Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
Thực tập công nhân
Trang 49
BÀI 8
MẠNG ĐIỀU KHIỂN VÀ GIÁM SÁT

I. Mục đích yêu cầu.
- Các ứng dụng về điều khiển cục bộ ngày càng trở nên lỗi thời và lạc
hậu bởi sự hạn chế về chất lượng điều khiển, chi phí nhân công
Giải pháp về đo lường và điều khiển tập trung đã và đang tỏ ra hiệu quả trong
các ứng dụng vừa và nhỏ, bởi giá thành, chất lượng điều khiển, độ tin cậy,
- Trong bài này sinh viên tìm hiểu được vấn đề cơ bản về giám sát và
điều khiển thiết bị từ xa theo chuẩn RS485.
II. Nội dung
Khi gia nhập tổ chức thương mại Quốc tế WTO, các nhà doanh nghiệp trong
nước có nhiều thuận lợi và chắc chắn cũng phải đối mặt với nhiều khó khăn khi
phải gia nhập vào tổ chức này. Một trong những khó khăn đó là cơ sở vật chất của
ta còn sơ sài, việc làm chủ công nghệ của ta còn yếu. Do vậy sản phẩm của chúng
ta làm ra tính cạnh tranh sẽ không cao, hoặc không đáp ứng được các tiêu chuẩn
của các nước nhất là trong lĩnh vực dược phẩm, điện tử, thực phẩm và chế biến
thực phẩm. Để có được chứng nhận này, không thể làm thủ công ghi chép bằng
tay vào sổ sách. Mà tất cả quá trình này phải được thực hiện bằng máy tính được
gọi là tiêu chuẩn GAMP (Good Automated Manufacturing Practices). Các doanh
nghiệp cũng cần phải nâng cao hiệu suất hoạt động, tiết kiệm chi phí sản xuất để
tăng tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Một trong những lí do trên làm
chúng ta phải nghĩ đến việc lắp đặt mạng công nghiệp để tăng cường sự can thiệp
của máy tính và các bộ điều khiển thay thế cho con người. Có như thế các doanh
nghiệp mới có thể đứng vững trong quá trình hội nhập mà không lạc hậu
Mạng công nghiệp là hệ thống mạng tuyền 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 bộ

phả hệ phải được lưu trữ theo luật sau: 6 tháng đối với các các thực phẩm có hạn
sử dụng là 60 ngày hoặc ít hơn, 1 năm đối với hạn sử dụng từ 60 ngày đến 6 tháng
và 2 năm đối với hạn từ 6 tháng đến 1 năm.
Chức năng báo cáo, truy vấn (Report & Query): các báo cáo này được tạo
từ cơ sở dữ liệu của nhà máy, quan trọng hơn cả các báo cáo này phải có khả năng
tìm kiếm và cập nhật kết quả theo thời gian thực, có như vậy các báo cáo này mới
giúp các bộ phận, phòng ban có được kết quả trung thực để phản ứng kịp thời đối
với nhà máy như chất lượng sản phẩm hiện tại, lập kế hoạch cho giai đoạn kế tiếp
là cần phải làm gì?
Chức năng đưa ra các đồ thị khuynh hướng (Trending): chức năng này
giúp các nhà quản lý, kỹ sư vận hành biết được hiệu suất làm việc của hệ thống
trong quá khứ, hiện tại để dự đoán trong tương lai. Dựa vào các trending này các
kỹ sư có thể biết cần phải điều chỉnh ở khâu nào để nâng cao hiệu suất làm việc
cũng như tiết kiệm năng lượng cho nhà máy. Kế hoạch bảo trì bảo dưỡng định kì.
Chức năng bảo mật (Security): giúp an toàn thông tin tránh các truy cập trái
phép làm mất hoặc hỏng thông tin, bảo mật sẽ được thiết lập cho từng cấp, từng
ứng dụng như kỹ sư vận hành chỉ được phép điều khiển ở những khu vực nào,
thay đổi các thông số nào? Phòng bảo trì, bảo dưỡng, kế toán được truy xuất các
cơ sở dữ liệu gì trong nhà máy.
3. Điều hành sản xuất.
Kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành với cấp điều khiển
trung tâm. Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá
trình kỹ thuật, 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 tin theo chiều ngược lại là
các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành.
Điều hành sản xuất không yêu cầu nghiêm ngật về tính thời gian thực,
nhưng lượng thông tin với số lượng lớn tới hàng Mbyte. Hai loại mạng được dùng
phổ biến trong mục đích này là Ethernet và Token - Ring, trên cơ sở các giao thức
chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX.


4. Khảo sát giao thức và cấu trúc mạng sử dụng.
Mô hình TCP/IP:
Mô hình TCP/IP (Transmission Control Protocol / Internet Protocol) là mô
hình cho mạng Internet được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay. Cấu trúc các lớp của
TCP/IP có một số điểm tương đồng với mô hình OSI (Open System Interconnect)
nhưng có bỏ bớt một số lớp. So với 7 lớp của mô hình OSI, cấu trúc TCP/IP chỉ có
4 lớp sau đây:

Điều hành sản xuất
Mạng xí nghiệp
Bus hệ thống
Điều khiển
trun
g
tâm
Bơm
ĐK
Động cơ
Van
Cảm
biến
Điều khiển
trun
g

Lớp truy xuất mạng đại diện cho các bộ phận kết nối vật lý như cáp, bộ
chuyển
đổi (Adapter), card mạng, giao thức kết nối, giao thức truy cập mạng. Lớp này có
nhiệm vụ trao đổi dữ liệu giữa các máy chủ và mạng. TCP/IP không định nghĩa
lớp này mà dùng các chuẩn có sẵn như IEEE, X25, RS232, ETHERNET,
Lớp liên mạng (Internet Layer):
Chịu trách nhiệm cung cấp địa chỉ logic cho giao diện mạng vật lý để điều
khiển việc truyền thông tin giữa các máy. Lớp này nhận dữ liệu từ lớp vận chuyển,
TCP/IP
Application
Presentation

Application
Session
Network Internet
Data link
Network
access
Trans
p
ort
OSI
Ph
y
sical
Trans
p
ort
Hình 4.2: Cấu trúc 4 lớp của mô hình TCP/IP so với mô hình OSI
Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển

cách giữa các khung. Khoảng cách này chính là thời gian cho phép các trạm khác
Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
Thực tập công nhân
Trang 54
có thể chiếm kênh truyền. Trong trường hợp xảy ra xung đột (khi có hai trạm cùng
phát hiện ra kênh trống và truyền dữ liệu lên), trạm Ethernet sẽ phát hiện ra xung
đột nhờ so sánh dữ liệu trên đường truyền với dữ liệu đã phát. Cả hai trạm sẽ cùng
ngưng phát và chờ trong một khoảng thời gian ngẫu nhiên trước khi phát lại. Do
thời gian chờ phát lại của mỗi trạm là ngẫu nhiên nên có thể tránh được việc tái
xung đột, tuy nhiên nếu điều này xảy ra, các trạm sẽ phải chờ một lần nữa với thời
gian chờ ngẫu nhiên tăng lên để giảm xác suất tái xung đột.
Định dang khung Ethernet:

Preamble
(8 byte)
Destination
Address
(6 byte)
Source
Address
(6 byte)
Type
(2 byte)
Data
(46 >1500 byte)
FCS
(3byte)

Preamble :
Gồm 8 byte:


Start Access
control
Frame
control
Destination
address
Source
address
Data FCS End Frame
status

¾ Start: Mở đầu khung.
¾ Access control : Phân biệt khung Token hoặc khung lệnh /dữ liệu.
¾ Frame control : Phân biệt loại thông tin điều khiển.
¾ Destination address: Địa chỉ đến của khung.
¾ Source address: Nơi xuất phát của khung.
¾ Data: Có kích thước thay đổi mang thông tin.
¾ FCS: Kiểm tra lỗi khung.
¾ End: Kết thúc.
¾ Frame status: Báo trạng thái khung nhận được.

Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
Thực tập cơng nhân
Trang 56
4.4. Đặc điểm của truyền thơng RS -232C, RS-422A, RS485.


Logic 0 +3v -:- +25v +2v-:-+5v +3.6v-:-+6v +1.5v-:-+5v
Logic 1 -3v -:- -25v -2v-:- -5v -3.6v -:- -6v -1.5v -:- -5v
Community 2v 1.8v 3.4v 1.3v
Cable/signal 1 2 2 2
Methode Simplex Simplex Simplex Simplex
Phương thức Half-duplex
Full-duplex
Half-duplex
Full-duplex
Half-duplex
Full-duplex
Half-duplex
Full-duplex
Shotr circuit
current
500mA 150mA 150mA 150mA

Chuẩn RS-232.
Là chuẩn của EIA nhằm định nghĩa giao diện vật lý gữa DTE và DCE (ví
dụ như một máy tính và một modem). Chuẩn này sử dụng đầu nối 25 chân, tuy
nhiên chỉ có một số ít chân là thực sự cần thiết cho việc liên kết. Về phương diện
điện, chuẩn này qui định các mức logic 0 và 1 tương ứng với các điện thế nhỏ hơn
-3v và lớn hơi +3v. Tốc độ đường truyền khơng vợt q 20Kbs và khoảnh cách
nhỏ hơn 15m.
Chuẩn RS-232C có thể chấp nhân phương thức truyền song cơng (fulll-
duplex).
Một trong những u cầu quan trọng của RS232C là thời gian chuyển từ
mức logic này sang mức logic khác khơng vượt q 4% thời gian tồn tại của một
bit. Giả sử với tốc độ truyền 19200 baud thì thời gian truyền mức logic phải nhỏ
hơn 0.04/19200 = 2.1s (Điều này làm giới hạn đường truyền, với tốc độ 19200

Thông thường các họ vi điều khiển có ngõ truyền thông theo mức TTL,các thiết bị
đầu cuối khác (DTE) có cổng truyền thông là RS-232. Để có thể nối mạng các
thiết bị này ta phải chuyển từ TTL RS-232 sang RS-485. Để thực hiện được
chuyển đổi này có rất nhiều vi mạch trên thị trường, nhưng họ vi mạch của hãng
MAXIM là phổ biến nhất hiện nay. Tiêu biểu là MAX485 nó chuyển từ TTL sang
RS-485 và truyền thông tin theo phương pháp Half-Duplex. Bên trong mổi vi
mạch chứa một bộ phát và một bộ thu. Đặc điểm : RS-485 Sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai
dây dẫn A và B, thông tin được đưa trên cặp dây xoắn đôi bán song công (Half-
Xưởng điện tử Bài 8:Mạng giám sát và điều khiển
Thực tập công nhân
Trang 58
Duplex).Nghĩa là tại một thời điểm bát kì trên đường truyền chỉ có thể là một thiết
bị hoặc là hoặc là nhận.
Sơ đồ mạng Half-Duplex RS-485. Sơ đồ mạng Full-Duplex RS-485
Để thực hiện kết nối gữa máy tính và mạch điều khiển ta cần qui định tốc
độ và khung dữ liệu giống nhau.
Ví dụ: Viết chương trình khi mới Reset mạch thì P1=05H, P2 = 55H và dữ liệu
được gửi lên máy tính là 55H. Khi xuất dữ liệu từ máy tính xuống thì dữ liệu được
đưa ra P2, P0.
DEM EQU 31h
ORG 000H
MOV DEM,#55H
MOV P1,#05H
LCALL START

END

III. Phần thực tập cụ thể
Thi công mạch trao đổi dữ liệu gữa mạch và máy tính thông qua đường
truyền theo chuẩn công nghiệp. Gồm các bước:
• Vẽ sơ đồ khối, sơ đồ mạch và phân tích hoạt động của mạch.
• Viết lưu đồ thuật toán
• Viết chương trình xuất nhập dữ liệu gữa vi điều khiển và máy tính.
- Trên máy tính viết các chương trình con:
+ Viết chương trình khởi cổng tốc độ 4800, 8 bit dữ liệu, 1bit stop.
+ Đóng mở cổng COM.
+ Nhận dữ liệu từ kít để hiển thị.
+Xuất dữ liệu xuống kit để điều khiển.
- Trên vi điều khiển viết các chương trình con:
+ Viết chương trình khởi cổng tốc độ 4800, 8 bit dữ liệu, 1bit stop.
+ Chương trình thu, phát dữ liệu.
+ Nhận dữ liệu từ máy tính lưu vào vùng đệm.
+ Lấy dữ liệu từ vùng đệm ở trên để hiển thị.
+ Nhận dữ liệu từ ma trận bàn phím để lưu vào vùng đệm bàn phím.
+ Lấy dữ liệu từ vùng đệm bàn phím để xuất lên máy tính.