linh hoạt.
Nối mạng giữa các tòa nhà cách xa nhau.
Cung cấp dịch vụ truy cập mạng không dây – mở rộng mạng.
Sử dụng cho văn phòng quy mô nhỏ , trường học , bệnh viện, nơi công cộng khác…
Sử dụng trong tình huống cần thiết lập mạng trong thời gian ngắn.

Nguồn: “Mạng truyền thông công nghiệp © 2008, Hoàng Minh Sơn – ĐHBK Hà Nội“

GIÁO TRÌNH MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP – HOÀNG MINH SƠN

GIÁO TRÌNH MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
Mạng truyền thông công nghiệp là xương sống của bất kỳ cấu trúc hệ thống tự động hóa. Nó cung cấp phương tiện trao đổi và kiểm soát dữ liệu một cách mạnh mẽ cũng như tính linh hoạt trong hệ thống. Việc sử dụng mạng truyền thông kỹ thuật số trong các ngành công nghiệp trong thập kỷ qua dẫn tới sự cải thiện mạnh mẽ tính chính xác và toàn vẹn tín hiệu trong thiết bị đầu cuối.

Khi các hệ thống tự động hóa ngày càng trở nên phức tạp và lớn hơn nhiều so với nhiều thiết bị tự động hóa trên nền tảng điều khiển thì hiện nay có xu hướng tới các tiêu chuẩn kết nối mở (OSI: Open Systems Interconnection) cho phép giao tiếp với bất kỳ thành phần tự động nào mà không phụ thuộc vào nhà sản xuất.

Với sự phát triển của Internet vạn vật và CMCN 4.0, ngành tự động hóa công nghiệp đang đứng trước một bước ngoặt lịch sử. Hệ thống Industrial Internet of Thing (IIoT) hay Internet vạn vật công nghiệp, khả năng kết nối thông minh cũng như khả năng xử lý ngoại vi của các thiết bị điều khiển đang được đẩy mạnh nhanh chóng. Để tìm hiểu rõ hơn về những kiến thức mạng truyền thông công nghiệp(Industrial Communications Networks) và xu hướng của các nhà máy công nghiệp trong tương lai. Bài viết này mình chia sẻ ebooks Giáo trình mạng truyền thông công nghiệp của tác giả Hoàng 

Minh Sơn giúp các bạn sinh viên, kỹ thuật viên tìm hiểu kiến thức. Hy vọng quyển sách sẽ giúp ích được các bạn ít nhiều.
Nội dung chính gồm có:

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU.

Mạng truyền thông công nghiệp là gì? Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp, giới thiệu, phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng công nghiệp (MCN)…

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ KỸ THUẬT.

Các khái niệm cơ bản: thông tin, dữ liệu, tín hiệu, truyền thông, truyền dữ liệu và truyền tín hiệu là gì? Các chế độ truyền tải: truyền bit song song và truyền bit nối tiếp, truyền đồng bộ và không đồng bộ, truyền một chiều và truyền hai chiều, truyền tải dải cơ sở, dải mang và dải rộng…

Cấu trúc mạng – Topology: cấu trúc bus; mạch vòng (tích cực); hình sao; cây…

Truy nhập bus: Chủ/tớ (Master/Slave); TDMA; Token Passing; CSMA/CD; CSMA/CA…

Bảo toàn dữ liệu: Bit chẵn lẻ (Parity bit); bit chẵn lẻ 2 chiều; CRC; nhồi bit (Bit Stuffing); mã hóa bit. Các tiêu chuẩn trong mã hóa bit: NRZ, RZ, mã Manchester, AFP, FSK…

Kỹ thuật truyền dẫn: Phương thức truyền dẫn tín hiệu RS-232; RS-422; RS-485, MBP (IEC 1158-2)…

Kiến trúc giao thức: Dịch vụ truyền thông, giao thức, mô hình lớp, kiến trúc giao thức OSI, TCP/IP…

CHƯƠNG 3: CÁC THÀNH PHẦN HỆ THỐNG MẠNG.

Phương tiện truyền dẫn: Đôi dây xoắn, cáp đồng trục, cáp quang, vô tuyến…

Giao diện mạng: Cấu trúc giao diện mạng, ghép nối PLC, ghép nối PC, ghép nối vào/ra phân tán, ghép nối các thiết bị trường…

Phần mềm trong hệ thống mạng: Phần mềm giao thức, phần mềm giao diện lập trình ứng dụng…

Thiết bị liên kết mạng: Bộ lặp, cầu nối, router, gateway, linh kiện khác…

CHƯƠNG 4: CÁC HỆ THỐNG BUS TIÊU BIỂU.

PROFIBUS (PROFIBUS-FMS, PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA…): Kiến trúc giao thức, cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn, truy nhập bus, dịch vụ truyền dữ liệu, cấu trúc bức điện…

Modbus: Cơ chế giao tiếp, chế độ truyền, cấu trúc bức điện, bảo toàn dữ liệu…

Foundation Fieldbus: Kiến trúc giao thức, cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn, cơ chế giao tiếp, cấu trúc bức điện, dịch vụ giao tiếp, khối chức năng ứng dụng…

Ethernet (Mạng LAN 802.3 chuyển mạch, Fast Ethernet, High Speed Ethernet, Industrial Ethernet…): Kiến trúc giao thức, cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn, cơ chế giao tiếp, cấu trúc bức điện, truy nhập bus, hiệu suất đường truyền và tính năng thời gian thực…

CHƯƠNG 5: THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠNG.

Thiết kế hệ thống mạng: Phân tích yêu cầu, các bước tiến hành, đánh giá và lựa chọn giải pháp mạng: đặc thù của cấp ứng dụng 150, đặc thù của lĩnh vực ứng dụng, yêu cầu kỹ thuật chi tiết, yêu cầu kinh tế…

GIÁO TRÌNH MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP PDF- CHỦ BIÊN: HOÀNG MINH SƠN, NHÀ XUẤT BẢN: KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT! MIỄN PHÍ TẢI VỀ, LINKS GOOGLE DRIVE (KHÔNG DIE, KHÔNG VIRUT, MIỄN PHÍ 100%)!


TẢI GIÁO TRÌNH MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP PDF


>>>Download miễn phí tại đây: Google Drive!


Hoặc tải Tại đây Nếu bạn thấy bài viết hữu ích hãy like hoặc chia sẻ bài viết cho mọi người !

Mạng truyền thông công nghiệp là gì ?

Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp chỉ hệ thống liên kết các thiết bị công nghiệp với nhau: PLC, biến tần, Cảm biến, máy tính điều khiển, ... để điều khiển, giám sát, quản lý nhà máy sản xuất, xí nghiệp.

Có thể nói Mạng truyền thông công nghiệp là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở những điểm giống nhau và khác nhau như sau: 

 • Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai lĩnh vực.

 • Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần (ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty) trong mô hình phân cấp của mạng công nghiệp.

 • Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong môi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường đòi hỏi cao hơn về độ bảo mật. 

 • Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau, ví dụ có thể nhỏ như mạng LAN cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất lớn như mạng Internet. Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông. Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp.
Các mạng truyền thông, các thiết bị truyền dữ liệu, các phương pháp truyền thông dữ liệu, các giao thức và dịch vụ truyền dữ liệu giữa các thiết bị, các module cho phép kết nối mạng LAN (CP – Communication Processor hoặc IM – Interface Module).

Phân loại mạng truyền thông 

Theo các yêu cầu về chức năng các lớp trong tổ chức điều hành, quản lý sản xuất thì mạng công nghiệp được chia thành nhiều cấp bao gồm: cấp điều hành quản lý, cấp phân xưởng, cấp trường và cấp cơ cấu chấp hành – cảm biến - đối tượng. Theo phương pháp tổ chức hệ thống phân theo các loại mạng công nghiệp như:
- Mạng PPI.
- Mạng MPI.
- Mạng AS-i.
- Mạng PROFIBUS.
- Mạng ETHERNET công nghiệp.

Mạng PPI

PPI (Point to Point Interface) thực hiện truyền thông nối tiếp điểm tới điểm. Ghép nối điểm tới điểm có thể là ghép nối giữa hai thiết bị tự động hoá với nhau, hay ghép nối giữa thiết bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác.

PPI có những tính chất đặc trưng sau đây:

- Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua driver đặc biệt.
- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII.

Thông số kỹ thuật của PPI

Số lượng trạm 2
Cổng vật lý RS 232C (V24)20mA (TTY)RS 422/485

Tốc độ truyền 300 bit/s ¸ 76,8 Kbit/s cho cổng RS 232C ;300 bit/s ¸ 19,2 Kbit/s cho cổng RS 422/485

Khoảng cách truyền 10 m cho cổng RS 232 ; 1000 m cho cổng RS422/485

Dịch vụ truyền thông ASCII-Driver3964 (R), RK 512, Printdriver và các loại Driver đặc biệt khác

Mạng MPI

MPI (Multi Point Interface) là một subnet của SIMATIC. Mạng MPI được sử dụng cho cấp trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về khoảng cách giữa các trạm không lớn. Mạng chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của SIMATIC như S7/M7 và C7. Thiết lập mạng MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số lượng hạn chế các trạm (không quá 32 trạm) và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ truyền tối đa là 187,5 Kbps. Phương pháp thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng MPI là Token Passing.

Mạng MPI có những đặc điểm cơ bản sau:

- Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết lập mạng đơn giản.
- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khả năng trao đổi một dung lượng thông tin nhỏ.
- Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD (Global Data). Bằng phương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa các trạm trong mạng trước khi thực hiện truyền thông.
- Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau.

Các thông số kỹ thuật của mạng MPI:

Chuẩn SIEMENS
Số trạm cho phép Max 32
Phương pháp thâm nhập đường dẫn Token Passing
Tốc độ truyền thông Max 187,5 Kbit/s
Môi trường truyền dẫn Đôi dây kép có bọc kim chống nhiễu, cáp quang (thuỷ tinh hoặc chất dẻo)
Chiều dài lớn nhất của mạng 50 m, với Repeater 1100 m,với cáp quang qua OLM>100 km
Cấu trúc mạng (Topology) Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn
Dịch vụ truyền thông Các hàm chức năng của S7Bảng dữ liệu truyền thông toàn cục (GD)

 

Mạng AS-i

AS-i (Actuator Sensor Interface) giao diện cảm biến cơ cấu chấp hành, mạng chỉ có một chủ duy nhất. Phương pháp thâm nhập đường dẫn là phương pháp Master – Slave, một phương pháp hoàn toàn tối ưu cho những mạng chỉ có duy nhất một thiết bị là chủ. AS-i sẽ có cấu trúc thật là đơn giản nếu như các cơ cấu chấp hành và các cảm biến đều là các thiết bị kiểu số (Digital Input/Digital Output – DI/DO), khi thiết bị kiểu analog phải sử dụng các bộ chuyển đổi tín hiệu chuẩn của SIEMENS. Trong mạng chỉ có trạm chủ có quyền điều khiển quá trình trao đổi thông tin. Trạm chủ (Master) gọi tuần tự từng trạm tớ (Slave) tới một và đòi hỏi các trạm này gửi dữ liệu lên trên trạm chủ hoặc nhận dữ liệu từ trạm chủ.

Những tính chất đặc trưng của AS-i:

- AS-i là mạng tối ưu cho các thiết bị chấp hành và cảm biến số. Quá trình trao đổi dữ liệu được thực hiện thông qua đường dẫn từ cơ cấu chấp hành/cảm biến với trạm chủ, đường dẫn này đồng thời là đường cung cấp nguồn cho các cảm biến.
- AS-i có thể ghép nối với các cơ cấu chấp hành có kích thước 1 bit đến 8 bit theo tiêu chuẩn IP 65 và liên kết trực tiếp với quá trình.
- Hoạt động của AS-i không cần thiết lập cấu hình trước.

Các thông số kỹ thuật của AS-i:

Chuẩn : AS-i theo chuẩn IEC TG 178
Số lượng trạm cho phép: 1 Master và max 31 Slave
Phương pháp thâm nhập đường dẫn : Master – Slave
Tốc độ truyền: 167 Kbit/s
Môi trường truyền thông: Dây dẫn thẳng không bọc
Khoảng cách giữa các thiết bị trong mạng : 300 m với Repeater
Kiểu nối : Đường thẳng, cây, sao
Dịch vụ truyền thông : AS-i Function
 

Mạng Ethernet công nghiệp

IE (Industrial Ethernet) mạng Ethernet công nghiệp là mạng phục vụ cho cấp quản lý và cấp phân xưởng để thực hiện truyền thông giữa máy tính và các hệ thống tự động hoá. Nó phục vụ cho việc trao đổi một lượng thông tin lớn, truyền thông trên một phạm vi rộng. Các bộ xử lý truyền thông dùng trong mạng luôn kiểm tra xem đường dẫn có bị chiếm dụng không. Nếu không thì một trạm nào đó trong mạng có thể gửi điện tín đi, khi xảy ra xung đột trên mạng vì có hai trạm gửi thì ngừng ngay lại và quá trình gửi điện tín được thực hiện lại sau một thời gian nhất định, thời gian này được xác định theo luật toán học ngẫu nhiên.

Mạng Ethernet công nghiệp có những tính chất đặc trưng sau:

- Mạng Ethernet công nghiệp sử dụng thủ tục truyền thông ISO và TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol).
- Theo phương pháp thâm nhập đường dẫn đã chọn (CSMA/CD – Carrier Sense Multiple Access with Collision Detecion) thì các thành viên trong mạng Ethernet công nghiệp đều bình đẳng với nhau.
- Theo tiêu chuẩn truyền thông ISO và ISO on TCP thì các trạm không phải của SIEMENS cũng có khả năng tích hợp vào mạng, nói một cách khác Ethernet công nghiệp là mạng truyền thông mở.

Các thông số của mạng Ethernet công nghiệp:
Chuẩn truyền thông : IEEE 802.3

Số lượng trạm : Max 1024 trạm

Phương pháp thâm nhập đường dẫn : CSMA /CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection)

Môi trường truyền thông :
- Dây dẫn :
+ Cáp đồng
+ Cáp đôi dây xoắn
- Cáp quang : Cáp thuỷ tinh hoặc chất dẻo

Kiểu nối : Đường thẳng, cây, hình sao và vòng tròn

Dịch vụ truyền thông : S7-FunctionISO-TransportISO-on-TCP
 

Mạng PROFIBUS

PROFIBUS - Process Field Bus. Đây là một chuẩn truyền thông được SIEMENS phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245. PROFIBUS được thiết lập theo phương pháp hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường. Mạng PROFIBUS tuân theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác.

Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau:

PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa trong một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Một đặc trưng nữa của PROFIBUS – DP là tốc độ truyền cao, có thể lên tới 12 Mbit/s.

PROFIBUS – FMS (Fieldbus Message Specification) trao đổi lượng thông tin trung bình giữa các thành viên bình đẳng với nhau trong mạng.
PROFIBUS – FMS được dùng chủ yếu cho việc nối mạng các máy tính điều khiển và giám sát. Mạng này chỉ thực hiện ở các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Do đặc điểm của các ứng dụng trên cấp điều khiển và điều khiển giám sát, dữ liệu chủ yếu được trao đổi với tính chất không định kỳ.

PROFIBUS – PA (Process Automation) được thiết kế riêng cho những khu vực nguy hiểm. PROFIBUS – PA là sự mở rộng của PROFIBUS – DP về phương pháp truyền dẫn an toàn trong môi trường dễ cháy nổ theo chuẩn IEC 61158-2. PROFIBUS – PA là loại bus trường thích hợp cho các hệ thống điều khiển phân tán trong các ngành công nghiệp hoá chất và hoá dầu. Thiết bị chuyển đổi (DP/PA-Link) được sử dụng để tích hợp đường mạng PA với mạng PROFIBUS DP. Điều này đảm bảo cho toàn bộ thông tin có thể được truyền liên tục trên hệ thống mạng PROFIBUS bao gồm cả DP và PA

 

Trên đây là tổng quan về vài nét cơ bản về truyền thông công nghiệp hy vọng sẽ giúp ích các độc giả quan tâm về chuyên ngành.