Mạng truyền thông
Mạng truyền thông được xem như đường cao tốc. Chúng ta cần nó, nhưng những người
thực sự nghĩ về nó là ai? Nếu chúng ta không coi mạng truyền thông mang tầm quan
trọng chiến lược thì chúng ta sẽ đóng lại một thế giới hoàn toàn mới về khả năng tự động
hóa và hiệu quả.
Hình 1. Đường cao tốc tại thành phố Los Angeles
Trong thập niên 1950, đã có rất nhiều con đường, và thương mại phát triển mạnh tại Hoa
Kỳ. Không phải là hài lòng với hiện trạng, tổng thống Dwight Eisenhower đã dẫn đầu
trong một nỗ lực để thiết lập hệ thống xa lộ liên tiểu bang. Trên thực tế, Eisenhower tạo
ra một đường dẫn lớn hơn cho thương mại của Hoa Kỳ. Hoa Kỳ ngày nay là một quốc gia
khác biệt nhờ những xa lộ liên tiểu bang. Vào những năm 1950 thì ai có thể dự đoán được
điều đó: nhờ vào các xa lộ liên tiểu bang mà một xa lộ lớn hơn là thương mại và xã hội đã
thay đổi.
Tình hình tương tự cũng đang tồn tại giữa hiện trạng mạng truyền thông và những viễn
cảnh mới. Hầu hết các mạng Ethernet công nghiệp truyền thông hiện nay có thông lượng
lên đến 100 Mbps - một con số khó tin nổi chỉ một vài năm trước đây. Những ai sẽ chọn
việc lái xe 10 dặm/giờ trong khi có thể lái dễ dàng và an toàn với tốc độ gấp 10 lần? Ai sẽ
chọn việc lái xe trên đường hai làn xe khi những cao tốc 12 làn đường đã sẵn sàng?
Băng tần là một dải tần số nào đó được giới hạn bởi một tần số thấp nhất và một tần số
cao nhất. Băng thông là băng tần được gán cho một người sử dụng nào đó để truyền/nhận
dữ liệu. Nếu coi băng tần là một xa lộ thì băng thông là chiều rộng của một làn đường.
Những khái niệm tương đương với việc lái xe 100 dặm/giờ với xa lộ 12 làn xe đang trở
thành hiện thực với các mạng truyền thông công nghiệp. Các thế hệ tiếp theo của mạng
truyền thông Ethernet công nghiệp sẽ có băng thông là 1Gbps - gấp 10 lần so với ngày
hôm nay. Điều này sẽ có nghĩa thế nào cho các hoạt động của nhà máy?
Với băng thông lớn 1 Gbps, sẽ không chỉ dễ dàng kiểm soát tốc độ tự động hóa, mà thực
tế còn không giới hạn khả năng thu thập dữ liệu cho việc truy xuất thông tin về sản xuất,
cải tiến quy trình sản xuất, bảo trì và theo dõi các sai hỏng. Mỗi bit thông tin cần thiết cho
các việc điều khiển, hiểu, dự đoán, phản ứng và chủ động thay đổi sẽ đều sẵn sàng mọi
lúc mọi nơi.
Hình 2. Mạng Ethernet công nghiệp

hoặc do có vật chắn trên đường truyền. Tín hiệu nhận được bên thu phải đủ lớn để có thể
giải mã thành công. Độ lớn của tín hiệu nhận được đo bằng RSSI (Bộ chỉ thị độ lớn tín
hiệu nhận).
Một thông số quan trọng khác là nhiễu trên đường truyền. Tín hiệu nhận được phải lớn
gấp một số lần nào đó nhiễu thì mới có thể giải mã được. Độ lớn của nhiễu cũng được
biểu thị bằng dBm.
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là một thông số quan trọng khác, được đo bằng hiệu số
giữa RSSI và nhiễu. Tỉ số SNR càng lớn thì đường truyền càng tin cậy.
Hầu hết các thiết bị vô tuyến công nghiệp đều có thuật toán sửa lỗi vì các gói dữ liệu phát
đi bị thay đổi. Thuật toán sửa lỗi này đảm bảo cho dữ liệu thu chính xác hoặc bên phát
phải truyền lại tín hiệu khi cần. Các công cụ giám sát có thể phản hồi số các gói nhận
đúng và số các gói sai, từ đó tính được xác suất lỗi của kênh truyền, một thông số quan
trọng khác của hệ thống.
Giám sát cũng có thể điều khiển số người dùng trong mạng. Điều thú vị của thuộc tính
này là nó có thể nhanh chóng phát hiện và cảnh báo nếu đường truyền xấu hoặc khi số
người truy cập mạng lớn hơn số lượng cho phép. Đây có thể xem như một hình thức bảo
mật đơn giản. Nó cũng cho phép điều khiển địa chỉ MAC của người dùng, nâng cao tính
bảo mật của hệ thống.
Cuối cùng, số byte truyền đi là một thông số quan trọng vì nó thể hiện tình trạng hiện thời
của mạng. Thông qua việc tính số byte truyền được trong 1 giây và so sánh với dung
năng kênh truyền, ta có thể tính được hiệu suất sử dụng phổ trong hệ thống. Giám sát
không dây có thể có nhiều tính năng khác nữa, nhưng các tính năng trên mang ý nghĩa
then chốt. Các thống số khác có thể được điều khiển bao gồm các điều kiện môi trường
(nhiệt độ, điện áp cung cấp), VSWR rất hữu hiệu trong việc dò tìm anten hoặc dịch tần.
Vận hành một hệ thống giám sát OPC
Chúng ta đã hiểu các tham số quan trọng trong điều khiển mạng. Giờ chúng ta sẽ tìm hiểu
cách thực thi và vận hành một hệ thống giám sát không dây OPC. Hệ thống này chỉ cần
một máy chủ để thu thập các thông số chẩn đoán. Trong mạng Ethernet bất cứ máy nào
cũng có thể làm máy chủ. Một máy chủ sẽ được cài đặt để thu thập dữ liệu trên từ một số
thiết bị vô tuyến nhất định. Tuy nhiên, vì máy chủ chỉ nằm ở một vị trí nhất định trong

Ngược lại, một giám đốc kỹ thuật có thể muốn xem tất cả dữ liệu liên quan trên một màn
hình theo dõi cả mạng. Thông tin càng chi tiết thì kỹ sư càng hiểu rõ các thông số. Điều
này rất quan trọng để kết hợp hiển thị HMI cho một tập kĩ năng và kiến thức cho người
dùng.
Phần lớn các gói phần mềm SCADA và HMI hỗ trợ chức năng cảnh báo và chuyến
hướng. Cảnh báo có thể thông báo tới người vận hành, phụ trách vận hành hoặc kỹ sư về
tình trạng hỏng hóc hoặc liên tốc độ bị suy giảm, nhờ vậy các hành động kịp thời sẽ được
thực hiện. Cảnh báo cũng có thể được gửi từ xa (qua internet, mạng di động), đảm báo
tính cập nhật của thông báo.
Chức năng chuyển hướng rất hữu dụng để xem xét lại quá trình hoạt động và phân tích sự
cố. Ví dụ số byte truyền đi có thể được lưu lại theo thời gian để xem xét khi nào yêu cầu
sử dụng trong mạng tăng.
Nó cũng cho phép các thiết bị tự động ( PLCs) truy cập dữ liệu vào trương trình nội tại.
Điều này mở ra khả năng không chỉ cảnh báo tới người vận hành/quản lý khi có sự cố,
mà cho phép chương trình PLC can thiệp vào đó. Ví dụ, nếu một kết nối không dây bị
hỏng thì PLC có thể khởi tạo kết nối không dây dự phòng khác. Trong trường hợp này hệ
thống có thể được khôi phục một cách tự động. Như ta đã thấy, có nhiều cách để sử dụng
giám sát không dây trong hệ thống OPC. Cách sử dụng tốt nhất phụ thuộc vào dạng quy
trình, vào cách mạng không dây được sử dụng và nhu cầu của người dùng.
Ứng dụng 1: Trạm bơm nước thải
Trạm bơm nước thải sử dụng mạng không dây SCADA để kết nối các trạm bơm ở xa. Bộ
xử lý nước thải PLC điều khiển từ xa hoạt động bật, tắt của các trạm bơm, thông qua các
liên kết không dây với khoảng cách có thể lên tới nhiều dặm, do đó có trễ trong điều
khiển các trạm bơm. Hệ thống điều khiển tích hợp được thiết kế dựa trên giám sát không
dây OPC hoạt động theo phương thức như sau:
 Người vận hành thông báo lỗi liên kết
 Thông tin cảnh báo sẽ được gửi tới giám sát thiết bị
 Chuyển hướng RSSI để điều khiển sang tuyến hoạt động khác
Bộ giao diện vận hành hiển thị trạng thái liên kết RF giữa trạm bơm và thiết bị xử lý
nước. Nếu một trạm bơm không khởi động được thì bộ vận hành sẽ nhanh chóng thông