Luận Văn Nghiên cứu mạng truyền thông công nghiệp

1. Tính cấp thiết của đề tài
1.1 Tình hình thế giới
- Hiện nay xu thế công nghiệp hóa, hiện đại hóa đang là mũi nhọn và được đặt ưu tiên hàng đầu.
- Trong xu thế công nghiệp hóa hiện đại hóa ấy, vấn đề đặt ra trước tiên khi xây dựng một giải pháp tự động hóa không còn là nên hay không nên, mà là sự lựa chọn hệ thống mạng truyền thông nào cho phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ của ứng dụng thực tế.
1.2 Hiện trạng trong nước
- Nước ta đang bước vào hội nhập quốc tế về mọi mặt. Trong đó, công nghiệp hóa là vấn đề được ưu tiên số một.
- Nền công nghiệp trong nước, mà đặc biệt là vấn đề truyền thông trong công nghiệp chưa đồng bộ
- Chưa có nhiều tài liệu chuẩn về vấn đề này.
Trước tình hình trong nước và thế giới như vậy đòi hỏi phải có sự quan tâm nghiên cứu vấn đề Mạng truyền thông công nghiệp một cách cụ thể.
2. Nội dung khoa học của đề tài
2.1 Cơ sở về 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.
Vậy, mạng truyền thông công nghiệp có vai trò quan trọng như thế nào trong các lĩnh vực đo lường, điều khiển và tự động hóa ngày nay? Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để thay cách nối điểm - điểm cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt các lợi ích sau:
+ Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp.
+ Giảm đáng kể giá thành dây dẫn và công lắp đặt hệ thống.
+ Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin.
+ Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống.
+ Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc chuẩn đoán, định vị lỗi của các thiết bị.
+ Nâng cao khả năng tương tác giữa các thành phần.
+ Mở ra nhiều khả năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống.
2.2 Kiến thức giao thức chung
Mạng công nghiệp tuy có những đặc điểm khác biệt so với các hệ thống mạng thông thường nhưng giao thức mà chúng sử dụng trong truyền thông cũng có cơ sở của mô hình kiến trúc OSI và TCP/IP. Điểm khác biệt trong giao thức truyền thông công nghiệp đó là trong một hệ thống chỉ sử dụng một số tầng nào đó trong mô hình kiến trúc OSI tùy theo mục đích và yêu cầu kĩ thuật của hệ thống đó.
2.3 Các hệ thống mạng công nghiệp tiêu biểu
Hiện nay có rất nhiều hệ thông mạng công nghiệp đang được sử dụng. Mặc dù đều được đưa ra nhằm tăng hiệu quả trong truyền thông công nghiệp nhưng do yêu cầu, mục đích khác nhau nên giữa các hệ thống cũng có những điểm riêng nhằm phù hợp với điều kiện thực tế. Một số hệ thống tiêu biểu trong truyền thông công nghiệp có thể nói tới đó là:
- Profibus : Bao gồm ba loại tương thích với nhau là Profibus-FMS, Profibus-DP và Profibus-PA. Do những yêu cầu đặc trưng ở cấp trường mà Profibus-FMS chỉ thực hiện ở các lớp 1, lớp 2 và lớp 7, trong khi điều khiển DP và PA chỉ chuẩn hóa lớp 1 và lớp 2 trong mô hình OSI.
- CAN : Đối chiếu với mô hình qui chiếu OSI, CAN định nghĩa lớp liên kết dữ liệu gồm hai lớp con (LLC và MAC) cũng như phần chính của lớp vật lí. Một số hệ thống tiêu biểu dựa trên CAN có thể đưa ra là CANopen, DeviceNet, SDS.
- DeviceNet : Phát triển dựa trên cơ sở của CAN, dùng nối mạng cho các thiết bị đơn giản ở cấp chấp hành. Tuy nhiên DeviceNet còn bổ xung một số chi tiết thực hiện lớp vật lí và đưa ra một số phương thức giao tiếp kiểu tay đôi (peer to peer) hay chủ/tớ (master/slave).
- Modbus : Cơ chế giao tiếp ở modbus phụ thuộc vào hệ thống truyền thông cấp thấp. Modbus là giao thức cho lớp ứng dụng, các thiết bị có thể giao tiếp theo cơ chế riêng của mạng đó.
- Interbus-S : Tập giao thức Interbus-S được cấu trúc thành 3 lớp tương ứng với mô hình OSI : lớp vật lí, lớp liên kết dữ liệu và lớp ứng dụng. Ưu thế đặc biệt của Interbus-S là khả năngkết mạng nhiều chủng loại thiết bị khác nhau và giá thành vừa phải.
- AS-i : Mục đích sử dụng duy nhất của AS-i là kết nối các thiết bị cảm biến và chấp hành số với cấp điều khiển. Để nâng cao hiệu suất và và đơn giản hóa việc thực hiện các vi mạch, toàn bộ việc xử lí các giao thức được gói gọn chỉ trong lớp 1 (lớp vật lí).
2.4 Đề xuất về chuẩn dùng trong mạng công nghiệp quốc gia
Căn cứ vào điều kiện thực tế về khí hậu, địa hình và điều kiện kinh tế ở nước ta, em nhận thấy rằng nếu phải có một chuẩn thông nhất dùng trong các mạng truyền thông công nghiệp ở Việt Nam thì đó có thể là Profibus. Bởi vì, chuẩn Profibus bao gồm ba loại tương thích với nhau là Profibus-FMS, Profibus-DP, và Profibus-PA có thể tương thích với mọi hệ thống mạng truyền thông công nghiệp và có độ an toàn cao trước những điều kiện bất lợi nhất. Điều đó hoàn toàn phù hợp với điều kiện của Việt Nam. Mặt khác hiện nay các sản phẩm của Siemens đang được sử dụng rất rộng rãi ở nước ta rất tương thích với chuẩn này (Chính chuẩn này đã được Trung Quốc - đất nước nằm cạnh nước ta – chọn làm chuẩn quốc gia vào năm 2000).