Giáo Trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Nghề Điện Công Nghiệp Trình Độ Cao Đẳng

Giáo trình mạng truyền thông công nghiệp cho nghề điện công nghiệp trình độ cao đẳng, cung cấp kiến thức và kỹ năng cần thiết cho sinh viên.

• Trường học: Trường Cao Đẳng Cơ Điện – Xây Dựng Và Nông Lâm Trung Bộ
• Chuyên ngành: Điện Công Nghiệp
• Đề tài: Giáo Trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Nghề Điện Công Nghiệp Cao Đẳng
• Loại tài liệu: giáo trình
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Trung Bộ

Mục lục chi tiết

• LỜI GIỚI THIỆU
• 1. BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
• 1.1. Mạng truyền thông công nghiệp là gì?
• 1.2. Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp
• 1.3. Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp
• 1.4. Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại
• 2. BÀI 2: NHIỄU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ
• 2.1. Những sự cố thường gặp và cách giải quyết
• 2.2. Nhiễu và các giải pháp xử lý
• 2.2.1. Nguồn gốc của nhiễu điện
• 2.2.2. Vỏ bọc che chắn
• 2.2.3. Tốc độ dẫn của dây cáp
• 2.2.4. Yêu cầu nối đất
• 2.2.5. Kỹ thuật triệt nhiễu
• 2.3. Câu hỏi ôn tập
• 3. BÀI 3: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS232
• 3.1. Chuẩn truyền thông RS232
• 3.2. Các yếu tố của RS232
• 3.3. Hoạt động của giao diện RS232
• 3.4. Xử lý sự cố
• 3.4.1. Các phương pháp tiếp cận
• 3.4.2. Kiểm tra thiết bị
• 3.4.3. Giải quyết vấn đề cơ bản
• 3.5. Câu hỏi ôn tập
• 4. BÀI 4: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485
• 4.1. Chuẩn truyền thông RS485
• 4.2. Đặc tính điện học
• 4.3. Các đặc trưng của RS485
• 4.4. Xử lý sự cố
• 4.5. Chuẩn truyền thông RS485 và RS422
• 4.6. Lắp đặt truyền thông RS485
• 4.7. Kiểm tra thiết bị
• 4.8. Câu hỏi ôn tập
• 5. BÀI 5: CÁP QUANG
• 5.1. Các thông số cơ bản
• 5.2. Loại cáp quang bình thường
• 5.3. Suy giảm kết nối
• 5.4. Sự kết nối
• 5.5. Xử lý kết nối
• 5.6. Xử lý sự cố
• 5.7. Thực hành đấu nối cáp quang bằng máy Fujikura FSM-50S
• 5.8. Câu hỏi ôn tập
• 6. BÀI 6: MẠNG MODBUS
• 6.1. Giới thiệu tổng quan
• 6.2. Cấu trúc giao thức Modbus
• 6.3. Kiến trúc giao thức
• 6.4. Cơ chế giao tiếp
• 6.5. Cấu trúc bức điện
• 6.6. Các mã số chức năng
• 6.7. Địch chỉ Modbus
• 6.8. Các mã chức năng Modbus
• 6.9. Cài đặt mạng modbus
• 6.10. Xử lý các sự cố
• 6.11. Các vấn đề và lỗi cơ bản
• 6.12. Mô tả các công cụ được dùng
• 6.13. Chi tiết quá trình xử lý sự cố
• 6.14. Bài tập thực hành
• 7. BÀI 7: MẠNG AS-I (ACTUATOR SENSOR INTERFACE)
• 7.1. Cơ chế giao tiếp
• 7.2. Cấu trúc bức điện
• 7.3. Lớp kết nối dữ liệu
• 7.4. Đặc điểm hoạt động
• 7.5. Bảo toàn dữ liệu
• 7.6. Xử lý sự cố
• 7.7. Bài tập thực hành
• 8. BÀI 8: MẠNG INDUSTRIAL ENTHERNET
• 8.1. Một số loại tốc độ truyền thông Enthernet
• 8.2. Kết nối và dây cáp
• 8.3. Khung truyền thông
• 8.4. Nhiễu và tiếng ồn
• 8.5. TCP/IP và Industrial Ethernet
• 8.6. Xử lý sự cố
• 8.7. Các vấn đề và lỗi cơ bản
• 8.8. Các vấn đề và giải quyết
• 8.9. Bài tập thực hành
• 9. BÀI 9: MẠNG TRUYỀN THÔNG RADIO VÀ WIRELESS
• 9.1. Thiết bị truyền thông Radio
• 9.2. Truyền thông MDS SD9
• 9.3. Máy phát hình bán dẫn VHF/UHF
• 9.4. Máy bộ đàm Motorola GP338 VHF/UHF
• 9.5. Đặc điểm của VHF/UHF
• 9.6. RipEX – đài phát thanh modem router
• 9.7. MR400 – đài phát thanh modem
• 9.8. Các lỗi mạng Wi-Fi
• 9.9. Bài tập thực hành
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan về Giáo Trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Nghề Điện Công Nghiệp

Giáo trình Mạng Truyền Thông Công Nghiệp Nghề Điện Công Nghiệp Cao Đẳng cung cấp cái nhìn tổng quan về các khái niệm cơ bản trong lĩnh vực mạng công nghiệp. Nội dung giáo trình được thiết kế để giúp sinh viên hiểu rõ về cấu trúc và chức năng của các hệ thống mạng trong công nghiệp. Mạng truyền thông công nghiệp không chỉ đơn thuần là mạng máy tính mà còn bao gồm các thiết bị điều khiển và cảm biến, tạo nên một hệ thống liên kết chặt chẽ trong quy trình sản xuất.

1.1. Định nghĩa và vai trò của mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp là hệ thống kết nối các thiết bị công nghiệp, cho phép trao đổi dữ liệu giữa các cảm biến, bộ điều khiển và máy tính. Vai trò của nó là tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao độ chính xác và giảm thiểu chi phí.

1.2. Các loại mạng truyền thông công nghiệp phổ biến

Các loại mạng truyền thông công nghiệp phổ biến bao gồm RS232, RS485, Modbus và Industrial Ethernet. Mỗi loại mạng có đặc điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với từng yêu cầu cụ thể trong sản xuất.

II. Thách thức trong việc triển khai mạng truyền thông công nghiệp

Việc triển khai mạng truyền thông công nghiệp gặp nhiều thách thức, từ việc lựa chọn công nghệ phù hợp đến việc đảm bảo tính ổn định và an toàn cho hệ thống. Nhiễu điện và các vấn đề về kết nối là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Nhiễu và ảnh hưởng đến mạng truyền thông

Nhiễu có thể gây ra sự cố trong quá trình truyền dữ liệu, làm giảm độ tin cậy của hệ thống. Các nguồn gốc của nhiễu bao gồm điện từ trường, cáp không đạt tiêu chuẩn và thiết bị không tương thích.

2.2. Giải pháp xử lý nhiễu trong mạng công nghiệp

Để xử lý nhiễu, cần áp dụng các biện pháp như sử dụng cáp shielded, thiết lập nối đất đúng cách và áp dụng các kỹ thuật triệt nhiễu. Những giải pháp này giúp nâng cao độ tin cậy của mạng truyền thông.

III. Phương pháp thiết kế mạng truyền thông công nghiệp hiệu quả

Thiết kế mạng truyền thông công nghiệp cần tuân thủ các nguyên tắc cơ bản để đảm bảo hiệu quả và an toàn. Việc lựa chọn công nghệ và cấu trúc mạng phù hợp là rất quan trọng.

3.1. Nguyên tắc thiết kế mạng truyền thông

Nguyên tắc thiết kế bao gồm việc xác định rõ yêu cầu về tốc độ truyền dữ liệu, độ tin cậy và khả năng mở rộng của hệ thống. Cần cân nhắc giữa chi phí và hiệu quả trong việc lựa chọn thiết bị.

3.2. Các công nghệ mạng hiện đại

Các công nghệ mạng hiện đại như Industrial Ethernet và cáp quang đang ngày càng được ưa chuộng. Chúng cung cấp tốc độ truyền cao và khả năng chống nhiễu tốt, phù hợp với yêu cầu của các hệ thống công nghiệp.

IV. Ứng dụng thực tiễn của mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, từ sản xuất chế biến đến tự động hóa trong nhà máy. Các ứng dụng này giúp tối ưu hóa quy trình và nâng cao hiệu quả sản xuất.

4.1. Ứng dụng trong tự động hóa nhà máy

Trong tự động hóa nhà máy, mạng truyền thông công nghiệp cho phép các thiết bị như PLC, cảm biến và máy tính giao tiếp với nhau, tạo ra một hệ thống điều khiển hiệu quả và linh hoạt.

4.2. Ứng dụng trong giám sát và điều khiển từ xa

Hệ thống SCADA là một ví dụ điển hình cho việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp trong giám sát và điều khiển từ xa. Nó cho phép người dùng theo dõi và điều khiển quy trình sản xuất từ xa, nâng cao tính linh hoạt và hiệu quả.

V. Kết luận và tương lai của mạng truyền thông công nghiệp

Mạng truyền thông công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả sản xuất và tối ưu hóa quy trình. Tương lai của mạng này hứa hẹn sẽ có nhiều cải tiến với sự phát triển của công nghệ.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ mạng

Xu hướng phát triển công nghệ mạng trong công nghiệp đang hướng tới việc tích hợp trí tuệ nhân tạo và Internet of Things (IoT), giúp nâng cao khả năng tự động hóa và tối ưu hóa quy trình sản xuất.

5.2. Tầm quan trọng của đào tạo và phát triển nguồn nhân lực

Đào tạo và phát triển nguồn nhân lực là yếu tố then chốt để đảm bảo sự thành công trong việc triển khai và vận hành mạng truyền thông công nghiệp. Cần có các chương trình đào tạo chuyên sâu để nâng cao kỹ năng cho người lao động.

Nội dung chính

TỔNG QUAN VỀ GIÁO TRÌNH MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP

Tổng quan về giáo trình

Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp (mã mô-đun: MĐ34) là tài liệu đào tạo chuyên môn nghề được ban hành theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ (Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn). Trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp và Tự động hóa trình độ Cao đẳng, mô-đun này được bố trí học sau các học phần kỹ thuật cơ sở và các mô-đun chuyên môn trực tiếp như Lập trình điều khiển PLC cơ bản và PLC nâng cao.

Mục tiêu đào tạo của giáo trình hướng đến việc trang bị cho người học ba nhóm chuẩn đầu ra:

• Kiến thức: Mô tả cấu trúc hệ thống mạng truyền thông công nghiệp; phân tích nguyên lý mô hình kết nối hệ thống mở (OSI 7 tầng); trình bày các chuẩn truyền thông nối tiếp (RS-232, RS-485), cáp quang, mạng trường (Modbus, AS-i, Industrial Ethernet) và truyền thông vô tuyến; nắm vững nguồn gốc các loại nhiễu và giải pháp triệt nhiễu công nghiệp.
• Kỹ năng: Thực hiện đấu nối, hàn nối cáp quang; đo kiểm và xác định sơ đồ chân cổng RS-232/RS-485; cấu hình tham số truyền thông cho PLC và thiết bị mạng; phân tích bức điện và xử lý các sự cố truyền thông cơ bản.
• Thái độ: Rèn luyện tính chủ động, tư duy kỹ thuật chính xác và tuân thủ các quy tắc an toàn điện - cơ điện.

Giáo trình có tổng thời lượng 120 giờ (gồm 44 giờ lý thuyết, 70 giờ thực hành và 6 giờ kiểm tra tích hợp), được cấu trúc thành 9 bài học theo tiến trình từ lý thuyết nền tảng, khảo sát chuẩn vật lý đến cài đặt mạng công nghiệp chuyên biệt. Điểm đặc thù của tài liệu là sự kết hợp giữa lý thuyết mạng công nghiệp chuẩn hóa quốc tế với các quy trình thao tác trên thiết bị kỹ thuật cụ thể.

---

Nội dung kiến thức cốt lõi

Các chương/chủ đề chính

Nội dung giáo trình được triển khai qua 9 bài học theo trình tự phát triển kỹ thuật:

+-------------------------------------------------------------------------------+
| BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN (5 giờ LT)                                        |
| Mô hình phân cấp tháp mạng, hệ DCS, SCADA, FCS, hệ lai, mô hình OSI 7 tầng    |
+-------------------------------------------------------------------------------+
+-------------------------------------------------------------------------------+
| BÀI 2 & BÀI 5: MÔI TRƯỜNG TRUYỀN DẪN VÀ XỬ LÝ NHIỄU (20 giờ)                 |
| Kỹ thuật chống nhiễu EMC, nối đất, cáp xoắn/đồng trục/quang (máy FSM-50S)     |
+-------------------------------------------------------------------------------+
+-------------------------------------------------------------------------------+
| BÀI 3 & BÀI 4: CÁC CHUẨN TRUYỀN THÔNG NỐI TIẾP (20 giờ)                      |
| Chuẩn RS-232 (EIA/TIA-232, DB-9) và Chuẩn RS-485/RS-422 (truyền vi sai)       |
+-------------------------------------------------------------------------------+
+-------------------------------------------------------------------------------+
| BÀI 6, BÀI 7 & BÀI 8: CÁC HỆ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP (60 giờ)          |
| Mạng Modbus (RTU/ASCII/TCP), Mạng AS-i (lớp cảm biến/chấp hành), Industrial   |
| Ethernet (CSMA/CD, TCP/IP)                                                    |
+-------------------------------------------------------------------------------+
+-------------------------------------------------------------------------------+
| BÀI 9: TRUYỀN THÔNG VÔ TUYẾN CÔNG NGHIỆP (15 giờ)                             |
| Thiết bị truyền thông MDS SD9, modem router RipEX, MR400, bộ đàm Motorola GP338|
+-------------------------------------------------------------------------------+

• Bài 1: Giới thiệu tổng quan (5 giờ LT): Trình bày định nghĩa, vai trò và mô hình phân cấp 5 tầng chức năng tương ứng với 4 tầng truyền thông (Bus trường/thiết bị, Bus hệ thống/điều khiển, Mạng xí nghiệp, Mạng công ty). Giới thiệu các hệ thống điều khiển: DCS (như Honeywell TDC2000, DCS Yokogawa), SCADA, hệ điều khiển lai (Siemens Simatic PCS7, DeltaV của Fisher-Rosemount, PlantScape của Honeywell, Yokogawa Stardom, ABB Industrial IT), FCS và PLC. Phân tích chi tiết mô hình tham chiếu OSI 7 tầng (Vật lý, Liên kết dữ liệu, Mạng, Vận chuyển, Giao dịch, Trình bày, Ứng dụng) và các chuẩn quốc tế (Foundation Fieldbus, Ethernet, Profibus-DP, Modbus).
• Bài 2: Nhiễu và giải pháp xử lý (4 giờ LT, 6 giờ TH): Khảo sát các dạng nhiễu vật lý (nhiễu trắng Gaussian, Poisson, Cauchy, AWGN), các sự cố EMC (nhiễu trùng kênh, nhiễu xuyên điều chế, phát xạ ngoài băng). Đưa ra giải pháp vỏ bọc che chắn, 4 cấu hình nối đất (nguồn/tải cách điện, nối đất nối tiếp, nối đất hình sao), kỹ thuật triệt nhiễu điện cảm/điện dung và mạch khuếch đại vi sai cầu Wheatstone.
• Bài 3: Chuẩn truyền thông RS232 (4 giờ LT, 6 giờ TH): Khảo sát chuẩn EIA/TIA-232 (CCITT V2.4). Phân tích đặc tính điện áp không đối xứng (-15V đến +15V; mức logic 0 từ +3V đến +15V, logic 1 từ -15V đến -3V; dải không xác định -3V đến +3V theo chuẩn DIN 66259). Quy định sơ đồ 9 chân cổng DB-9 (DCD, RxD, TxD, DTR, GND, DSR, RTS, CTS, RI), chế độ full-duplex và phương pháp kiểm tra bằng VOM, phần mềm rs232-test.
• Bài 4: Chuẩn truyền thông RS485 (10 giờ LT): Đặc tính điện học vi sai, so sánh với RS-422, kỹ thuật kết nối đa điểm (Multi-drop) và quy trình lắp đặt, kiểm tra thiết bị.
• Bài 5: Cáp quang (4 giờ LT, 6 giờ TH): Cấu trúc sợi quang, độ suy giảm tín hiệu, các chuẩn đầu nối và quy trình thực hành đấu nối bằng máy hàn quang chuyên dụng Fujikura FSM-50S.
• Bài 6: Mạng Modbus (4 giờ LT, 14 giờ TH, 2 giờ KT): Cấu trúc giao thức Modbus, cơ chế Master-Slave, cấu trúc bức điện (PDU/ADU), bảng mã chức năng (Function Codes), định chỉ Modbus trên hai phương thức truyền dẫn Modbus Serial (RTU/ASCII) và Modbus TCP.
• Bài 7: Mạng AS-i (4 giờ LT, 14 giờ TH, 2 giờ KT): Mạng Actuator Sensor Interface cấp trường, cơ chế truyền thông, cấu trúc bức điện, lớp liên kết dữ liệu, cơ chế bảo toàn dữ liệu và xử lý lỗi mạng.
• Bài 8: Mạng Industrial Ethernet (4 giờ LT, 14 giờ TH, 2 giờ KT): Cáp xoắn đôi tiêu chuẩn 10Base-T, phương pháp truy cập bus CSMA/CD, cấu trúc khung Ethernet, sự thích nghi của chồng giao thức TCP/IP trong môi trường công nghiệp và kỹ thuật chống nhiễu mạng LAN công nghiệp.
• Bài 9: Mạng truyền thông Radio và Wireless (5 giờ LT, 10 giờ TH): Kỹ thuật vô tuyến VHF/UHF, thiết bị truyền thông MDS SD9, modem router RipEX, thiết bị modem MR400, bộ đàm Motorola GP338 và quy trình xử lý lỗi kết nối Wi-Fi.

Kiến thức nền tảng được xây dựng

1. Lý thuyết mạng và mô hình tham chiếu: Tiếp cận hệ thống truyền thông qua mô hình OSI 7 lớp của ISO/ITU-T; nắm rõ quy tắc đóng gói dữ liệu (PDU, SDU, PCI), nguyên lý chuyển mạch gói, các thuật toán chọn đường (tập trung và tại chỗ) ở tầng Mạng, cùng 5 lớp giao thức tầng Vận chuyển (Class 0 đến Class 4).
2. Nguyên lý điện học và vật lý truyền dẫn: Cơ chế truyền dẫn tín hiệu số dạng điện áp chênh lệch đối xứng (RS-485) và bất đối xứng (RS-232); nguyên lý truyền ánh sáng trong môi trường sợi quang thủy tinh/nhựa; lý thuyết can nhiễu điện từ trường (EMC).
3. Cấu trúc giao thức truyền thông công nghiệp: Quy tắc điều khiển truy nhập đường truyền Master-Slave, phân bổ thẻ bài (Token Passing) và đa truy nhập cảm ứng sóng mang nhận diện xung đột (CSMA/CD).

Kỹ năng phát triển

• Kỹ năng kỹ thuật (Technical skills): Nhận dạng và đo thông mạch các chân cổng DB-9; thiết lập cấu hình cổng COM trên máy tính; cài đặt địa chỉ trạm và tham số mạng Modbus; vận hành thiết bị hàn nối sợi quang tự động Fujikura FSM-50S.
• Kỹ năng phân tích (Analytical skills): Đọc hiểu giản đồ điện áp, phân tích bức điện Modbus/AS-i; xác định nguồn can nhiễu công nghiệp phát sinh từ biến tần hoặc đường dây tải điện; so sánh ưu nhược điểm giữa cấu trúc SCADA, DCS và FCS.
• Năng lực thực hành nghề nghiệp (Practical competencies): Chẩn đoán và xử lý đứt dây, lỏng đầu nối giắc cắm RS-232/RS-485; thiết lập hệ thống truyền dữ liệu không dây bằng modem RipEX và MR400; liên kết PLC S7-200 / Mitsubishi với máy tính giám sát.

---

Phương pháp giảng dạy và học tập

Giáo trình áp dụng mô hình đào tạo tích hợp mô-đun nghề kỹ thuật. Cấu trúc thời lượng dành 58,3% cho thực hành (70/120 giờ) và 5% cho kiểm tra đánh giá trực tiếp (6 giờ), giúp người học cọ xát với thao tác kỹ thuật ngay sau các bài lý thuyết.

PHÂN BỔ THỜI LƯỢNG MÔ-ĐUN (TỔNG: 120 GIỜ)

• Tiếp cận sư phạm (Pedagogical approach): Giảng dạy lý thuyết kết hợp thị phạm trực quan trên thiết bị thật. Giảng viên hướng dẫn nguyên lý giao thức trước khi yêu cầu sinh viên kết nối mạch vật lý và chạy phần mềm thử nghiệm.
• Bài tập và thực hành xưởng (Practical exercises):
  • Thực hành đo kiểm cáp RS-232: Sử dụng đồng hồ VOM kiểm tra thông mạch 9 chân DB-9; chạy phần mềm chuyên dụng rs232-test tự động quét tìm thông số tốc độ Baud, dữ liệu bit và kết nối thử nghiệm với CPU Siemens PLC S7-200.
  • Thực hành đấu nối cáp quang: Thực hiện cắt sợi, tuốt vỏ cáp và hàn nối chính xác bằng máy hàn quang Fujikura FSM-50S.
  • Cài đặt và cấu hình mạng Modbus, AS-i, Industrial Ethernet: Đấu nối truyền thông giữa các bộ điều khiển khả trình PLC và các mô-đun I/O phân tán.
• Phương pháp đánh giá (Assessment methods): Đánh giá quá trình thông qua các bài kiểm tra tích hợp tại các bài học thực hành trọng điểm (Bài 6, Bài 7, Bài 8, mỗi bài 2 giờ kiểm tra). Tiêu chí đánh giá gồm: độ chính xác trong thao tác cơ học, khả năng vận hành phần mềm chẩn đoán và thời gian khắc phục sự cố hệ thống.
• Hướng dẫn tự học (Self-study guidelines): Sinh viên giải quyết hệ thống câu hỏi ôn tập cuối mỗi bài học (như phân biệt SCADA và DCS, giải thích hiện tượng nhiễu do biến tần, tính toán các mức điện áp logic trên cổng nối tiếp).

---

Điểm nổi bật và cập nhật

1. Khảo sát toàn diện các kiến trúc điều khiển công nghiệp hiện đại: Giáo trình không dừng lại ở các cấu hình PLC đơn lẻ mà mở rộng phân tích các hệ thống điều khiển quy mô lớn:

   • Hệ thống điều khiển phân tán DCS (trích dẫn hệ TDC2000 của Honeywell và DCS Yokogawa).
   • Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu SCADA kèm các giao diện người - máy HMI (Operator Panel, Touch Panel, Multi Panel).
   • Hệ điều khiển lai (Hybrid Control System) kết hợp nền tảng PLC và DCS, hỗ trợ chuẩn OPC, XML, ODBC và quản lý tới 10.000 ngõ I/O (điển hình như Siemens Simatic PCS7, Fisher-Rosemount DeltaV, Honeywell PlantScape, Yokogawa Stardom, ABB Industrial IT).
   • Hệ thống điều khiển trường FCS (Field Control System) phân tán chức năng điều khiển xuống thiết bị thông minh.

2. Tích hợp các dòng thiết bị truyền thông công nghiệp đặc thù: Giáo trình đưa vào nội dung đào tạo các thiết bị thực tế đang vận hành trong các nhà máy và công trình hạ tầng:

   • Máy hàn cáp quang tự động Fujikura FSM-50S.
   • Thiết bị truyền thông vô tuyến chuyên dụng: Thiết bị MDS SD9, modem router sóng vô tuyến RipEX, modem vô tuyến MR400.
   • Thiết bị thu phát vô tuyến bán dẫn VHF/UHF và máy bộ đàm Motorola GP338.

3. Tập trung sâu vào kỹ thuật xử lý nhiễu điện từ (EMC): Tài liệu dành riêng Bài 2 phân tích cơ chế nhiễu thực tế trong nhà máy sản xuất (đặc biệt là sóng hài và xung điện áp từ biến tần công nghiệp), hướng dẫn chi tiết các cấu hình chống nhiễu cảm ứng điện dung, cảm ứng điện cảm bằng màn bọc kim và mạch khuếch đại vi sai nối với cầu đo Wheatstone.

---

Đối tượng sử dụng giáo trình

• Sinh viên và người học: Dành cho học sinh, sinh viên hệ Cao đẳng, Cao đẳng nghề và liên thông Đại học thuộc các ngành: Điện công nghiệp, Kỹ thuật điều khiển và Tự động hóa, Cơ điện tử.
• Điều kiện tiên quyết (Prerequisites): Người học cần hoàn thành các môn học kỹ thuật cơ sở (Lý thuyết mạch, Đo lường điện - điện tử, Kỹ thuật số) và các học phần chuyên ngành: Lập trình PLC cơ bản, Lập trình PLC nâng cao.
• Giảng viên chuyên ngành: Sử dụng làm khung tài liệu giảng dạy chuẩn, cung cấp cấu trúc bài giảng lý thuyết 44 tiết và thiết kế 70 tiết thực hành xưởng theo chuẩn đầu ra của Tổng cục Giáo dục nghề nghiệp.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên: Dùng làm tài liệu tra cứu thông số kỹ thuật thực địa (bảng đặc tính điện học RS-232, sơ đồ chân DB-9 EIA/TIA-574, cấu trúc khung Modbus/TCP, thông số cáp xoắn 10Base-T) phục vụ công tác bảo trì, lắp đặt mạng công nghiệp.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Giáo trình này phù hợp với đối tượng đào tạo nào?

Giáo trình được biên soạn theo chương trình khung đào tạo nghề Điện công nghiệp trình độ Cao đẳng theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT. Nội dung phù hợp cho sinh viên Cao đẳng, Đại học các ngành Kỹ thuật Điện, Tự động hóa và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống điều khiển công nghiệp.

2. Cần chuẩn bị những kiến thức nền tảng nào trước khi học?

Học viên cần nắm vững kiến thức về mạch điện tử, kỹ thuật đo lường cảm biến và đặc biệt phải hoàn thành hai mô-đun Lập trình PLC cơ bản và Lập trình PLC nâng cao để có thể thực hiện ghép nối mạng truyền thông giữa các bộ điều khiển.

3. Giáo trình này có điểm gì khác biệt so với các tài liệu lý thuyết thuần túy?

Giáo trình dành hơn 58% thời lượng cho thực hành xưởng (70/120 giờ). Nội dung gắn liền với thiết bị và công cụ cụ thể như máy hàn sợi quang Fujikura FSM-50S, phần mềm kiểm tra cổng COM rs232-test, cáp kết nối PLC Siemens S7-200 / Mitsubishi và các modem vô tuyến công nghiệp RipEX, MR400.

4. Phương pháp tự học giáo trình như thế nào để đạt hiệu quả cao?

Người học nên kết hợp nghiên cứu lý thuyết phân tầng OSI với việc giải quyết các câu hỏi ôn tập cuối mỗi bài học. Khi tiếp cận các chuẩn vật lý (RS-232, RS-485, cáp quang), cần thực hành đo đạc trực tiếp các thông số điện áp, thông mạch chân giắc cắm và sử dụng phần mềm giả lập để phân tích khung truyền dữ liệu.

5. Giáo trình có đề cập đến các tài liệu và chuẩn kỹ thuật bổ trợ nào?

Tài liệu trích dẫn các tiêu chuẩn quốc tế như tiêu chuẩn mức điện áp DIN 66259, tiêu chuẩn EIA/TIA-232F, EIA/TIA-574 (sơ đồ chân DB-9), chuẩn giao tiếp CCITT V2.4, chuẩn Ethernet 10Base-T, cùng các giao thức Foundation Fieldbus H1/HSE, Profibus-DP và Modbus RTU/ASCII/TCP.

---

Kết luận

Giáo trình Mạng truyền thông công nghiệp cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về mạng công nghiệp, bao quát từ mô hình tham chiếu OSI 7 tầng, các chuẩn truyền dẫn vật lý nối tiếp (RS-232, RS-485), cáp sợi quang, kỹ thuật chống nhiễu EMC đến các hệ mạng cấp trường (Modbus, AS-i, Industrial Ethernet) và giải pháp truyền thông vô tuyến.

Lộ trình học tập được thiết kế mạch lạc: xây dựng tư duy hệ thống phân cấp (DCS/SCADA/FCS) $\rightarrow$ làm chủ môi trường vật lý và kỹ thuật triệt nhiễu $\rightarrow$ cấu hình giao thức công nghiệp $\rightarrow$ xử lý sự cố thiết bị thực tế. Để nâng cao năng lực chuyên môn, người học nên kết hợp giáo trình với các tài liệu hướng dẫn kỹ thuật của nhà sản xuất (Siemens, Yokogawa, Honeywell, Fujikura) và các tiêu chuẩn quốc tế ISO, ITU-T, IEEE liên quan.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN – XÂY DỰNG VÀ NÔNG LÂM TRUNG BỘ GIÁO TRÌNH MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP NGHỀ : ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ Năm 2021 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bảng hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 2 LỜI GIỚI THIỆU Nội dung giáo trình được bố cục bao gồm 9 bài với nội dung như sau: Bài 1: Giới thiệu tổng quan Bài 2: Nhiễu và giải pháp xử lý Bài 3: Chuẩn truyền thông RS232 Bài 4: Chuẩn truyền thông RS485 Bài 5: Cáp quang Bài 6: Mạng Modbus Bài 7: Mạng AS-I Actuator Sensor Interface Bài 8: Mạng Industrial Enthernet Bài 9: Mạng truyền thông Radio và Wireless 3 MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG LỜI GIỚI THIỆU. 3 MÔ ĐUN MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP.

7 BÀI 1: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN. Mạng truyền thông công nghiệp là gì?:. Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp:. Phân loại và đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp:.

Các hệ thống và thiết bị điều khiển hiện đại:. Hệ điều khiển phân tán(Distributed Control System, DCS):. Hệ thống điều khiển quá trình:. Hệ điều khiển lai (SCADA và DCS) :.

Các hệ điều khiển khác:. Thiết bị điều khiển khả trình:. 20 3 Các mô hình kết nối hệ thống mở:. Các tầng hệ thống mở:.

Nguyên tắc định nghĩa các tầng trong hệ thống mở. Các giao thức trong mô hình. Truyền dữ liệu trong mô hình. Vai trò và chức năng chủ yếu của các tầng.

23 4 Các thủ tục truyền thông. Các chuẩn truyền thông. Câu hỏi ôn tập :. 34 BÀI 2: NHIỄU VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ.

Những sự cố thường gặp và cách giải quyết:. Nhiễu và các giải pháp xử lý: .1 Nguồn gốc của nhiễu điện: .2 Vỏ bọc che chắn: .3 Tốc độ dẫn của dây cáp: .4 Yêu cầu nối đất : .5 Kỹ thuật triệt nhiễu .6 Câu hỏi ôn tập :. 42 BÀI 3: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS232. Chuẩn truyền thông RS232:.

Các yếu tố của RS232:. Hoạt động của giao diện RS232. Xử lý sự cố: .2 Các phương pháp tiếp cận: .3 Kiểm tra thiết bị: .4 Giải quyết vấn đề cơ bản : .6 Câu hỏi ôn tập:. 51 BÀI 4: CHUẨN TRUYỀN THÔNG RS485.

Chuẩn truyền thông RS485 :.1 Đặc tính điện học : .2 Các đặc trưng của RS485:. Xử lý sự cố: .2 Chuẩn truyền thông RS485 và RS422:.3 Lắp đặt truyền thông RS485: .5 Kiểm tra thiết bị: .7 Câu hỏi ôn tập:. Các thông số cơ bản:. Loại cáp quang bình thường:.

Suy giảm kết nối:. Sự kết nối:. Xử lý kết nối:. Xử lý sự cố:.

Thực hành đấu nối cáp quang bằng máy Fujikura FSM-50S:. Câu hỏi ôn tập:. 82 BÀI 6: MẠNG MODBUS. Giới thiệu tổng quan:.

Cấu trúc giao thức Modbus:. Kiến trúc giao thức:. Cơ chế giao tiếp:. Cấu trúc bức điện:.

Các mã số chức năng:. Địch chỉ Modbus:. Các mã chức năng Modbus. Cài đặt mạng modbus:.

Xử lý các sự cố. Các vấn đề và lỗi cơ bản. Mô tả các công cụ được dùng:. Chi tiết quá trình xử lý sự cố:.

Bài tập thực hành:. 99 BÀI 7: MẠNG AS-I (ACTUATOR SENSOR INTERFACE). Cơ chế giao tiếp:. Cấu trúc bức điện.

Lớp kết nối dữ liệu:. Đặc điểm hoạt động. Bảo toàn dữ liệu:. Xử lý sự cố.

Bài tập thực hành. 112 BÀI 8: MẠNG INDUSTRIAL ENTHERNET. Một số loại tốc độ truyền thông Enthernet:. Kết nối và dây cáp:.

Khung truyền thông:. Nhiễu và tiếng ồn:. TCP/IP và Industrial Ethernet:. Xử lý sự cố:.

Các vấn đề và lỗi cơ bản. Các vấn đề và giải quyết. Bài tập thực hành. 143 6 BÀI 9: MẠNG TRUYỀN THÔNG RADIO VÀ WIRELESS.

Thiết bị truyền thông Radio:. Tuyền thông MDS SD9:. Máy phát hình bán dẫn VHF/UHF:. Máy bộ đàm Motorola GP338 VHF/UHF:.

Đặc điểm của VHF/UHF:. RipEX – đài phát thanh modem router :. MR400 – đài phát thanh modem :. Các lỗi mạng Wi-Fi :.

Bài tập thực hành :. 153 Tài liệu tham khảo .154 7 MÔ ĐUN MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP VỊ TRÍ, Ý NGHĨA,VAI TRÒ VÀ TÍNH CHẤT CỦA MÔ ĐUN: - Vị trí: Mô đun được bố trí học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở và các mô đun chuyên môn nghềđặc biệt như PLC cơ bản, PLC nâng cao - Ý nghĩa : Mô dun cho tao có cái nhìn thực tế hơn về lĩnh vực điều khiển trong công nghiệp - Vai trò : đóng vai trò quan trong sản xuất công nghiệp đặt biệt những nước có nền công nghiệp phát triển và đang phát triển. - Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề điện tự động hóa MỤC TIÊU MÔ ĐUN: + Về kiến thức - Mô tả được cấu trúc mạng truyền thông trong công nghiệp - Trình bày được các chuẩn truyền thông - Trình bày được nguồn gốc nhiễu và các giải pháp xử lý. - Chống được nhiễu trong truyền thông - Phân tích được các tính năng chính của chuẩn RS232, RS485 - Trình bày được các tính năng chính của cáp quang + Về kỹ năng - Kết nối được các thiết bị dùng cáp quang.

- Trình bày được cấu trúc mạng Modbus, Mạng AS-i, Mạng Industrial Ethernet - Xác định và xử lý được một số vấn đề đơn giản + Về thái độ: - Chủ động, sáng tạo và an toàn trong quá trình học tập. NỘI DUNG MÔ ĐUN: 1. Nội dung tổng quát và phân phối thời gian: Thời gian Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý Thực Kiểm TT số thuyết hành tra+ 1 Giới thiệu tổng quan 5 5 0 2 Nhiễu và giải pháp 10 4 6 3 Chuẩn truyền thông RS232 10 4 6 4 Chuẩn truyền thông RS485 10 10 0 5 Cáp quang 10 4 6 6 Mạng Modbus 20 4 14 2 8 7 Mạng AS-i 20 4 14 2 8 Mạng Industrial Ethernet 20 4 14 2 9 Truyền thông Radio và 15 5 10 wireless Tổng cộng 120 44 70 6 + Ghi chú: Thời gian kiểm tra được tích hợp giữa lý thuyết với thực hành được tính bằng giờ thực hành. 9 BÀI 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN Mã bài: MĐ34-01 Giới thiệu Trong bài nêu lên khái quát vấn đề điều khiển trong công nghiệp, giúp sinh viên có thêm một tầm nhìn mới mẽ về một cách thức điều khiển công nghiệp trong một tương lai gần ở nước ta.

Mục tiêu: - Hiểu các vấn đề cơ bản trong mạng truyền thông. - Phân biệt được các mạng trong công nghiệp, các ứng dụng và tầm quang trong của hệ mở. - Chủ động, sáng tạo an toàn cẩn thận trong quá trình học tập. Nội dung chính : 1.

Mạng truyền thông công nghiệp là gì?: Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống thông số, truyền bít nối tiếp, được sử dụng để ghép nối các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp phổ biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty. Tuy nhiên mạng truyền thông công nghiệp không hẳn là mạng máy tính và cũng không là mạng viễn thông. Giữa chúng có một số điểm chung và vài điểm khác biệt sau: + Mạng viễn thông có phạm vi địa lý và số lượng thành viên tham gia lớn hơn rất nhiều, nên các yêu cầu kỹ thuật ( cấu trúc mạng, tốc độ truyền thông, tính năng thời gian thực …) rất khác, cũng như các phương pháp truyền thông( truyền tải dải rộng) dải cơ sở, điều biến, dồn kênh, chuyển mạch,.) thường phức tạp hơn nhiều so với mạng truyền thông công nghiệp.

+ Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó cong người đóng vai trò chủ yếu. Vì vậy các dạng thông tin cần trao đổi bao gồm cả tiếng nói, hình ảnh, văn bản và dư liệu. Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp nên dạng thông tin quan tâm duy nhất là dữ liệu. +Mạng truyền thông công nghiệp thực chất là một dạng đặc biệt của mạng máy tính, có thể so sánh với mạng máy tính thông thường ở các điểm giống nhau và khác nhau như sau: 10 + Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của 2 lĩnh vực + Trong nhiều trường hợp, mạng máy tính sử dụng trong công nghiệp được coi là một phần( ở các cấp điều khiển giám sát, điều hành sản xuất và quản lý công ty) trong mô hình phân cáp của mạng công nghiệp.

+ Yêu cầu về tính năng thời gian thực, độ tin cậy và khả năng tương thích trong môi trường công nghiệp của mạng truyền thông công nghiệp cao hơn so với một mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường yêu cầu cao hơn về độ bảo mật, + Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau có thể nhỏ như mạng Lan cho một nóm vài máy tính hoặc lớn như mạng Internet. Trong nhiều trường hợp mạng máy tính gián tiếp sử dụng dịch vụ truyền dữ liệu của mạng viễn thông. Trong khi đó, cho đến nay các hệ thống mạng công nghiệp thường có tính chất độc lập, phạm vi hoạt động tương đối hẹp. Đối với hệ thống truyền thông công nghiệp, đặc biệt là ở các cấp dưới thì các yêu cầu về tính năng thời gian thực, khả năng thực hiện đơn giản, giá thành hạ lại được đặt ra hàng đầu.

Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp: Một bộ điều khiển cần được ghép nối với các cảm biến và cơ cấu chấp hành. Giữa các bộ điều khiển trong một hệ thống điều khiển phân tán cũng cần trao đổi thông tin với nhau để phối hợp thực hiện điều khiển cả quá trình sản xuất. Ở một cấp cao hơn, các trạm vận hành trong trung tâm điều khiển cũng cần được ghép nối và giao tiếp với các bộ điều khiển để có thể theo dõi, giám sát toàn bộ quá trình sản xuất và hệ thống điều khiển.