THIẾT KẾ, CÀI ĐẶT VÀ KHẮC PHỤC SỰ
CỐ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP:
Steve Mackay CPEng, BSc(ElecEng), BSc(Hons), MBA
Edwin Wright MIPENZ, BSc(Hons), BSc(Elec Eng)
Deon Reynders Pr.Eng, BSc(ElecEng)(Hons), MBA
John Park ASD
All with IDC Technologies, Perth, Australia
Newnes
Một dấu ấn của Elsevier
200 Đường Wheeler, Burlington, MA 01803
Xuất bản lần thứ nhất năm 2004
Bản quyền 2004, Công nghệ IDC. Độc quyền
ISBN 07506 5807X
Để biết thông tin trên tất cả các ấn phẩm Newnes, hãy truy cập trang web của
chúng tôi tại www.newnespress.com
Soạn thảo và Biên tập bởi Vivek Mehra, Mumbai, Ấn Độ
()
Được in và liên kết ở Anh
MỤC LỤC
Lời nói đầu
1 Lời giới thiệu 1
1.1 Giới thiệu 1
1.2 Thiết bị đo đạc hiện đại và hệ thống điều khiển 2
1.3 Kết nối các hệ thống mở (OSI) mô hình 6 6
1.4 Các giao thức 7 7
1.5 Tiêu chuẩn 8
2 Phương pháp chung 17
2.1
2.2 Vấn đề chung và các giải pháp 17
2.3 Nhận xét chung về khắc phục sự cố 18
2.4 Một phương pháp cụ thể 19

5 Vòng lặp hiện tại và Tổng quan bộ chuyển đổi EIA-485 69
5.1 Dòng điện 20mA 69
5.2 Chuyển đổi giao diện liên tiếp 70
5.3 Khắc phục sự cố 72
5.3.1 Chuyển đổi Khắc phục sự cố 72
6 Sợi quang học tổng quan 74
6.1 Giới thiệu 74
6.1.1 Ứng dụng cho cáp quang 75
6.2 Thành phần sợi cáp quang 75
6.3 Thông số sợi cáp quang 77
6.4 Các loại sợi quang 78
6.5 Các loại cáp cơ bản 80
6.5.1 Cáp Aerial 80
6.5.2 Cáp ngầm 81
6.5.3 Cáp Sub-dung dịch nước 81
6.5.4 Cáp trong nhà 81
6.6 Sợi kết nối 82
6.6.1 Tổn thất kết nối 82
6.6.2 Nối sợi 82
6.6.3 Bộ kết nối 83
6.6.4 Xử lý kết nối 84
6.6.5 Ghép quang 84
6.7 Máng nối / tổ chức và đầu cuối tủ 84
6.7.1 Máng nối 85
6.7.2 Thùng nối 85
6.7.3 đầu cuối trong bảng vá lỗi và khung phân phối 86
6,8 Khắc phục sự cố 88
6.8.1 Giới thiệu 88
6.8.2 Cách tiếp cận xử lý sự cố chuẩn 88
6.8.3 Yêu cầu công cụ 89

8.2.4 Kết luận 123
9 Tổng quan dữ liệu đường cao tốc Plus/DH485 125
9.1 Giao thức dữ liệu đường cao tốc (Plus)Allen Bradley 125
9.1.1 Tổng quan về giao thức Allen Bradley 125
9.1.2 Lớp vật lý (lớp phần cứng) 126
9.1.3 Lớp liên kết dữ liệu Full-duplex 126
9.2 Khắc phục sự cố 134
9.2.1 Giới thiệu 134
9.2.2 Dữ liệu xa lộ Plus xử lý sự cố dây 134
9.2.3 Dữ liệu xa lộ Plus chẩn đoán mạng 136
10 Tổng quan HART 137
10.1 Giới thiệu về HART và thiết bị thông minh 137
10.2 Giao thức HART 138
10.3 Lớp vật lý 139
10.4 Liên kết dữ liệu 141
10,5 Ứng dụng lớp 142
10.6 Khắc phục sự cố 144
11 Tổng quan giao diện-AS (AS-i) 145
11.1 Giới thiệu 145
11.2 Lớp 1 - lớp vật lý 146
11.3 Lớp 2 - liên kết lớp dữ liệu 149
11.4 Đặc điểm hoạt động 152
11.5 Khắc phục sự cố 152
11.5.1 Giới thiệu 152
11.5.2 Công cụ của giao dịch 153
12 Tổng quan mạng thiết bị 155
12.1 Giới thiệu 155
12.2 Vật lý lớp 156
12.2.1 Cấu trúc liên kết 156
12.3 Đầu nối 157

12.12.3 Các thủ tục tìm sự cố 177
13 Tổng quan về ProfiBus PA/DP/FMS 181
13.1 Giới thiệu 181
13.2 Chồng giao thức ProfiBus 183
13.2.1 Lớp vật lý (lớp 1) 183
13.2.2 Liên kết dữ liệu (lớp 2) 184
13.2.3 Lớp ứng dụng 187
13.2.4 Đặc điểm kỹ thuật thông báo Fieldbus (FMS) 187
13.2.5 Giao diện lớp thấp hơn (LLI) 188
13.2.6 Lớp quản lý Fieldbus (FMA 7) 189
13.3 Các mô hình truyền thông ProfiBus 190
13.4 Mối quan hệ giữa quá trình ứng dụng và thông tin liên lạc 190
13.5 Đối tượng truyền thông 191
13.6 Hiệu suất 192
13.7 Vận hành hệ thống 192
13.7.1 Cấu hình 192
13.7.2 Truyền dữ liệu giữa DPM1 và DP-thụ động 194
13.7.3 Đồng bộ và phương thức đóng băng 194
13.7.4 An toàn và bảo vệ trạm 195
13.7.5 Hoạt động hỗn hợp của trạm FMS và DP 195
13.8 Khắc phục sự cố 195
13.8.1 Giới thiệu 195
13.8.2 Các công cụ khắc phục sự cố 195
13.8.3 Lời khuyên 198
14 Tổng quan xây dựng Fieldbus 200
14.1 Giới thiệu về xây dựng Fieldbus 200
14.2 Các lớp vật lý và các quy định hệ thống dây điện 201
14.3 Các lớp liên kết dữ liệu 204
14.4 Lớp ứng dụng 205
14.5 Lớp người dùng 206

15.5.3 Xác định so với vận hành ngẫu nhiên 237
15.5.4 Kích thước và chi phí của khung Ethernet 237
15.5.5 Tiếng ồn và nhiễu sóng 237
15.5.6 Phân vùng của mạng lưới 238
15.5.7 Chuyển đổi công nghệ 238
15.5.8 Điện tử đăng nhập 239
15.5.9 Nhanh và Gigabit Ethernet 239
15.5.10 TCP / IP và hệ thống công nghiệp 240
15.5.11 Kiến trúc Ethernet công nghiệp cho độ sẵn sàng cao 240
15.6 Khắc phục sự cố 241
15.6.1 Giới thiệu 241
15.6.2 Vấn đề thường gặp và lỗi 241
15.6.3 Công cụ của thương mại 241
15.6.4 Những vấn đề và những giải pháp 243
15.6.5 Khắc phục sự cố chuyển mạch mạng lưới 255
15.6.6 Khắc phục sự cố nhanh Ethernet 256
15.6.7 Khắc phục sự cố gigabit Ethernet 256
16 Tổng quan TCP/IP 257
16.1 Giới thiệu 257
16.1.1 Lớp mạng Internet 259
16.1.2 Lớp cơ sơ 259
16.1.3 Quy trình / ứng dụng lớp 259
16.2 Lớp giao thức mạng Internet (chuyển gói) 259
16.2.1 Phiên bản IP 4 (IPv4) 259
16.2.2 Địa chỉ phân giải giao thức (ARP) 262
16.2.3 ICMP 265
16.2.4 Gói dữ liệu ICMP 265
16.2.5 Tuyến 267
16.3 Lớp cơ sở: giới hạn độ bền 270
16.3.1 TCP 270

Phụ lục C Thực hành 343
Phụ lục D Tổng quan về giao thức công nghiệp khác 402
Phụ lục E Các dịch vụ khu vực, các quy định và tiêu chuẩn 406
Chỉ số 415
LỜI NÓI ĐẦU
Đây là một cuốn sách toàn diện bao gồm các yếu tố cần thiết về xử lý sự cố và giải
quyết vấn đề của các hệ thống truyền thông dữ liệu công nghiệp bao gồm các lĩnh
vực như RS-232, RS-485, các giao thức công nghiệp như Modbus, sợi quang học,
công nghiệp Ethernet, TCP / IP, DeviceNet (thiết bị mạng) và các giao thức
Fieldbus như Profibus và Foundation Fieldbus. Nó có thể được sử dụng rất có lợi
kết hợp với công nghệ IDC trên hệ thống thông tin vi tính.
Chúng tôi đã đưa ra tất cả các quá trình xử lý sự cố và kỹ năng giải quyết vấn đề từ
các kỹ sư giàu kinh nghiệm và tổng hợp lại thành cuốn sách, để người sử dụng có
thể giải quyết được các vấn đề thực tế thông tin liên lạc trong công nghiệp.
Mục tiêu tổng thể của cuốn sách là giúp xác định, ngăn chặn và sửa chữa các vấn
đề chung về truyền thông công nghiệp. Trọng tâm là “bên ngoài chiếc hộp “. Điểm
nhấn mạnh là các ứng dụng thực tế vượt xa các vấn đề thông tin liên lạc thông
thường. Ngoài ra, lý luận và tập trung vào việc cung cấp các công cụ cần thiết về
kỹ năng trong việc giải quyết các vấn đề truyền thông công nghiệp, đó là RS-
232/RS-485, Modbus, Fieldbus và DeviceNet hoặc một mạng cục bộ như Ethernet.
Ngày nay, hệ thống truyền thông công nghiệp đang được lắp đặt trong toàn bộ các
nhà máy, từ kết nối các công cụ đơn giản để điều khiển logic lập trình đến các máy
tính, trong suốt một phần kinh doanh của nhà máy. Phạm vi của vấn đề truyền
thông là từ vấn đề nối dây đơn giản đến chuyển giao liên tục các thông điệp giao
thức.
Hệ thống truyền thông trong các nhà máy làm cơ sở cho toàn bộ hoạt động. Điều
quan trọng là cần phải có những kiến thức và công cụ để nhanh chóng xác định và
sửa chữa các vấn đề khi chúng xảy ra, để đảm bảo rằng có một hệ thống an toàn và
đáng tin cậy. Cuốn sách này chắt lọc tất cả những lời khuyên và bí quyết với những
lợi ích của nhiều năm kinh nghiệm. Nó cung cấp một phương pháp phổ biến bao

• Kỹ sư kiểm tra
• Kỹ sư kỹ thuật điện tử
• Kỹ sư tư vấn
• Quản lý nhà máy
• Thợ điện
Kiến thức cơ bản của truyền thông dữ liệu là rất hữu ích.
Cấu trúc của cuốn sách được liệt kê dưới đây. Mỗi chương được chia thành hai
phần :
• Nguyên tắc cơ bản của tiêu chuẩn hoặc giao thức
• Khắc phục sự cố
Chương 1: Giới thiệu . Giới thiệu về truyền thông công nghiệp và các tiêu chuẩn,
các giao thức khác nhau được sử dụng, cũng như được thảo luận trong cuốn sách
này .
Chương 2: Phương pháp tổng thể. Xem xét các triệu chứng điển hình và các vấn đề
xảy ra trong truyền thông công nghiệp. Phương pháp điển hình sửa chữa vấn đề xảy
ra .
Chương 3: Tổng quan về EIA-232. Đánh giá của các nguyên tắc cơ bản của EIA-
232 và cách sửa chữa các vấn đề xảy ra .
Chương 4: Tổng quan về EIA -485. Thảo luận về RS-485 trong phạm vi hệ thống
cáp, chế độ điện áp phổ biến, bộ chuyển đổi, cách điện, chấm dứt và kiếm soát
trạng thái không làm việc.
Chương 5 : Tổng quan về vòng lặp hiện tại và chuyển đổi EIA -485. Vấn đề về cáp
và cách điện và làm thế nào để sửa chữa chúng .
Chương 6: Tổng quan về sợi quang. Đánh giá về ghép nối, giao diện cáp, kết nối,
đa chế độ, laser so với các máy phát LED, trình điều khiển không tương thích, cong
bán kính và giật và các vấn đề cài đặt.
Chương 7: Tổng quan về Modbus. Thảo luận về các vấn đề với Modbus, như:
không có phản ứng, báo cáo ngoại lệ, tiếng ồn và giao diện vô tuyến và thiếu
lớp vật lý và ứng dụng trong định nghĩa.
Chương 8: Tổng quan về giao thức Modbus Plus. Xem xét các vấn đề điển hình

• Mô tả các thiết bị hiện đại và hệ thống điều khiển
• Liệt kê các hệ thống thông tin liên lạc công nghiệp chủ yếu
• Mô tả các thành phần thiết yếu của hệ thống truyền thông công nghiệp
Giới thiệu:
Truyền thông dữ liệu liên quan đến việc chuyển giao thông tin từ điểm này đến
điểm khác. Trong cuốn sách này, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến việc truyền dữ
liệu kỹ thuật số. Trong tài liệu này, "dữ liệu" đề cập đến các thông tin được thể hiện
bởi một chuỗi các số không và một, giống như một loại dữ liệu được xử lý bởi máy
tính. Nhiều hệ thống truyền thông xử lý dữ liệu tương tự, ví dụ là hệ thống điện
thoại, đài phát thanh và truyền hình. Thiết bị hiện đại đã liên quan đến việc chuyển
dữ liệu kỹ thuật số.
Bất kỳ hệ thống thông tin liên lạc nào cũng đều cần thiết bị chuyển phát để gửi
thông tin, một máy thu để chấp nhận nó và một đường liên kết giữa chúng. Các loại
liên kết bao gồm dây đồng, cáp quang, vô tuyến và sóng.
Một số liên kết khoảng cách ngắn, sử dụng kết nối song song, có nghĩa là nhiều dây
được yêu cầu phải mang một tín hiệu. Đây là loại kết nối được giới hạn trong các
thiết bị như máy in địa phương. Hầu như tất cả các thông tin liên lạc dữ liệu hiện
đại sử dụng các liên kết nối tiếp trong đó dữ liệu được truyền theo thứ tự trên một
mạch đơn.
Kỹ thuật số dữ liệu đôi khi được chuyển giao sử dụng một hệ thống được thiết kế
chủ yếu cho truyền thông tương tự. Một modem, ví dụ, hoạt động bằng cách sử
dụng một dòng dữ liệu kỹ thuật số để điều chỉnh một tín hiệu tương tự được gửi
qua đường dây điện thoại. Modem khác demodulates tín hiệu để sao chép các dữ
liệu kỹ thuật số ban đầu vào đầu cuối nhận. Từ "modem" có nguồn gốc từ điều biến
và bộ giải điều chế. Có nghĩa là phải thống nhất với nhau về cách dữ liệu được mã
hóa, đó là thiết bị nhận phải có khả năng hiểu được những gì máy tính gửi. Cấu trúc
này là của thiết bị giao tiếp được biết đến như một giao thức.
Vào thập kỷ trước, nhiều tiêu chuẩn và các giao thức đã được thành lập, cho phép
công nghệ truyền dữ liệu sử dụng có hiệu quả hơn trong công nghiệp. Nhà thiết kế
và người sử dụng bắt đầu nhận ra những lợi ích kinh tế và năng suất rất lớn có thể

truyền dữ liệu (tín hiệu điều khiển) để điều khiển các thiết bị, mà hoạt động theo
một quy trình nhất định.
Sự tích hợp của hệ thống với nhau cho phép dữ liệu được chuyển một cách nhanh
chóng và có hiệu quả giữa các hệ thống khác nhau trong một nhà máy cùng một
liên kết truyền thông dữ liệu. Điều này giúp loại bỏ sự không cần thiết cho các máy
có hệ thống dây điện tốn kém và khó sử dụng.
Năng suất và chất lượng là mục tiêu chính trong việc quản lý tốt của bất kỳ hoạt
động sản xuất. Quản lý có thể được cải thiện đáng kể bởi sự sẵn có của dữ liệu
chính xác và kịp thời. Từ đó, chúng ta có thể phỏng đoán rằng một thiết bị tốt và
hệ thống điều khiển có thể tạo điều kiện cả về chất lượng và năng suất.
Mục đích chính của một hệ thống thiết bị đo đạc và kiểm soát, trong một môi
trường công nghiệp, là để cung cấp những yếu tố sau:
Kiểm soát các quy trình và báo động
Theo truyền thống, điều khiển các quá trình như nhiệt độ và lưu lượng được cung
cấp bởi các bộ điều khiển tương tự hoạt động trên tiêu chuẩn 4-20 mA. Các tiêu
chuẩn 4-20 mA được sử dụng bởi thiết bị từ nhiều nhà cung cấp và nó được phổ
biến cho các thiết bị từ các nguồn khác nhau được trộn lẫn trong hệ thống điều
khiển tương tự. Bộ điều khiển độc lập và các công cụ phần lớn đã được thay thế
bằng hệ thống tích hợp như hệ thống điều khiển phân tán (DCS), mô tả dưới đây.
Kiểm soát trình tự, khoá liên động và báo động
Thông thường, điều này được cung cấp bởi bộ chuyển tiếp, bộ đếm thời gian và các
thành phần khác vào bảng điều khiển và các trung tâm điều khiển động cơ. Các
điều khiển trình tự, lồng khóa liên động và yêu cầu báo động phần lớn được thay
thế bằng PLC.
Một giao diện điều khiển cho màn hình hiển thị và kiểm soát
Theo truyền thống, quy trình và nhà máy sản xuất được vận hành từ bảng điều
khiển địa phương của một số nhà khai thác, từng chịu trách nhiệm một phần của
quá trình tổng thể. Hệ thống điều khiển hiện đại có xu hướng sử dụng phòng điều
khiển trung tâm để theo dõi toàn bộ nhà máy. Phòng điều khiển được trang bị với
các máy trạm điều hành trên máy tính, trong đó thu thập dữ liệu từ các thiết bị đo

ra, được gọi là kỹ thuật số I / O. Được điều khiển bởi một bộ xử lý trung tâm sử
dụng dễ dàng viết các chương trình gõ “thang logic”. PLC hiện đại hiện nay bao
gồm các modul I / O tương tự và kỹ thuật số cũng như khả năng lập trình tinh vi
tương tự như một DCS, ví dụ như PID lập trình vòng lặp.
Liên kết tốc độ cao giữa các PLC cũng có sẵn, chẳng hạn như 10/100 Mbps
Ethernet. Một sơ đồ của một hệ thống PLC điển hình được đưa ra trong hình 1.1.