Bài 1: Giới thiệu tổng quan
1. Giới thiệu:
a.Mạng truyền thông công nghiệp là gì?:
- Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm
chung chỉ các hệ thống thông số, truyền bít nối tiếp, được sử dụng để ghép nối
các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến
hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, thiết
bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí
nghiệp, quản lý công ty.
Tuy nhiên mạng truyền thông công nghiệp không hẳn là mạng máy tính và
cũng không là mạng viễn thông. Giữa chúng có một số điểm chung và vài 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 truyền thông công nghiệp.
+ Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật,
trong đó cong 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 dư liệu. Đối tượng của mạng
công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm
duy nhất là dữ liệu.
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 các điểm giống nhau và
khác nhau như sau:
+ Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của 2 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 cáp 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 còn có them khả năng tự phát hiện lỗi và chuẩn 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 khiện cho việc sử dụng các thiets bị nhiều hang 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 được nâng cao
nhờ giao diện chuẩn.
- Đơn giản hóa/ tiện lợi hóa việc tham số hóa, chuẩn đoán, định vị lỗi, sự cố 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 chuẩn đoán. Các thiết bị có thể tích hợp
khả năng tự chuẩn 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 dung các kiến trúc điều khiển mới
như điều khiển phân tán, điều khiển giám sát hoặc chuẩn 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.
2
c. Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp:
Để phân loại và phân tích đặc trưng của 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. Mô hình này thể hiện nhiều phân cấp khác nhau.
Ta nhận thấy càng ở những cấp dưới thì các chức năng càng mang tính chất cơ
bản hơn và đòi hỏi yêu cầu cao hơn về độ nhanh nhạy, về thời gian phản ứng.
Một chức năng ở cấp trên được thực hiện dựa trên các chức năng cấp dưới tuy
không đòi hỏi thời gian phản ứng nhanh nhưng lượng thông tin cần trao đổi và
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 phí 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.
Khái niệm bus trường và bus hệ thống không bắt buộc nằm ở sự khác nhau về
kiểu bus được sử dụng mà ở mục đích sử dụng hay nói cách khác là ở các thiết
bị ghép nối. Trong một số giải pháp, một kiểu bus duy nhất dung cho cả hai cấp
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 nghiêm ngặt 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 dung 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 khắc
khe.
+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 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 qua trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thông
tin theo chiều ngược lại là các 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.
nhiều sản phẩm mới ra đời thậm chí không còn được gắn cái tên DCS.
DCS là một giải pháp điều khiển phân tán, tuy nhiên không phải bất cứ giải
pháp điều khiển phân tán nào cũng là DCS. Ta hoàn toàn có thể xây dựng các hệ
thống tự động hoá có cấu trúc phân tán dựa trên nền DCS, PLC, IPC… Cũng
phải nói rằng, đôi khi cũng khó có sự phân biệt rạch ròi giữa các loại thiết bị
điều khiển nói trên. Ví dụ, một giải pháp DCS có thể sử dụng PLC (PLC-based
DCS) hoặc IPC (PC-based DCS) cho các trạm điều khiển của nó. Do có sự phát
triển mạnh mẽ của công nghệ máy tính, các thiết bị điều khiển ngày càng giống
nhau hơn về bản chất. Một khái niệm được dùng rộng rãi gần đây là hệ điều
khiển lai (hybrid control system), trong đó mỗi trạm điều khiển có thể mang
dáng dấp của một DCS kinh điển, một PLC hoặc một IPC hiện đại. Sự phát triển
các giải pháp điều khiển đương nhiên cũng không chỉ dừng ở đó. Xu thế sử dụng
bus trường và các thiết bị trường thông minh tích hợp chức năng điều khiển cơ
sở đã tạo ra các giải pháp điều khiển hoàn toàn mới. Và khi không biết phải gọi
tên giải pháp đó chính xác là gì, người ta sẽ dùng các khái niệm chung chung
như hệ thống tự động hoá quá trình (Process Automation System), hệ thống tự
động hoá xí nghiệp (Factory Automation System) hoặc hệ thống tự động hoá kỹ
thuật số (Digital Automation System).
b. Hệ thống điều khiển quá trình:
- SCADA – Supervisory Control And Data Acquisition là một hệ thống điều
khiển giám sát và thu thập dữ liệu, nói một cách khác là một hệ thống hỗ trợ con
người trong việc giám sát và điều khiển từ xa, ở cấp cao hơn hệ điều khiển tự
động thông thường. Để có thể điều khiển và giám sát từ xa thì hệ SCADA phải
5
có hệ thống truy cập, truyền tải dữ liệu cũng như hệ giao diện người – máy
(HMI – Human Machine Interface).
Trong hệ thống điều khiển giám sát thì HMI là một thành phần quan trọng
không chỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn người ta cũng cần
giao diện người – máy để phục vụ cho việc quan sát và thao tác vận hành ở cấp
điều khiển cục bộ. Vì lý do giá thành, đặc điểm kỹ thuật nên các màn hình vận
lưu lượng truyền thông lớn và nó sẽ hạn chế số lượng điểm vào ra, đặc biệt khi
hệ thống đòi hỏi chu trình điều khiển nhỏ. Với khả năng mở rộng dữ liệu hạn
chế, các hệ thống lai cũng không đủ phục vụ cho các ứng dụng lớn.
Một số hệ điều khiển lai có thể kể ra như: Delta V (Fisher-rosemount),
Plantcape (Holley well), Micro I/A (Foxboro), Simatic PCS7 (Siemens),
stardom (Yokogawa), Inductrial IT (ABB).
6
3. Mô hình kết nối hệ thống mở (OSI).
-Mô hình OSI (Open Systems Interconnection Reference Model, viết ngắn là
OSI Model hoặc OSI Reference Model) - tạm dịch là Mô hình tham chiếu kết
nối các hệ thống mở - là một thiết kế dựa vào nguyên lý tầng cấp, lý giải một
cách trừu tượng kỹ thuật kết nối truyền thông giữa các máy vi tính và thiết kế
giao thức mạng giữa chúng. Mô hình này được phát triển thành một phần trong
kế hoạch Kết nối các hệ thống mở gọi là Mô hình bảy tầng của OSI.
Tầng 1 : Tầng vật lý ( Physical Layer) :
Điều khiển việc truyền tải thật sự các bit trên đường truyền vật lý. Nó định
nghĩa các tín hiệu điện, trạng thái đường truyền, phương pháp mã hóa dữ liệu,
các loại đầu nối được sử dụng.
Tầng 2: Tầng liên kết dữ liệu (Data-Link Layer)
Đảm bảo truyền tải các khung dữ liệu (frame) giữa hai máy tính có đường
truyền vật lý nối trực tiếp với nhau. Nó cài đặt cơ chế phát hiện và xử lý lỗi dữ
liệu nhận
Tầng 3: Tầng mạng (Network Layer)
Đảm bảo các gói tin dữ liệu (Packet) có thể truyền từ máy tính này đến máy
tính kia cho dù không có đường truyền vật lý trực tiếp giữa chúng. Nó nhận
nhiệm vụ tìm đường đi cho dữ liệu đến các đích khác nhau trong mạng.
Tầng 4: Tầng vận chuyển (Transport Layer)
Đảm bảo truyền tải dữ liệu giữa các quá trình. Dữ liệu gởi đi được đảm bảo
không có lỗi, theo đúng trình tự, không bị mất mát, trùng lắp. Đối với các gói tin
có kích thước lớn, tầng này sẽ phân chia chúng thành các phần nhỏ trước khi gởi
giao tiếp.
-Thiết kế cấu trúc mạng: Sử dụng cấu trúc thích hợp nh đờng trục, đờng nhánh,
mạch vòng đảm bảo các yêu cầu về số trạm, tốc độ và khoảng cách truyền.
-Chọn cấu hình các bộ nguồn cho mạng: Đánh giá và tính toán công suất các bộ
nguồn sao cho phù hợp với số trạm, kiểu thiết bị cáp nối/ bộ nối cũng nh thoả
mãn các yêu cầu về chống nhiễu, cháy nổ.
-Đặt cấu hình mạng: Sử dụng máy tính với các phần mềm cấu hình mạng, các
công cụ cấu hình chuyên dụng, các công tắc và các chốt tại thiết bị để đặt địa
chỉ, tốc độ truyền, quan hệ giao tiếp.
5. Cỏc chun truyn thụng.
Foudation Fieldbus
- Foundation fielbus c phỏt trin bi t chc Foundation Fieldbus, mt t
chc phi li nhun vi s thnh viờn hn mt trm cụng ty hot ng trong lnh
vc t ng húa trờn ton th gii. Foundation Fielbus ban u phỏt hnh vi
hai cp , 31.25kbps v 1Mbps. Cỏc h thng cao hn nh 2.5Mbps, ch yu
c dựng thay th cho cỏc ng truyn k thut tng t 4-200mA v mi
phõn on h tr ti a 32 thit b. cỏc cp tc cao hn, Foundation
Fieldbus c phỏt trin trờn nn mng enthernet v s dng switch v c gi
l fieldbus HSE (High speech switch Enthernet). Fieldbus HSE ch yờu s dng
s dng liờn kt cỏc phõn loi mng Fieldbus to thnh h thng ln
hn nhn ngy nay cú nhn thit b phỏt trin cú th kt ni trc tip vo
Fieldbus HSE. Foundation fieldbus tr thnh chun quc t v xu hng phỏt
trin ca h thng t ng húa l s dng Foundation Fieldbus nhm nõng cao
kh nng tớch hp. Vi vic s dng Foundation Fieldbus, ta cú th kt ni trong
cựng mt h thng iu khin cỏc thit b iu khin, o lng v chp hnh ca
nhiu nh sn xut khỏc nhau mt cỏch d dng.
Ethernet:
- Ethernet c phỏt trin bi trung tõm nghiờn cu Palo Alto (PARC) thuc
tp on Xerox (M) c phỏt trin nhng nm 70 ca th k 20. Ethernet s
dng phng phỏp truy cp mng CSMA/CD. Cú nhiu giao thc mng c
trị (độ lớn) trong khi từ "While" đề cập đến cái cách phân bố công suất tín hiệu
trong miền thời gian hoặc tần số.
Ngoài nhiễu trắng Gaussian chúng ta còn có nhiễu trắng Poisson, Cauchy, Khi
miên tả hệ thống bằng toán học chúng ta hay sử dụng nhiễu AWGN (additive
white Gaussian noise) vì loại nhiễu này dễ tạo ra nhất.
2. Những sự cố thường gặp và cách giải quyết:
Nhiễu trùng kênh : Là do nhiều thiết bị có tần số trùng nhau.
Nhiễu do xuyên điều chế: Là do sự kết hợp giữa hai hoặc nhiều tín hiệu có tần
số khác nhau khi truyền qua thiết bị phi tuyến và tạo ra những tín hiệu không
mong muốn. Những tín hiệu không mong muốn này gây nhiễu cho các đài vô
tuyến điện khác.
Nhiễu tương thích điện từ trường (EMC): Là do thiết bị, hệ thống thiết bị vô
tuyến điện, điện, điện tử không hoạt động bình thường trong môi trường điện từ.
Một số can nhiễu EMC:
9
Bức xạ từ các thiết bị ứng dụng trong công nghiệp, khoa học và y tế (ISM) gây
nhiễu cho các thiết bị.
Bức xạ do không bảo đảm kỹ thuật tại các điểm tiếp xúc giữa đường dây tải điện
không bao bọc và các trụ sứ gây nhiễu cho các mạng đường đay điện đặt gần.
Bộ khuyến đại tín hiệu (booster) gây nhiễu cho mạng
Nhiễu do các phát xạ không mong muốn ( bao gồm phát xạ ngoài băng và phát
xạ giả) : Là do các thiết bị phát sóng vô tuyến điện phát các phát xạ ngoài băng
không đáp ứng các qui chuẩn kỹ thuật về phát xạ không mong muốn, các phát xạ
ngoài băng này gây nhiễu cho các thiết bị khác.
3. Các phương pháp cụ thể.
a.Sử dụng điều chế để chống nhiễu.
b.Sử dụng các phương pháp thu để chống nhiễu.
c. Phương pháp hàm tương quan.
d. Dùng phản hồi để chống nhiễu.
4. Nối đất/chống nhiễu và nhiễu.
1.Chuẩn truyền thông RS232:
- Ngày nay các thiết bị đo lường, điều khiển … đều phải giao tiếp với máy tính
để quan sát thông số và chế độ hoạt động của thiết bị như thế nào? Chuẩn giao
tiếp được coi là đơn giản và dễ dùng đó là RS232. Hầu như các thiết bị đều được
giao tiếp với máy tính thông qua chuẩn này. Bài này sẽ nói về cơ bản chuẩn giao
tiếp RS232: Tổng quan chung về RS232, Sơ đồ ghép nối, Giao diện phần mềm.
RS-232 (Hiện nay được gọi với tên quốc tế là EIA/TIA-232) tương ứng với
chuẩn châu Âu là CCITT V2.4 lúc đầu được xây dựng phục vụ chủ yếu trong
việc ghép nối điểm – điểm giữa hai thiết bị đầu cuối (DTE – Data Terminal
Equipment) ví dụ giữa hai máy (PC, PLC, v.v…), giữa máy tính và máy in, hoặc
giữa một thiết bị đầu cuối và một thiết bị truyền dữ liệu (DCE – Data
Communication Equipment) ví dụ giữa máy tính và Modem (dùng dây Console
để cấu hình mạng cho Modem qua máy tính).
2.Các yếu tố của RS232:
- RS-232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu
điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và mass. Mức điện áp được sử dụng dao
động trong khoảng -15V 15V. Khoảng từ 3V 15V ứng với giá trị logic 0,
từ -15V -3V ứng với giá trị logic 1.
Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn. Đa số các hệ thống
hiện nay chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2KBd (chiều dài cho phép 30-50m). Hiện nay
đã có những mạch thu phát đạt tốc độ 460KBd và hơn nữa, tuy nhiên tốc độ
truyền dẫn thực tế lớn hơn 115.2KBd theo chuẩn RS-232 trong một hệ thống
làm việc dựa vào ngắt là một điều khó có thể thực hiện.
11
Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng công suất phát tương đối thấp,
nhờ trở kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7KΩ.
Thông số Điều kiện Tối thiểu Tối đa
Điện áp đầu ra hở mạch 25V
Điện áp đẩu ra khi có tải
3KΩ ≤ R
cuối sẵn sàng thiết lập kênh truyền thông. Qua việc giữ mạch DTR ở trạng thái
12
ON, thiết bị đầu cuối cho phép DCE của nó ở chế độ tự trả lời chấp nhận lời kêu
gọi không yêu cầu. Mạch DTR ở trạng thái OFF chỉ khi thiết bị đầu cuối không
muốn DCE của nó chấp nhận lời gọi từ xa (chế độ cục bộ).
-Pin 5 - GND: Chân nối mass.
-Pin 6 - DSR (Data Set Ready, DCE Ready): Cả hai Modem chuyển mạch DSR
sang ON khi một đường truyền thông đã được thiết lập giữa hai bên.
-Pin 7 - RTS (Request To Send): Đường RTS kiểm soát chiều truyền dữ liệu.
Khi một trạm cần gửi dữ liệu, nó đóng mạch RTS sang ON để báo hiệu với
Modem của nó. Thông tin này cũng được chuyển tiếp tới Modem xa.
-Pin 8 - CTS (Clear To Send): Khi CTS chuyển sang ON, một trạm được thông
báo rằng modem của nó đã sẵn sàng nhận dữ liệu từ trạm và kiểm soát đường
điện thoại cho việc truyền dữ liệu đi xa.
-Pin 9 – RI (Ring Indicator): Khi modem nhận được một lời gọi, mạch RI
chuyển ON/OFF một cách tuần tự với chuông điện thoại báo để báo hiệu cho
trạm đầu cuối. Tín hiệu này chỉ thị rằng một Modem xa yêu cầu thiết lập liên kết
dial-up.
3. Hoạt động của giao diện RS232.
- Chế độ làm việc hai chiều toàn phần (full – duplex): Hai thiết bị tham gia
truyền tin đều có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc. Việc thực hiện truyền
thông cần tối thiểu 3 dây dẫn, và việc đảm bảo độ an toàn truyền dẫn tín hiệu
thuộc về trách nhiệm của phân mềm.
Một số ví dụ về kiểu ghép nối của RS-232 tùy vào các trường hợp.
Ví dụ ghép nối với RS-232
4.Các hạn chế:
- RS 232 sử dụng phương thức truyền thông không đối xứng, tức là sử dụng tín
hiệu điện áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Do đó ngay từ đầu tiên ra đời
nó đã mang vẻ lỗi thời của chuẩn TTL, nó vấn sử dụng các mức điện áp tương
thích TTL để mô tả các mức logic 0 và 1. Ngoài mức điện áp tiêu chuẩn cũng cố
-Kiểm tra được chức năng truyền thông RS232 trên máy tính.
5.4.Các vấn đề cơ bản.
+ Khả năng chống nhiễu của các cổng nối tiếp cao.
+ Thiết bị ngoại vi có thể tháo lắp ngay cả khi máy tính đang được cấp điện.
+ Các mạch điện đơn giản có thể nhận được điện áp nguồn nuôi qua công nối
tiếp.
5.5. Tóm tắt.
Bài 4: Chuẩn truyền thông RS485
1. Chuẩn truyền thông RS485 :
-RS-485 hiện nay được gọi với tên chuẩn quốc tế là EIA/TIA-485, là chuẩn duy
nhất do EIA đưa ra mà có khả năng truyền thông đa điểm thực sự chỉ dùng một
đường dẫn chung duy nhất, được gọi là bus. Được thiết kế với mục đích có thể
dùng nhiều hơn hai trạm trên một đường truyền mà chuẩn RS-232 không làm
được (chuẩn RS-232 chỉ có thể kết nối hai trạm trên một đường truyền).
RS-485 cho phép sử dụng tối đa 32 thiết bị (tải đường truyền) tham gia vào
đường một truyền. Vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường. 32
trạm được ghép nối được định địa chỉ và giao tiếp đồng thời trong một đoạn RS-
485 mà không cần bộ lặp.
14
RS-485 sử dụng cấu hình mạng phổ biến nhất là sử dụng hai dây dẫn cho việc
truyền tín hiệu.
Cấu hình mạng RS-485 hai dây (A và B).
RS-485 không phải là một chuẩn chọn vẹn mà chỉ là một chuẩn về đặc tính điện
học, vì vậy không có các quy định cho cáp nối cũng như các bộ nối. Có thể dùng
đôi dây xoắn, cáp trơn hoặc các loại cáp khác, tuy nhiên đôi dây xoắn vẫn là loại
cáp được sử dụng phổ biến nhất nhờ đặc tính chống tạp nhiễu và xuyên âm.
Đặc tính điện học:
RS-485 sử dụng phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng, tức là sử dụng sự
chênh lệch điện áp giữa hai dây dẫn (dây âm và dây dương) để biểu diễn trạng
thái logic (1 và 0) của tín hiệu, không phụ thuộc vào đất.
Điện áp chế độ chung V
CM
-7V 12V
Trở kháng đầu vào
12kΩ
Bảng 2: Tóm tắt các thông số quan trọng của RS-485.
15
Quy định trạng thái logic của tín hiệu RS-485.
Chế độ làm việc:
Chế độ truyền bán song công hay hai chiều gián đoạn (half-duplex) đối với cấu
hình hai dây dẫn cho việc truyền tín hiệu, giá thành đầu tư ít hơn.
Và chế độ truyền song công hay hai chiều toàn phần (full-duplex) với cấu hình
bốn dây dẫn cho việc truyền tín hiệu, phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi tốc độ
truyền tải thông tin cao, tuy nhiên giá thành cao hơn.
Mặc dù mức tín hiệu được xác định bằng điện áp chênh lệch giữa hai dây dẫn A
và B không có liên quan tới hệ đất, hệ thống RS-485 vẫn cần một đường dây nối
đất để tạo một đường thoát cho nhiễu chế độ chung và các dòng khác, ví dụ
dòng đầu vào bộ thu.
2. Xử lý sự cố:
2.1.Giới thiệu:
-Một số sự cố thường gặp đối với cổng truyền thông RS 485
-Tiếp xúc giữa các chân.
-Đứt 1 trong các dây.
-Một trong các jắc cắm bị hỏng
2.2. Chuẩn truyền thông RS485 và RS422:
-RS232 và RS485 có những qui định cụ thể về đặc tính điện học, cả hai chuẩn
này đều là truyền thông dạng bit nối tiếp. Với chuẩn RS232, logic "0" và "1"
dựa trên giá trị chênh lệch điện áp giữa kênh truyền TxD hoặc kênh nhận RxD
với đất Gnd. RS485 dựa trên điện áp chênh của 2 dây truyền A và B (trong chế
độ truyền Half-duplex). Vì vậy RS485 cho phép truyền đa điểm và hỗ trợ cự ly
-Khác với các loại cáp trên, cáp quang thực hiện truyền tải tín hiệu ánh sáng.
Với nguyên lý phản xạ toàn phần ánh sáng trong đường truyền.
Nguyên tắc làm việc của cáp quang
Ánh sáng được truyền trong môi trường có chiết suất n1, nếu đường đi không
song song với trục của cáp thì sẽ bị phản xạ tại bề mặt tiếp giáp của hai môi
trường với n2 > n1.
-Ngày nay, Internet đã trở thành một nhu cầu thiết yếu, giúp mọi người ở khắp
nơi trên thế giới có thể giao tiếp, trao đổi, học tập, mua sắm, giải trí dễ dàng,
nhanh chóng. Các ứng dụng, dịch vụ trên Internet cũng ngày càng phát triển
theo, điều này đòi hỏi tốc độ, băng thông kết nối Internet cao và cáp quang trở
thành lựa chọn số một – FTTH (Fiber To Home) là một điển hình. FTTH đáp
ứng các dịch vụ luôn đòi hỏi mạng kết nối tốc độ cao như IPTV, hội nghị truyền
hình, video trực tuyến, giám sát từ xa IP Camera…
1.1. Ứng dụng của cáp quang:
-Trước đây, cáp quang chỉ dùng để kết nối các đường trục chính của quốc gia,
nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp lớn vì chi phí khá cao. Nhưng hiện nay, cáp
quang được sử dụng khá rộng rãi ở các doanh nghiệp vừa, nhỏ, các trường đại
học và người sử dụng thông thường…
17
-Cáp quang dùng ánh sáng truyền dẫn tín hiệu, do đó ít suy hao và thường được
dùng cho kết nối khoảng cách xa. Trong khi cáp đồng sử dụng dòng điện để
truyền tín hiệu, dễ bị suy hao trong quá trình truyền và có khoảng cách kết nối
ngắn hơn.
2. Các thiết bị:
Một tuyến thông tin quang bao gồm một nguồn, một đầu thu và cáp quang
kết nối tuyến. Nguồn có thể là LED, IRED hoặc laser diode. Nguồn có thể được
điều chế với tín hiệu tương tự, nhưng thường được kích bởi các xung
số.Detector thường dùng PIN hoặc APD. Tuyến thông tin có thể xem là thông
tin khoảng cách ngắn, trung bình hoặc xa. Thông tin khoảng cách ngắn thường
trong phạm vi vài m và dùng cho:
Tỷ số ghép P
2
/ (P
2
+ P
3
) P
N
/ P
o
Tổn hao dư thừa P
2
+ P
3
/ P
1
P
o
/ P
i
Tổn hao chèn P
2
/ P
1
P
N
/ P
i
18
Độ đồng nhất
P
s
: công suất ra nhỏ nhất
P
x
: công suất ra cổng không ghép
Quá trình ghép dùng mạng 4 cổng có thể kết hợp với hiệu ứng quang điện
(electro-optic effect) để tạo ra các chuyển mạch quang. Các vật liệu có hiệu ứng
quang điện sẽ thay đổi chiết suất khúc xạ khi có mặt điện trường do áp đặt điện
áp. Sự kết hợp của điện áp thiên áp và điện áp chuyển mạch sẽ xác định đầu ra
truyền bức xạ.
Các vật liệu tinh thể (chẳng hạn GaAs) có hiệu ứng quang điện. Vật liệu đế:
LiNbO có hiệu ứng quang điện rất mạnh. Thế chuyển mạch cỡ 5—10V. Hệ số
định hướng cỡ 100:1 đến 3000:1.
Chiết suất của vật liệu ảnh hưởng đến vận tốc truyền sóng và thay đổi chiết
suất có thể thay đổi pha tương đối. Các bộ di pha và điều chế pha cấu tạo từ một
ống dẫn sóng đặt trong tinh thể quang điện, giữa 2 điện cực. Lượng di pha phụ
thuộc độ lớn điện áp và chiều dài ống dẫn sóng.
3.Các thông số.
- Khoảng cách giữa các góc được phép (hay góc tách được phép:
∆θ = λ / d = λ
0
/ n
1
d
Trong đó:
d: đường kính sợi quang
n
1
: chiết suất lõi sợi quang
Gọi
t
0
: trễ trục với khoảng cách L
t
m
: trễ dọc theo đường truyền ứng với θ
p
t
0
= n
1
L / ct
m
= n
1
L / c.cos θ
p
19
∆t = t
m
– t
0
= (Ln
1
/c)(n
1
– n
2
)/n
(NA
det
/ NAfiber)
2
Trong đó:
NA
det
: khẩu độ số đầu thu
NAfiber: khẩu độ số sợi quang
θ
e
: dòng bức xạ đến đầu thu
θ
0
: dòng bức xạ rời khỏi miệng sợi quan
D
d
: đường kính miệng đầu thu
D
c
: đường kính lõi sợi quang
-Độ rộng băng:
BW = 0.35 / T
T = (t
1
2 – t
2
2
)
1/2
2
)
→Step- index- multimode fiber:
Đường kính lõi 50 → 1000 µm .0.2 ≤ NA ≤ 0.5
Đường kính ngoài từ 125 ÷ 1100 µm
→Graded - index - multimode fiber :
+ Đường kính lõi 50 ÷ 100 µm - 0.2 ≤ NA ≤ 0.3
Đường kính ngoài từ 125 ÷ 150 µm
→ thông tin khoảng cách xa
Single mode fiber:
+ Đường kính lõi: 4 ÷ 10 µm - 0.1 ≤ NA ≤ 0.15
+ Đường kính ngoài từ 75 ÷ 125 µm
20
→ long-distance communication
Các xung công suất được tải dọc theo các đường khác nhau sẽ tới đầu cuối tại
những thời điểm khác nhau ( mode trục tới trước tiên, mode ứng với góc NA
đến sau cùng) → trễ mode .
Do trễ mode, xung dòng tổng thu được sẽ rộng hơn xung bức xạ gốc.
→ quá trình mở rộng xung này xung này gọi là méo mode (modal distortion ).
→ Graded - index fiber có méo mode nhỏ hơn so với step-mode fiber.
Biên độ xung truyền qua cáp bị suy giảm do hấp thụ, tán xạ và bức xạ.
Ngoài ra còn phân ra 2 loại cáp quang theo cấu tạo:
Ribbon: cáp quang dạng ruy-băng, chứa nhiều sợi quang bên trong (Hình a)
Zipcord: hai sợi quang có vỏ ngoài liền nhau như dây điện (Hình b)
Hình a Hình b
Bất kỳ giao tiếp quang nào cũng bao gồm 3 thành phần: nguồn phát, vật truyền
dẫn trung gian (cáp quang) và nguồn thu. Nguồn phát sẽ chuyển đổi tín hiệu
điện tử thành ánh sáng và truyền dẫn qua cáp quang. Nguồn thu chuyển đổi ánh
sáng thành tín hiệu điện tử. Có hai loại nguồn phát là laser và LED. Laser ít tán
sắc, cho phép truyền dẫn dữ liệu tốc độ nhanh, khoảng cách xa (trên 20km),
theo tài liệu sẽ có tên gọi khác nhau. Strength member là lớp chịu nhiệt, chịu
kéo căng, thường làm từ các sợi Kevlar. Buffer thường làm bằng nhựa PVC, bảo
vệ tránh va đập, ẩm ướt. Lớp bảo vệ ngoài cùng là Jacket. Mỗi loại cáp, tùy theo
yêu cầu sử dụng sẽ có thêm các lớp jacket khác nhau. Jacket có khả năng chịu va
đập, nhiệt và chịu mài mòn, bảo vệ phần bên trong tránh ẩm ướt và các ảnh
hưởng từ môi trường.
Có hai cách thiết kế khác nhau để bảo vệ sợi cáp quang là ống đệm không chặt
(loose-tube) và ống đệm chặt (tight buffer).
5.4.Cáp trong nhà:
Tight-buffer thường dùng trong nhà (indoor), bao bọc khít sợi cáp quang (như
cáp điện), giúp dễ lắp đặt khi thi công.
Trên một số tài liệu, bạn sẽ gặp hai thuật ngữ viết tắt IFC, OSP. IFC
(Intrafacility fiber cable) là loại cáp dùng trong nhà, có ít lớp bảo vệ vật lý và
việc thi công lắp đặt linh hoạt. OSP (Outside plant cable) là loại cáp dùng ngoài
trời, chịu được những điều kiện khắc nghiệt của nhiệt độ, độ ẩm, bụi… loại cáp
này có nhiều lớp bảo vệ.
6. Kết nối cáp.
6.1. Suy giảm kết nối:
-Suy hao quang (Optical loss): lượng công suất quang (optical power) mất
trong suốt quá trình truyền dẫn qua cáp quang, điểm ghép nối. Ký hiệu dB.
22
Suy hao phản xạ (Optical Return loss): ánh sáng bị phản xạ tại các điểm ghép
nối, đầu nối quang.
Suy hao tiếp xúc (Insertion loss): giảm công suất quang ở hai đầu ghép nối. Giá
trị thông thường từ 0,2dB – 0,5dB.
6.2. Sự kết nối:
- Đầu nối quang: gồm nhiều thành phần kết hợp lại với nhau, chúng có nhiều
kiểu như SC/PC, ST/UPC, FC/APC… Nhưng có hai thành phần bạn cần quan
tâm, đó là kiểu đầu nối SC, ST, FC…và điểm tiếp xúc PC, UPC, APC.SC
(subscriber connector), ST (straight tip), FC (fiber connector) là các kiểu đầu nối
văn phòng, xưởng sản xuất; cáp quang dần trở thành lựa chọn số một cho việc
triển khai hạ tầng mạng đòi hỏi nhiều băng thông và tốc độ cao
6.4.Xử lý sự cố.
6.4.1. Giới thiệu.
6.4.2. Tiêu chuẩn tiếp cận
6.4.3. Các dụng cụ yêu cầu
6.4.4. Luật kết nối cáp quang
6.4.5. Sợi quang bị gãy
Bài 6: Mạng Modbus
1.Giới thiệu tổng quan:
Modbus bắt nguồn trong cuối những năm 70 thế kỷ trước. Năm 1979 khi nhà
sản xuất PLC Modicon, giờ là tập đoàn Schneider Electric's Telemecanique đã
phát hành giao diện truyền thông Modbus cho mạng multidrop dựa trên kiến
trúc master/client. Truyền thông giữa các Modbus node có được bằng các thông
điệp. Nó là một chuẩn mở mà được mô tả bằng cấu trúc thông điệp. Tầng vật lý
của Modbus interface là tự do chọn lựa. Modbus interface ban đầu chạy trên RS-
232, nhưng các thực hiện Modbus sau nhất dùng RS-485 vì nó cho phép khoảng
cách lớn, tốc độ cao và khả năng của một mạng multi-drop thực sự. Trong thời
gian ngắn hàng trăm nhà sản xuất thực hiện hệ thống thông điệp Modbus trong
thiết bị của họ và Modbus trở thành chuẩn defacto cho các mạng truyền thông
công nghiệp.
Điều tốt của chuẩn Modbus là sự linh hoạt, và sự dễ thực hiện của nó. Không chỉ
các thiết bị thông minh như các microcontroller, PLC có thể truyền thông với
Modbus, mà còn các sensor thông minh trang bị Modbus interface gửi data của
chúng đến các host system. Trong khi Modbus được sử dụng chính trước đây
trên các đường truyền thông dây dẫn, cũng có các mở rộng cho các chuẩn truyền
thông không dây và các mạng TCP/IP. Vì thế Modbus trở thành chuẩn fieldbus
được chấp nhận rộng rãi.
2.Cấu trúc giao thức Modbus:
a.Kiến trúc giao thức:
Device address Địa chỉ của receiver
Function code Mã định nghĩa kiểu message
Data Data block với thông tin phụ
Error check Giá trị số kiểm tra để kiểm tra lỗi truyền thông
Mạng Modbus là cơ chế giao tiếp chủ tớ từ máy tính chủ đến các thiết bị
điều khiển thông qua lớp liên kết dữ liệu như hình 6.1
25
Copyright: Tài liệu đại học ©