mang cong nghiep danh cho he dai học iuh

osi_tcp/ip ethernet

1. a IUH - FET

I [email protected]

2. KIEN TRUC GIAO THÚ'C
(7 MÓ HINH MANG TRUYÉN
ÉS THONG

1. Tóng quan
ÍÚ 2. M6 hinh OSI
3. Mó hinh TCP/IP

3. Muc tiéu bai giang

& Hiéu rö khäi niém va chire

nang cua mó hinh OSI va
TCP/IP cüng cac lop cúa chung

G Co kha nang danh gia, phan
tich wu nhuoc diem va su khac
biét gitra hai mó hinh

© Ván dung kién thirc vao viéc
thiét ké, chan doan va tôi wu
các mang trong truyén thong
cong nghiép va loT

4. Hé théng Truyén thong Dé liéu

Clients Engineering Station Redundant SQL DB
SCADA Servers Server

6. python

SIEMENS

a communication system that provides the network

participants: data exchange data, status reporting,
configuring, device parameterization, device
monitoring and setting set program.

7. Communication protocol

A communication protocol is a system of rules that allows two or more
entities of a communications system to transmit information via any
variation of a physical quantity.

o The protocol defines the rules
* syntax,
* semantics,
+ and synchronization of communication
+ possible error recovery methods.
o Protocols may be implemented
by hardware, software,

8. Giao thúc
cáp tháp

HART (Highway Adressable Remote
Transducer)

Dung trong dièu khién qua trinh.

HDLC (High Level Data-link Control)
Lam co só cho nhièu giao thirc khác.

UART (Universal Asychronous Receiver
Transmitter)
Ding trong da só các giao dién vat ly
cüa cäc hé thöng bus truóng.

FTP (File Transfer Protocol)
Dung trong trao döi file tir xa

HTTP (Hypertext Transfer Protocol)

Dung dé trao dói cdc trang HTML trong
cc üng dung web.

MMS (Manufacturing Message
Specification)

Ding trong ty dong héa cóng nghiép.

9. UART protocol

\ARRRARAARZEN

|

Table 1. UART Summary

DEEIBEEEE -
DEVICE 1 DEVICE 2
Start Bit Data Frame Stop Bits
(1 to 2 bits

AA 70

9600, 19200, 38400, 57600, 115200, 230400,
Speed 460800, 921600, 1000000, 1500000

Methods of Transmission
Maximum Number of Masters 1

Maximum Number of Slaves 1

Asynchronous

10. Standards

x Vai tro truyén thöng nói tiép trong cóng nghiép

a Két nôi cam bién <> PLC <> SCADA.
a Chi phi tháp, ón dinh, chóng nhiéu.

Các chuán phó bién an
x P (e. =
a =
RS-232 (diém-diém). Lee, GE di
NN Er
RS-422 (point-to- N las EIER
multipoint). EN Ite u
EN . mbGate
RS-485 (multi-drop, ke al
chuân cóng nghiép). de
aa

11. RS-232, EIA/TIA standard

SERIAL

Pint [Dc> ] RS232 Pinout (9 Pin Male)

Pin 2 [RXD Pint Pins

Pin3 [TXD

Pin 4 |DIR

Pins [GND

Pin 6 [DSR

Pin 7 [RTS

Pins [CTS Pinó Pind

Pin 9 [RI

Ÿ So dö chän RS-232

DB9, DB25
Cac tin hiêu chinh: TX, RX, GND.

LAE

SIGNAL LEVELS AT THE TRANSCEIVER OUTPUT PIN

mila eT Tete ete te tar ao ee

Y Thong só ky thuát RS-232

a Dién äp: 43V > +15V.
a Téc dé: <20 kbps.

a Khoang cach: < 15 m.

12. Cable Length (m)

RS-485, EIA/TIA 485

R . a ocadé Rss Rsass Rsass
a Chuan cong nghiép pho bién nhat. SES DEVICE 2 DEVICES
a Truyén vi sai, half/full duplex.
>
RSS
10000 MASTER >
>
1000
RSS RS-8S S405
DEVICE 1 DEVICE 2 DEVICE 3
100
>
RS-485 >
MASTER >
0.1 = 10 100 >
Data Rate (Mbps) =

13. RS-485, EIA/TIA 485 a

Cable :
Conductor

rslaton 49 © Type:

alas 9 CS Impedance :
Sean 1 09 Capacitance :

Velocity =

Rss
TRANSCEIVER

rn tıma

78% (13nsm)

RS-485
‘TRANSCEIVER
100€ R,

2

e

5
3.

DIFFERENTIAL INPUT VOLTAGE (Va - Via) [M1

R485
‘TRANSCEIVER

14. Review

1. So sánh các thöng só chinh cúa RS-232, RS-422, RS-485 (khoang cach, téc dó, só
thiét bi).

2. Tai sao RS-485 chóng nhiéu tôt hon RS-232?
3. Phan tich diem khäc biét gitra UART va RS-232.
4. Phan tich cáu tric khung truyén UART vá vai tro tüng thanh phan.

5. Möt day chuyén san xuát có nhiéu cam bién can két nói vé PLC, ban chon chuán nao?
Giai thich.

6. Hay danh gia wu — nhuoc diem khi ding UART trong vi dièu khién dé két nói IoT.

7. Néu trong thy té RS-485 bi mât tin hiéu khi thém nhiéu thiét bi, nguyén nhán có thé

la gi?

15. Bai tap

Bai tap 1: Tinh tóc dé truyén UART cho cam bién nhiét dó

Môt cam bién nhiét dó güi dit liéu qua UART den vi diéu khién. Môi khung dit
liéu góm: 1 start bit, 8 data bits, 1 parity bit, 1 stop bit.

Tan só lay mau: 200 Hz (200 mäu/giäy).
Môi mau gúi 2 byte dû liéu.

Tinh tóc dó baud tói thiéu (bps) can thiét.
Huóng dan:

Tinh só bit/khung.

Tính só khung/giáy.

Tính tóng só bit/giáy.

16. Bai tap

Bai táp 2: Tinh chièu dai cap RS-485 trong nha may

M6t mang RS-485 két nói PLC voi 20 cam bién trong nha xuóng. Yéu cau töc dó
500 kbps. Hay tinh chiéu dai cap tôi da cho mang.

Huong dan:

Dung quy tac kinh nghiém RS-485:
° 100 kbps > 1200 m
° 1 Mbps > 100 m

Suy ra theo ty 16 xáp xi.

17. Bai tap

Bai tap 3: Tinh só node tói da trong bus RS-485

M6t day chuyén san xuát can két nói 60 cam bién dong cháy qua RS-485. Môi
node có input impedance 12 kQ. Chuan RS-485 cho phép tôi da 32 unit load
(UL), môi UL = 12 kQ. Hoi có thé két nôi truc tiép không? Néu không, can giäi
pháp náo?

Huóng dán:
Tinh tong UL = só node x UL mdi node.
So sanh vói 32 UL chuan.

Dua giái phap mó róng.

18. Bai tap

Bai tap 4: Thiét ké khung UART cho PLC - HMI
Möt PLC güi dü liêu toi HMI qua UART: 16 bit dü liêu + 1 parity bit. Yéu cau
tóc dó truyén töi thiéu 9600 bps. Tinh thoi gian truyén 1 khung dé liêu.

Huóng dan:
Xác dinh só khung can gui.
Tinh só bit/trame.

Tinh thoi gian truyén.

19. Bai tap

Bai tap 5: Thiét ké mang Modbus RTU qua RS-485

Môt hé théng SCADA thu tháp dir liêu tir 10 PLC qua Modbus RTU/RS-485.
M6i PLC gui 50 byte dür ligu/chu ky.

Chu ky yéu cau: 100 ms.

Hay tinh tóc dó baud tói thiéu can thiét.

Huong dan:

Tinh tóng só byte/chu ky.

Chuyén dôi ra bit, thém overhead UART.

Tinh tóc dó baud.

20. Discussion Topic tt

Topic 1. So sánh uu — nhuge diém RS-232, RS-422, RS-485 va thao luán xem
chuán nao phú hop nhát cho IoT cong nghiép.

Topic 2. Phan tich tinh huóng; Trong nha may, HMI khong giao tiép duoc voi
PLC qua RS-485. Thao luán cach kiém tra va xúr ly theo tüng buóc.

Topic 3. Ung dung UART trong IoT: thao luán vé wu - nhuoc diem khi ding
UART dé két nói vi diéu khién voi cam bién va gateway.

Topic 4. Xu hung tuong lai: Liêu chuan RS-485 có cón ton tai trong Cong
nghiép 4.0 khi Ethernet cöng nghiép, 5G, TSN ngay cang phat trién?

10 phút/topic

21. EtherNet/IP= ControlNet
90000 =
Modbus DeviceNet-
o
HARTAP ¿5608

22. Tai sao can mó hinh tham chiéu? th

MO HINH 4 LÖP IOT

Lép tng dung

Lép xi» ly thóng tin

ny @ A

23. M6 hinh OSI - Tóng quan

OSI Model
ata

[a | Application MEET ang Ung dung

Presentation Protocol
[rra terreno :
i 3
peo ER tne en 5
[a enon A co E
Network Protocol A

A D Tang Mang
Datalink Protocol =

Physical Protocol

D Tang vat ly
| g
3
g
Dwröng truyén vat ly =I E]
3
3
2
=

24. Truyén dan nhi phan
Day, dau nöi, dien ap

+ Tôc dé truyén dir ligu_
+ Phuong tién truyén dan

e Ché dó truyén dan (simplex,

half-duplex, full- duplex)

25. M6 hinh OSI — Lop 2: Lién két dir liéu

7 Application ME 9023

ear] e [we |
[5_Session | Diéu khién liên két, truy

xuát duüng truyén
« Dong Frame
e Ghi dia chi vat ly

(2 Data Link | ea + Diéu khién luóng :
Tr Physical] + Kiém soát Idi, thóng bao li

26. M6 hinh OSI - Lop 3: Mang

7 Application

6 Presentation

Dia chi mang va xác dinh dwöng di tôt nhät
4 Transport + Tin cay

+ Dia chi luán 1y, topo mang

+ Dinh tuyén (tim duong di) cho göi tin

i[3 Network

2 Data Link

1 Physical

27. M6 hinh OSI — Lop 4: Lóp Giao van 4

= Két nöi end-to-end
e Van chuyén gitfa các host
+ Van chuyén tin cay

e Thiét lap, duy tri, két nói các mach ao
mes « Phat hién lôi, phuc höi thông tin va
¿(4 Transport | diéu khién luông

28. MG hinh OSI — Lop 5: lép phién

(7 Avpication ] Truyén thong lién host
[sPresentation_} + Thiét láp, quan ly va két
i E thúc các phién gitfa các

A úng dun:

4 Transport 9 aung

29. Trinh bay dû liéu
« Binh dang dir liéu
e Cau trúc dir liéu

+ Má hóa

2 Nén di ièu

30. M6 hinh OSI - Lop 7: lóp teng dung

¿(7 Application | Cac qua trinh mang cua úng dung
e Xác dinh giao dien gitfa nguvi str

(5 Session ] dung va mdi trudng OSI
+ Cung cäp cac dich vu mang cho các
üng dung nhu email, truyén file...

1 Physical

31. M6 hinh OSI trong truyén thong CN

BE ©

7 Application |:

7 Me
6 Presentation

Data flow in a network focuses on layers one, two and three of the
OSI model. This is after being transmitted by the sending host and
before arriving at the receiving host.

32. M6 hinh TCP/IP

TCP/IP Model

Application

Networks

OSI Model

7 Application
6 Presentation

Data Flow
Layers

33. Chirc nang cac Tang TCP/IP

Fille Transfer % Application Layer
“TEIP®
o Baud .
Application adel o Cung cäp các dich vu cho tng
E-mail
+ SMTP dung
Remote Login
ee o VD: HTTP, FTP, SMTP, MOTT,
Network o o gdp chúc nang cua Presentation va
Access + used by the router Session trong OSI

34. Chirc nang cac Tang TCP/IP

Application

Transport

Network
Access

% Transport Layer

Transmission Control Protocol (TCP)
Connection-Oriented

User Datagram Protocol (UDP)
Connectionless

o Dam bao toan ven dû liéu dau cudi

o Cung ung dich vu van chuyén tu
host nguón dén host dich

o Thiét lap möt cáu nói luán ly giüa
các dau cuói cúa mang, gitta host

truyén va host nhán.

35. Chirc nang cac Tang TCP/IP

% Internet Layer
o Binh tuyén, gói tin.
o chon dwöng di tôt nhât xuyén qua mang cho các gói dir
liéu di chuyén tdi dich.
Internet Protocol (IP)
amet Internet Control Message Protocol (ICMP)

Address Resolution Protocol (ARP)
Reverse Address Resolution Protocol (RARP)

Application

36. Chirc nang cac Tang TCP/IP

% Network Access Layer

o Binh ra cdc tha tuc dé giao tiép vói phan cúng mang

Application

o Truy nháp mói truóng truyén

== + Fast Ethemet
See
+ FDDI
Network : oe Frame Relay & SMDS
lipesss + Proxy ARP
+ RARP

37. TCP & UDP

X TCP Bit O Bit 15 Bit 16 Bit 31

= Tin cây (Reliable), huóng | Source Port (16) Destination Port (16)
két nói (Connection- ‘Sequence Number (32)
oriented) : Acknowlegement Number (32) 20

= Dam bao truyen lai dit ligu Header Length (4)| Reserved (6)| Code Bits (6)] Window (16) Bytes
khi mat, kiém soät thú tu, Checksum (16) Urgent (16) |
kiém soát luóng Options (0 or 32 if any)

= Truyén file, email, duyét Data (varies)
web

% UDP

oKhông tin cáy (Connectionless)

overhead thap
oKhóng dam bao thit tur, khong có co | Source Port (16) Destination Port (16) : Là .
hae An las re À
che truyén lai hay kiém soät luong | Length (16) | Checksum (16) Y
o VoIP, video streaming, DNS, IoT Data (if
real-time ata (if any)

38. Cau hoi

1. Mét cam bién nhiét dó cóng nghiép thu thâp dû liéu va gúi dinh ky len mot hé
thông diéu khién trung tam thong qua mang Ethernet. Hay anh xa luóng truyén
dir liêu nay theo mó hinh TCP/IP va dé xuát giao thúc phü hop cho tung tang
chinh.

2. Trong mót hé théng SCADA, möt may tram HMI có thé ping duoc mót PLC
trong cling mang LAN nhung khóng thé doc duoc dû liéu diéu khién tir PLC.
Dua trén mó hinh TCP/IP, hay dé xuát quy trinh chán doán theo tüng tang va bién
phap khác phuc kha thi nhat.

39. Cau hoi te

3. Mot ky su mang can câu hinh router dé két nôi mót nha máy mói váo mang
WAN qua VPN site-to-site. Anh ta nhán tháy các gói tin Modbus/TCP di qua
VPN bi phan manh (fragmentation) va dó tré tang. Hay giai thich vai tro cua
MTU va MSS trong tinh huóng nay va dé xuát môt bién phap cáu hinh dé tôi uu
hoa hiéu suat.

4. Mot úng dung giam sat video trong nha may va möt úng dung diéu khién robot
cóng nghiép deu can truyén dé liéu qua mang Ethernet. Hay xác dinh giao thúc
tang Transport (TCP hay UDP) phü hop cho timg úng dung va giäi thich ly do
lua chon.

40. Cau hoi te

5. Mót ky su muón cau hinh dia chi IP cho 50 PLC trong môt phan xuóng str
dung dia chi mang 192.168.10.0/24. Tuy nhién, anh ta muón chia mang nay thanh
hai mang con nhó hon dé phan tach luu luong gitra hai day chuyén san xuát (mdi
day chuyén 25 PLC). Hay dé xuát cach chia subnet mask va cung cap day dia chi
IP kha dung cho moi mang con.

6. So sanh giao thúc TCP va UDP dua trén cac tiéu chi vé: dó tin cáy, dó tr&
(latency), jitter, va overhead. Phän tich úng dung cúa môi giao thirc trong möi
trudng truyén thong cóng nghiép (vi du: cáp nhát cáu hinh PLC vs dü liéu cam
bién thoi gian thuc).

41. Topic thao luán

1. Phan tich vai tró cúa các ting trong mó hinh OSI trong viéc dam bao tinh
toan ven va tin cay cúa dit liéu khi truyén qua mang.

Muc tiéu thao luán: Hiéu ró các co ché dam bao chat luong truyén dú liéu 6 các
táng khác nhau cúa mó hinh OSL

Cac diém chinh cán thao luán:

Các táng trong mó hinh

42. Topic thao luán

2. So sánh mó hinh OSI va TCP/IP vé cáu tric, chire nang cúa các tang
twong úng, va tinh úng dung thuc té.

Muc tiéu thao luán: Phan biét ró hai mó hinh kién trúc giao thúc nen tang trong
truyén thông dû liéu.

Cac diém chinh cán thao luán:
o Câu tric tang:
oChite ning cúa các ting tuong üng:
oTinh ung dung thuc té:

43. Topic thao luan

3. Trong möt tinh huóng chan doán sw có mang cóng nghiép (vi du: HMI
ping duoc PLC trong LAN nhung khong doc duoc dir liéu), hay sw dung mó
hinh OSI dé dua ra quy trinh chan doán theo ting tang va dé xuát bién
pháp khác phuc.

Muc tiéu thao luán: Ap dung kién thúc vé mó hinh OSI vao viéc chan doán va
khäc phuc sy có mang thuc té trong mói truöng cóng nghiép.

Cac diem chinh cán thao luán (theo tüng tang, dwa trên chuán doän)

44. Topic thao luán

4. Danh gia sw pha hop cúa các tang OSI vói các yêu cau cúa truyén thong
cóng nghiép hién dai, dác biét la trong böi cánh IIoT va Cóng nghiép 4.0.

Muc tiéu thao luán: Danh gia mic dó lien quan va hüu ich cua mó hinh OSI
trong viéc thiét ké va trién khai mang trong mói trudng cóng nghiép hién dai.

Cac diem chinh can thao luán:

45. Topic thao luán a

zum

5. Thich nghi cüa TCP/IP cho Truyén thong Cóng nghiép Thôi gian thuc
> Yéu cáu: Tháo luán vé nhüng thách thúc vá han ché cúa mó hinh TCP/IP tiéu chuán khi áp
dung vao các img dung cóng nghiép yéu cau thöi gian thuc nghiém ngát (hard real-time). Phan
tich cach các giao thúc Industrial Ethernet nhw EtherCAT, PROFINET IRT vá TSN giái quyét
nhüng han ché nay, va dánh gid múc dó ching van str dung hoác thich nghi TCP/IP.

> Diem thao luán goi y: ( thäch thie TCP/IP tiéu chuán, giai phäp, mite dó thich nghi)

6. Dam bao Dó tin cáy vá Kiém soát Lôi trong TCP/IP
> Yéu cau: Phan tich các co ché dam bao dó tin cay va kiém soát lôi duoc trién khai 6 cäc tang
khác nhau cúa mó hinh TCP/IP. So sánh hiéu qua cúa viéc kiém soät lôi 6 tang Transport
(TCP) vói các co ché 6 tang lién két dit liéu (vi du: CRC). Thao luán khi nao nén dia vao tüng
co ché va khi nao nen két hop chung trong mang cong nghiép.
> Diem thao luán goi ÿ: (co ché dam bao dó tin cáy trong TCP/IP, so sánh hiêu qua, két
hop?)

46. Topic thao luán

Tuong lai cúa TCP/IP trong NGN va Cong nghiép 4.0
o Yéu cau: Dánh gia vai tro va su tién hoa cúa TCP/IP trong bói cánh Mang Thé
he Moi (NGN) va Cóng nghiép 4.0. Thao luán vé cach TCP/IP dang duoc thich
nghi, mó róng hoác bé sung dé dap tng các yéu cau ngáy cang cao vé thöi gian
thuc, bao mat, kha nang mó róng, va tich hop voi cac dich vu dam máy trong
tuong lai.
o Diem thao luán goi y: