Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 5: Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

BÀI GIẢNG

ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Thị Huế

Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp

1

3/11/2015

NỘI DUNG MÔN HỌC

Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo

và điều khiển công nghiệp

1

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

2

3

4

5

Các bộ điều khiển khả trình

Các thiết bị giám sát trong công nghiệp

Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

Các giao thức công nghiệp tiêu biểu

Một số hệ thống công nghiệp thực tế

6

7

3/11/2015

2

Tài liệu tham khảo

V Giáo trình “Màng thông tin công nghiệp” Hoàng Minh Sơn, nhà

xuất bản Khoa học và Kĩ thuật

V Giáo trình “Hệ thống thông tin công nghiệp’ Phạm Thượng Hàn

(chủ biên) Nhà xuất bản giáo dục

V Giáo trình “Cảm biến công nghiệp”

V Bài giảng “ Đo và điều khiển công nghiệp” Đào Đức Thịnh, bộ

môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp.

V ….

3

3/11/2015

NỘI DUNG CHƯƠNG 5

Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

5

1. Các chế độ truyền thông tin

2. Mã hóa đường truyền

3. Cấu trúc mạng

4. Kiến trúc giao thức

5. Điều khiển truy cập đường truyền

6. Môi trường truyền dẫn và các chuẩn vật lý

7. Bảo toàn dữ liệu

4

3/11/2015

5.1 Các chế độ truyền thông tin

V Các khái niệm cơ bản

∑ Thông tin, dữ liệu và tín hiệu

∑ Các loại tín hiệu

∑ Tốc độ truyền và tốc độ bít

∑ Tính năng thời gian thực

V Các chế độ truyền dẫn

∑ Truyền thông nối tiếp và truyền song song

∑ Truyền động bộ và không đồng bộ

∑ Truyền đơn công, bán song công và song công

5

3/11/2015

Các khái niệm cơ bản

Thông tin dữ liệu và tín hiệu

V Tín hiệu là diễn biến của 1 đại lượng vật lí chứa đựng tham số

thông tin, dữ liệu và có thể truyền dẫn được.

V Thông tin có thể hiểu là sự loại trừ tính bất định.

V Dữ liệu chính là phần thông tin hữu ích được biểu diễn bằng dãy

các bit [1,0].

V Lượng thông tin là giá trị về sự hiểu biết một nguồn thông tin mang

lại

Tín hiệu đo trong công nghiệp là loại tín hiệu mang các đặc tính thông

tin, nó chứa đựng thông tin về giá trị của chúng. Như vậy tín hiệu mang

bản chất và trạng thái của một hiện tượng vật lí.

6

3/11/2015

Các khái niệm cơ bản

Các loại tín hiệu

X

V Tín hiệu tiền định

V Tín hiệu gần tiền định

V Tín hiệu ngẫu nhiên

Nếu phân chia theo đặc tính tín hiệu

V Tín hiệu tương tự,

V Tín hiệu số

t

0110101101001

7

3/11/2015

Các khái niệm cơ bản

Tốc độ truyền và tốc độ bít

V Thời gian cần để truyền một bản tin phụ thuộc vào hai yếu tố

là: tốc độ baud và phương pháp mã hoá tín hiệu.

V Tốc độ baud được định nghĩa là số lần tín hiệu thay đổi giá trị

tham số thông tin (chẳng hạn như biên độ) trong 1 giây và có

đơn vị là baud.

V Tốc độ bít được tính bằng số bít dữ liệu được truyền đi trong

một đơn vị thời gian. Nếu tần số nhịp được ký hiệu là f và số

bít truyền đi là n trong một nhịp, thì số bít truyền đi trong một

giây sẽ là v = f*n.

8

3/11/2015

Các khái niệm cơ bản

Tính năng thời gian thực

Để đảm bảo tính năng thời gian thực, mạng máy tính công nghiệp phải có

các đặc điểm sau đây:

V Độ nhanh nhạy: Tốc độ truyền thônh tin hữu ích phải đủ nhanh để đáp

ứng các yêu cầu về trao đổi dữ liệu một cách cụ thể.

V Tính tiền định: Tức phải dự đoán trước được về thời gian đáp ứng tiêu

biểu và thời gian phản ứng chậm nhất với yêu cầu của từng trạm

V Độ tin cậy kịp thời: Đảm bảo tổng thời gian cần cho việc truyền tải thông

tin một cách tin cậy giữa các trạm nằm trong một phạm vi nhất định.

V Tính bền vững: Có khả năng xử lí sự cố một cách thích hợp để không

gây nguy hại cho hệ thống.

Như vậy khả năng thoả mãn về thời gian thực phụ thuộc vào bài toán ứng

dụng cụ thể.

9

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền trên 8 dây

Truyền song

Computer

Printer

Dữ liệu hữu hiện trên Bus -DAV

Đã nhận được dữ liệu DAC

song

V Mỗi bit dùng

một đường

truyền riêng,

truyền đồng

thời.

DAV

t

DAC

Dữ liệu hữu hiện trên Bus

Máy in đã nhận được dữ liệu này

V Máy tính lưu và xử lý số liệu theo từng từ (có độ dài 8, 16, 32, 64

bit). Dữ liệu sẽ được cấp theo dạng song song mỗi lần một từ.

V Có 8 (16,32,64) dây dẫn song song nối giữa 2 điểm truyền. Như

vậy truyền song song là truyền từng từ (từ có độ dài 8, 16, 32, 64

bit)

10

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền song song

V Phương pháp truyền song song có tốc độ cao nên nó thường

được sử dụng khi truyền bên trong các thiết bị hay giữa các

linh kiện trên cùng mạch in.

V Tuy nhiên khi truyền ở khoảng cách xa thì nó có nhược điểm là

tốn dây dẫn và có sự sai khác về mặt thời gian giữa các tín

hiệu

Ưu điểm nổi bật của phương pháp truyền này là tốc độ truyền

nhanh nhưng

Nhược điểm dễ thấy là đối với các đường truyền dài thì chi phi

cho đường dây là quá đắt.

11

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

010011110

Nguồn

Đích

‹ Truyền nối tiếp

V

1

0

1

0

t

V Trong phương pháp truyền này các bit được truyền đi tuần tự

nối tiếp nhau,

V Ưu điểm dễ thấy của phương pháp này là tiết kiệm dây dẫn

đặc biệt khi thực hiện việc truyền thông trên khoảng cách xa,

V Nhược điểm dễ thấy của phương pháp này là tốc độ truyền bị

hạn chế.

12

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền song song và truyền nối tiếp

V Máy tính dù tôn tại ở dạng nào chúng đều có các bộ VLX và

bus song song xử lý tín hiệu song song, vì vậy để có thể dùng

các phương pháp truyện nối tiếp ta cần có các bộ chuyển đổi

song song và nối tiếp

13

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền đông bộ và không đồng bộ

‹ Truyền không đồng bộ

V Trong chế độ truyền này các trạm thu phát không cùng nhịp

Clock việc phát hiện ra nội dung dữ liệu được thực hiện thông

qua các bit đánh dấu có trong các byte truyền.

Ví dụ về định dạng khung dữ liệu với các bít Start và Stop

Parity bit Stop bit

Start bit

Data bits

V Định dạng khung truyền ở chế độ truyền không đồng bộ

14

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền không đồng bộ:

V Có thời gian nghĩ giữa các khung bản không cố định

V Việc truyền bắt đầu bởi 1 Start bit, các bit được truyền với một thông

số định trước

V Một đặc điểm quan trọng là thông số của cổng truyền phải giống

nhau ở bên phát và bên thu để đảm bảo độ dài của chuỗi bit dữ liệu

như nhau

V Trong truyền bất đồng bộ, đồng hồ thu chạy một cách bất đồng bộ

với tín hiệu thu

V Để thu được tín hiệu thì tín hiệu đồng hồ thu nhanh gấp N lần đồng

hồ phát và mỗi bit được dịch vào SIPO sau N chu kì xung đồng hồ.

15

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền không đồng bộ:

16

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền không đồng bộ:

V Nguyên tắc đồng bộ kí tự:

∑ Mạch điều khiển truyền và nhận được lập trình để hoạt động

với số bit bằng nhau trong một ký tự kể cả số stop bit, start bit

và bit kiểm tra giữa thu và phát.

∑ Sau khi phát hiện và nhận start bit việc đồng bộ kí tực đạt

được tại đầu thu rất đơn giản, chỉ việc đếm đúng số bit đã lập

trình.

∑ Sau đó sẽ chuyển kí tự nhận được và thanh ghi đệm thu và

phát tín hiệu tới thiết bị điều khiển (CPU) rằng đã nhận được

một kí tự mới và sẽ đợi cho đến khi nhận được một start bit kế

tiếp

17

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền không đồng bộ:

V Nguyên tắc đồng bộ Frame:

∑ Khi một thông điệp gồm một khối các kí tự thường xem như

một frame thông tin được truyền,

∑ Bên cạnh việc đồng bộ kí tự, máy thi phải xác định được

điểm bắt đầu và kết thức của một frame.

∑ Điều này được gọi là đồng bộ Frame

18

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền không đồng bộ

19

3/11/2015

Các chế độ truyền dẫn

Truyền đồng bộ.

V Trong chế độ truyền đồng bộ các trạm thu phát tín hiệu hoạt

động cùng tần số (chung nhịp clock) và pha, ưu điểm của

phương pháp này là tốc độ nhanh

V Số liệu được truyền liên tục không có Starr bit, Stop bit

V Khung bản tin lớn

V Cần có giao thức để điều khiển và ổn định luồng dữ liệu

V Tuy nhiên cũng giống như truyền bất đồng bộ chúng ta chỉ

chấp nhận phương pháp nào cho phép máy thi đạt được sự

đồng bộ bit, đồng bộ kí tực và frame

20

3/11/2015

Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp - Chương 5: Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp - Nguyễn Thị Huế