ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP
1
3/11/2015
BÀI GIẢNG
Nguyễn Thị Huế
Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
2
3/11/2015
NỘI DUNG MÔN HỌC
1
2
5
Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thống đo
và điều khiển công nghiệp
Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp
3
4
7
Các bộ điều khiển khả trình
Các thiết bị giám sát trong công nghiệp
Một số hệ thống công nghiệp thực tế
6
Các giao thức công nghiệp tiêu biểu
 Giáo trình “Màng thông tin công nghiệp” Hoàng Minh Sơn, nhà
xuất bản Khoa học và Kĩ thuật
 Giáo trình “Hệ thống thông tin công nghiệp’ Phạm Thượng Hàn
(chủ biên) Nhà xuất bản giáo dục
 Giáo trình “Cảm biến công nghiệp”

 Bài giảng “ Đo và điều khiển công nghiệp” Đào Đức Thịnh, bộ
môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp.
 ….
3
3/11/2015
Tài liệu tham khảo
4
3/11/2015
NỘI DUNG CHƯƠNG 5
5
Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp
1. Các chế độ truyền thông tin
2. Mã hóa đường truyền
3. Cấu trúc mạng
5. Điều khiển truy cập đường truyền
6. Môi trường truyền dẫn và các chuẩn vật lý
7. Bảo toàn dữ liệu
4. Kiến trúc giao thức
 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
 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
5.1 Các chế độ truyền thông tin

Thông tin dữ liệu và tín hiệu
 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.
 Thông tin có thể hiểu là sự loại trừ tính bất định.
 Dữ liệu chính là phần thông tin hữu ích được biểu diễn bằng dãy
các bit [1,0].
 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
 Tín hiệu tiền định
 Tín hiệu gần tiền định
 Tín hiệu ngẫu nhiên
Nếu phân chia theo đặc tính tín hiệu
 Tín hiệu tương tự,
 Tín hiệu số
7
3/11/2015
Các khái niệm cơ bản
X
t
0110101101001
Tốc độ truyền và tốc độ bít
 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.

 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.
 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:
 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.
 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
 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.
 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 khái niệm cơ bản
Truyền song
song
 Mỗi bit dùng
một đường

truyền riêng,
truyền đồng
thời.
10
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn
Computer Printer
Dữ liệu hữu hiện trên Bus -DAV
Đã nhận được dữ liệu DAC
Truyền trên 8 dây
DAV
DAC
t
t
Dữ liệu hữu hiện trên Bus Máy in đã nhận được dữ liệu này
 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.
 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)
Truyền song song
 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.
 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
 Truyền nối tiếp
 Trong phương pháp truyền này các bit được truyền đi tuần tự
nối tiếp nhau,
 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,
 Nhược điểm dễ thấy của phương pháp này là tốc độ truyền bị
hạn chế.
12
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn
Nguồn
Đích
010011110
1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0
t
V
Truyền song song và truyền nối tiếp
 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

 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
 Định dạng khung truyền ở chế độ truyền không đồng bộ
14
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn
Start bit
Parity bit Stop bit
Data bits
Truyền không đồng bộ:
 Có thời gian nghĩ giữa các khung bản không cố định
 Việc truyền bắt đầu bởi 1 Start bit, các bit được truyền với một thông
số định trước
 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
 Trong truyền bất đồng bộ, đồng hồ thu chạy một cách bất đồng bộ
với tín hiệu thu
 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:

 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:
 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
Các chế độ truyền dẫn
18
3/11/2015
Truyền không đồng bộ
19
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đồng bộ.
 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
 Số liệu được truyền liên tục không có Starr bit, Stop bit
 Khung bản tin lớn
 Cần có giao thức để điều khiển và ổn định luồng dữ liệu
 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
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đồng bộ.
21
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đồng bộ.
22
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn
Truyền đơn công, bán song công và truyền song công
 Truyền đơn công:Trong chế độ truyền dẫn này tín hiệu truyền chỉ theo một
hướng
 Truyền bán song công: Trong chế độ truyền này tín hiệu có thể được truyền
theo hai chiều nhưng tại mỗi thời điểm chỉ được truyền theo một chiều nhất
định
 Truyền song công: Chế độ truyền này cho phép tín hiệu được truyền đồng
thời theo hai chiều.
23
3/11/2015
Các chế độ truyền dẫn

Truyền bán song công
Transmitter
Receiver
Transmitter
Receiver
Truyền dẫn song công
Transmitter
Receiver
Transmitter
Receiver
24
3/11/2015
5.2 Mã hóa đường truyền
 Các đặc tính của mã hoá đường truyền
 Mã hoá NRZ và RZ
 Mã hoá AMI
 Mã hoá Manchester
 Mã hóa AFP (Alternate Flanked Pulse)
 FSK (Frequency Shift Keying)
 Cơ số mã, sự dư thừa và hiệu suất
25
3/11/2015
5.2 Mã hóa đường truyền