Nghiên cứu mạng truyền thông công nghiệp
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) là 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 hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau. Về cơ sở kĩ thuật, mạng công nghiệp và các hệ thống mạng máy tính và mạng viễn thông có nhiều điểm tương đồng tuy nhiên cũng có những điểm khác biệt.......
Chu yªn ngµ n h §iÖn tö
Nghiªn cøu m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp
1. TÝnh cÊp thiÕt cña ®Ò tµi
1.1 T×nh h×nh thÕ giíi
- HiÖn nay xu thÕ c«ng nghiÖp hãa, hiÖn ®¹i hãa ®ang lµ mòi nhän vµ ®îc ®Æt
u tiªn hµng ®Çu.
- Trong xu thÕ c«ng nghiÖp hãa hiÖn ®¹i hãa Êy, vÊn ®Ò ®Æt ra tr íc tiªn khi
x©y dùng mét gi¶i ph¸p tù ®éng hãa kh«ng cßn lµ nªn hay kh«ng nªn, mµ lµ sù
lùa chän hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng nµo cho phï hîp víi yªu cÇu vµ nhiÖm vô
cña øng dông thùc tÕ.
1.2 HiÖn tr¹ng trong níc
- Níc ta ®ang bíc vµo héi nhËp quèc tÕ vÒ mäi mÆt. Trong ®ã, c«ng nghiÖp hãa
lµ vÊn ®Ò ®îc u tiªn sè mét.
- NÒn c«ng nghiÖp trong níc, mµ ®Æc biÖt lµ vÊn ®Ò truyÒn th«ng trong c«ng
nghiÖp cha ®ång bé
- Cha cã nhiÒu tµi liÖu chuÈn vÒ vÊn ®Ò nµy.
Tr íc t×nh h×nh trong níc vµ thÕ giíi nh vËy ®ßi hái ph¶i cã sù quan t©m nghiªn
cøu vÊn ®Ò M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp mét c¸ch cô thÓ.
2. Néi dung khoa häc cña ®Ò tµi
2.1 C¬ së vÒ m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp
M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp hay m¹ng c«ng nghiÖp (MCN) lµ kh¸i niÖm
chung chØ c¸c hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng sè, truyÒn bit nèi tiÕp, ®îc sö dông ®Ó
ghÐp nèi c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp. C¸c hÖ thèng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp hiÖn
nay cho phÐp liªn kÕt m¹ng ë nhiÒu møc kh¸c nhau. VÒ c¬ së kÜ thuËt, m¹ng c«ng
nghiÖp vµ c¸c hÖ thèng m¹ng m¸y tÝnh vµ m¹ng viÔn th«ng cã nhiÒu ®iÓm t ¬ng
®ång tuy nhiªn còng cã nh÷ng ®iÓm kh¸c biÖt.
H äc v iÖ n C«ng ng hÖ BC - V T
T u yÓ n t Ë p ®Ò t µ i ng h iªn cøu k hoa häc HS-SV
VËy, m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp cã vai trß quan träng nh thÕ nµo trong
c¸c lÜnh vùc ®o l êng, ®iÒu khiÓn vµ tù ®éng hãa ngµy nay? Sö dông m¹ng truyÒn
th«ng c«ng nghiÖp, ®Æc biÖt lµ bus tr êng ®Ó thay c¸ch nèi ®iÓm - ®iÓm cæ ®iÓn
gi÷a c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp mang l¹i hµng lo¹t c¸c lîi Ých sau:
+ §¬n gi¶n hãa cÊu tróc liªn kÕt gi÷a c¸c thiÕt bÞ c«ng nghiÖp.
+ Gi¶m ®¸ng kÓ gi¸ thµnh d©y dÉn vµ c«ng l¾p ®Æt hÖ thèng.
+ N©ng cao ®é tin cËy vµ ®é chÝnh x¸c cña th«ng tin.
+ N©ng cao ®é linh ho¹t, tÝnh n¨ng më cña hÖ thèng.
+ §¬n gi¶n hãa/tiÖn lîi hãa viÖc chuÈn ®o¸n, ®Þnh vÞ lçi cña c¸c thiÕt bÞ.
+ N©ng cao kh¶ n¨ng t ¬ng t¸c gi÷a c¸c thµnh phÇn.
+ Më ra nhiÒu kh¶ n¨ng vµ kh¶ n¨ng øng dông míi cña hÖ thèng.
a) b)
H ×nh 1 Nèi d©y tr uyÒn thèng (a) vµ nèi m¹ng c«ng
nghi Öp (b)
2.2 KiÕn thøc giao thøc chung
M¹ng c«ng nghiÖp tuy cã nh÷ng ®Æc ®iÓm kh¸c biÖt so víi c¸c hÖ thèng m¹ng
th«ng th êng nhng giao thøc mµ chóng sö dông trong truyÒn th«ng còng cã c¬ së cña
m« h×nh kiÕn tróc OSI vµ TCP/IP. §iÓm kh¸c biÖt trong giao thøc truyÒn th«ng
c«ng nghiÖp ®ã lµ trong mét hÖ thèng chØ sö dông mét sè tÇng nµo ®ã trong m«
h×nh kiÕn tróc OSI tïy theo môc ®Ých vµ yªu cÇu kÜ thuËt cña hÖ thèng ®ã.
2.3 C¸c hÖ thèng m¹ng c«ng nghiÖp tiªu biÓu
H äc v iÖ n C«ng ng hÖ BC - V T
Chu yªn ngµ n h §iÖn tö
HiÖn nay cã rÊt nhiÒu hÖ th«ng m¹ng c«ng nghiÖp ®ang ®îc sö dông. MÆc dï
®Òu ®îc ®a ra nh»m t¨ng hiÖu qu¶ trong truyÒn th«ng c«ng nghiÖp nhng do yªu
cÇu, môc ®Ých kh¸c nhau nªn gi÷a c¸c hÖ thèng còng cã nh÷ng ®iÓm riªng nh»m
phï hîp víi ®iÒu kiÖn thùc tÕ. Mét sè hÖ thèng tiªu biÓu trong truyÒn th«ng c«ng
nghiÖp cã thÓ nãi tíi ®ã lµ:
- Profibus : Bao gåm ba lo¹i t ¬ng thÝch víi nhau lµ Profibus-FMS, Profibus-DP
vµ Profibus-PA. Do nh÷ng yªu cÇu ®Æc tr ng ë cÊp tr êng mµ Profibus-FMS
chØ thùc hiÖn ë c¸c líp 1, líp 2 vµ líp 7, trong khi ®iÒu khiÓn DP vµ PA chØ
chuÈn hãa líp 1 vµ líp 2 trong m« h×nh OSI.
- CAN : §èi chiÕu víi m« h×nh qui chiÕu OSI, CAN ®Þnh nghÜa líp liªn kÕt
d÷ liÖu gåm hai líp con (LLC vµ MAC) còng nh phÇn chÝnh cña líp vËt lÝ.
Mét sè hÖ thèng tiªu biÓu dùa trªn CAN cã thÓ ®a ra lµ CANopen,
DeviceNet, SDS.
- DeviceNet : Ph¸t triÓn dùa trªn c¬ së cña CAN, dïng nèi m¹ng cho c¸c thiÕt
bÞ ®¬n gi¶n ë cÊp chÊp hµnh. Tuy nhiªn DeviceNet cßn bæ xung mét sè chi
tiÕt thùc hiÖn líp vËt lÝ vµ ®a ra mét sè ph¬ng thøc giao tiÕp kiÓu tay ®«i
(peer to peer) hay chñ/tí (master/slave).
- Modbus : C¬ chÕ giao tiÕp ë modbus phô thuéc vµo hÖ thèng truyÒn th«ng
cÊp thÊp. Modbus lµ giao thøc cho líp øng dông, c¸c thiÕt bÞ cã thÓ giao tiÕp
theo c¬ chÕ riªng cña m¹ng ®ã.
- Interbus-S : TËp giao thøc Interbus-S ®îc cÊu tróc thµnh 3 líp t ¬ng øng víi
m« h×nh OSI : líp vËt lÝ, líp liªn kÕt d÷ liÖu vµ líp øng dông. ¦ u thÕ ®Æc
biÖt cña Interbus-S lµ kh¶ n¨ngkÕt m¹ng nhiÒu chñng lo¹i thiÕt bÞ kh¸c
nhau vµ gi¸ thµnh võa ph¶i.
- AS-i : Môc ®Ých sö dông duy nhÊt cña AS-i lµ kÕt nèi c¸c thiÕt bÞ c¶m biÕn
vµ chÊp hµnh sè víi cÊp ®iÒu khiÓn. §Ó n©ng cao hiÖu suÊt vµ vµ ®¬n
gi¶n hãa viÖc thùc hiÖn c¸c vi m¹ch, toµn bé viÖc xö lÝ c¸c giao thøc ®îc gãi
gän chØ trong líp 1 (líp vËt lÝ).
2.4 §Ò xuÊt vÒ chuÈn dïng trong m¹ng c«ng nghiÖp quèc gia
H äc v iÖ n C«ng ng hÖ BC - V T
T u yÓ n t Ë p ®Ò t µ i ng h iªn cøu k hoa häc HS-SV
C¨n cø vµo ®iÒu kiÖn thùc tÕ vÒ khÝ hËu, ®Þa h×nh vµ ®iÒu kiÖn kinh tÕ ë
níc ta, em nhËn thÊy r»ng nÕu ph¶i cã mét chuÈn th«ng nhÊt dïng trong c¸c m¹ng
truyÒn th«ng c«ng nghiÖp ë ViÖt Nam th× ®ã cã thÓ lµ Profibus. Bëi v×, chuÈn
Profibus bao gåm ba lo¹i t ¬ng thÝch víi nhau lµ Profibus-FMS, Profibus-DP, vµ
Profibus-PA cã thÓ t ¬ng thÝch víi mäi hÖ thèng m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp
vµ cã ®é an toµn cao tr íc nh÷ng ®iÒu kiÖn bÊt lîi nhÊt. §iÒu ®ã hoµn toµn phï hîp
víi ®iÒu kiÖn cña ViÖt Nam. MÆt kh¸c hiÖn nay c¸c s¶n phÈm cña Siemens ®ang
®îc sö dông rÊt réng r·i ë níc ta rÊt t ¬ng thÝch víi chuÈn nµy (ChÝnh chuÈn nµy
®· ®îc Trung Quèc - ®Êt níc n»m c¹nh níc ta – chän lµm chuÈn quèc gia vµo n¨m
2000).
2.5 M« h×nh lÝ thuyÕt ¸p dông trong ngµnh Bu chÝnh
Tr×nh tù cña viÖc ph©n chia tù ®éng nh sau:
- Ph©n chia thµnh c¸c thÓ lo¹i gièng nhau nh th, bu phÈm, bu kiÖn....
- Mçi lo¹i ®îc tù ®éng chuyÓn ®Õn khu vùc ph©n chia tiÕp theo cña
m×nh.
- Mçi lo¹i ®îc x¾p xÕp theo thø tù ®Þa chØ cÇn göi ®Õn dùa vµo c¸c
kÜ tù m· ho¸ ®îc ghi t rªn chóng theo mét qui ®Þnh chung.
- Sau khi ph©n chia chóng ®¬c tù ®éng chuyÓn ®Õn vÞ t rÝ cña
m×nh ®Ó chê chuyÓn ph¸t.
Dùa vµo t r×nh tù t rªn ta cã thÓ ®a ra mét m« h×nh nh sau:
Th , bu phÈm Bé phËn ph©n chia
B¨ng chuyÒn
bu kiÖn... theo lo¹i
Bé phËn ph©n chia
C¸c lo¹i ®· theo m·
B¨ng chuyÒn
®îc x¾p xÕ p
H×nh 2 M« h×nh cÊp chÊp hµnh t¹i mét trung t©m
H äc v iÖ n C«ng ng hÖ BC - V T
Chu yªn ngµ n h §iÖn tö
Trong ®ã c¸c thiÕt bÞ t rªn h×nh ®îc nèi víi nhau vµ víi cÊp ®iÒu khiÓn
(PLC,PC) b»ng hÖ thèng bus t r êng. C¶ hÖ thèng nèi víi nhau t rong mét m«
h×nh m¹ng nh sau:
Qu¶ n lÝ c«ng ty
M ¹ng c«ng ty
Qu¶ n lÝ s¶ n xuÊt
M¹ng xÝ nghiÖp
§iÒu k hiÓn gi¸m s¸t
Bus hÖ thèng
§iÒu k hiÓn
Bus tr -êng
ChÊp hµnh
H ×nh 3 M « h×nh m¹ng tr uyÒn th«ng t¹i mét tr ung
t©m
3. Ph ¬ng ph¸p nghiªn cøu cña ®Ò tµi
M¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp lµ mét vÊn ®Ì cßn kh¸ míi mÎ ë n íc ta, chÝnh
v× lÏ ®ã cho nªn nghiªn cøu vÒ vÊn ®Ò nµy sÏ gÆp ph¶i rÊt nhiÒu khã kh¨n trong
viÖc t×m kiÕm tµi liÖu trong níc vµ cµng khã kh¨n h¬n trong vÊn ®Ò nghiªn cøu
thùc tÕ. Do ®ã, ®Ó nghiªn cøu ®Ò tµi nµy em ®· t×m kiÕm c¸c th«ng tin th«ng qua
H äc v iÖ n C«ng ng hÖ BC - V T
T u yÓ n t Ë p ®Ò t µ i ng h iªn cøu k hoa häc HS-SV
nhiÒu nguån tµi liÖu cã liªn quan trùc tiÕp hoÆc gi¸n tiÕp vÊn ®Ò nµy kÕt hîp víi
mét sè kiÕn thøc tham kh¶o thùc tÕ ë ph¹m vi nhá trong n íc. Tµi liÖu ®îc t×m
kiÕm th«ng qua :
+ Tµi liÖu cã liªn quan trªn c¸c t¹p chÝ khoa häc trong níc.
+ Th«ng tin trªn c¸c s¸ch trong níc vµ níc ngoµi cã liªn quan.
+ Trªn c¸c Webside cña c¸c h·ng lín nãi vÒ c¸c s¶n phÈm cña m×nh.
Tõ nh÷ng kiÕn thøc t×m tßi ®îc em sÏ tæng hîp l¹i th«ng qua sù ph©n tÝch vµ
ch¾t läc sao cho bµi viÕt cã tÝnh logic vµ khoa häc cao.
4. Kh¶ n¨ng øng dông thùc tiÔn cña ®Ò tµi
- §Ò tµi cã thÓ lµm tµi liÖu nghiªn cøu, tham kh¶o trong häc tËp hay t×m hiÓu
thªm vÒ m¹ng truyÒn th«ng c«ng nghiÖp.
- §Ò tµi cã thÓ ¸p dông trong ngµnh Bu chÝnh nãi riªng vµ cã thÓ ¸p dông cho
quèc gia vÒ c¸c chuÈn trong lÜnh vùc truyÒn th«ng c«ng nghiÖp.
H äc v iÖ n C«ng ng hÖ BC - V T
