Mạng truyền thông công nghiệp, còn được gọi là IIoT [Industrial Internet of Things] đề cập đến việc kết nối và tự động hóa các thiết bị và hệ thống trong môi trường công nghiệp thông qua mạng internet, mang lại sự linh hoạt và hiệu suất cao cho các quy trình sản xuất và vận hành. Mạng truyền thông công nghiệp là sự kết hợp giữa công nghệ và công nghiệp, tạo nên một mạng lưới kết nối thông minh giữa các thiết bị, máy móc và quy trình trong công nghiệp sản xuất. IIoT mang lại nhiều lợi ích quan trọng như tăng hiệu suất, giảm chi phí, cải thiện an toàn lao động và thúc đẩy sự đổi mới. Với khả năng kết nối và phân tích dữ liệu, IIoT đóng vai trò quan trọng trong việc nâng cao sự cạnh tranh và phát triển bền vững trong ngành công nghiệp hiện đại.
Các chuẩn truyền thông công nghiệp có tính tương thích và tính linh hoạt cao, cho phép các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau được kết nối với nhau một cách dễ dàng và hiệu quả. Tuy nhiên, việc chọn chuẩn truyền thông phù hợp cho mỗi ứng dụng cụ thể là rất quan trọng để đảm bảo sự tương thích và hiệu quả của hệ thống.
Mạng truyền thông công nghiệp là gì?
Mạng truyền thông công nghiệp là một 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 phố biến hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
Các cơ chế điều khiển quan trọng được sử dụng trong linh vực tự động hóa công nghệ bao gồm:
-Bộ điều khiển kogic lập trình [PCL].
-Hệ thống điều khiển phân tán [DCS].
-Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu [SCADA].
Tất cả các yếu tố này liên quan đến các thiết bị hiện trường, thiết bị thông minh, PC điều khiển giám sát, bộ điều khiển I/O phân tán và bộ hiển thị HMI.
Để có thể kết nối và cho phép giao tiếp giữa các thiết bị này, cần có một mạng lưới hoặc sơ đồ truyền thông mạnh mẽ và hiệu quả hơn. Chúng khác biệt khá nhiều so với các mạng doanh nghiệp truyền thống. Các mạng truyền thông công nghiệp này tạo thành một đường dẫn liên lạc giữa các thiết bị hiện trường, bộ điều khiển và PC.
Các Mạng truyền thông trong công nghiệp hiện nay
1: Mạng truyền thông công nghiệp Modbus
Modbus là một giao thức hệ thống mở có thể chạy trên nhiều lớp vật lý. Nó là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp.
Đây là một kỹ thuật giao tiếp nối tiếp cung cấp mối quan hệ chủ/tớ để giao tiếp giữa các thiết bị được kết nối trên mạng. Nó có thể được thực hiện trên bất kỳ cáp truyền dẫn nào, nhưng được sử dụng phổ biến nhất với 2 loại cáp:RS232 và RS485.
Modbus nối tiếp với RS232 hoặc RS485 [dưới dạng các lớp vật lý] tạo điều kiện kết nối các thiết bị trên mạng Modbus với bộ điều khiển [như PLC]. Nó có thể giao tiếp giữa một chủ và lên tới 247 tớ với tốc độ truyền dữ liệu là 19,2 kbits/s.
Một phiên bản mới hơn của Modbus RCP/IP sử dụng Ethernet làm lớp vật lý tạo điều kiện trao đổi dữ liệu giữa các PLC trong các mạng khác nhau. Nó không phân biệt loại mạng, luôn tạo điều kiện cho một phương thức truy cập và kiểm soát một thiết bị này bằng một thiết bị khác.
2: Mạng truyền thông công nghiệp Profibus
Profibus là một trong những mạng truyền thông mở nổi tiếng và
được triển khai rộng rãi. Các mạng này chủ yếu được sử dụng trong các lình vực tự động hóa quá trình và tự động hóa nhà máy. Nó phù hợp nhất cho các nhiệm vụ giao tiếp phức tạp và các ứng dụng quan trọng về thời gian.
Profibus có 3 phiên bản khác nhau là:
- PROFIBUS DP: là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân tán. PROFIBUS DP được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng như hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần. Profibus DP truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbp -12 Mbp trong phạm vi từ 100-1200m. Nó là PROFIBUS hoạt động trên giao diện RS485 chuẩn và đã được bổ sung một số đặc điểm để phù hợp với các ứng dụng quá trình như đọc/ghi dữ liệu quá trình không theo chu kì, truyền trạng thái thiết bị, cấp nguồn trên bus và an toàn nội tại. PROFIBUS DP được thiết kế để truyền dữ liệu tốc độ cao tại cấp thiết bị. Trong trường hợp này, các bộ điều khiển trung tâm [PLC, PC] giao tiếp với các thiết bị hiện trường phân tán của chúng [I/O, drive, van…] qua một liên kết nối tiếp tốc độ cao. Hầu hết quá trình truyền dữ liệu với các thiết bị phân tán này được thực hiện theo chu kì.
- PROFIBUS PA: là một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. PROFIBUS PA truyền thông với tốc độ 31,25 Kbp với phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn. Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng Intrinsically Safe.
- PROFIBUS FMS: là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.
3: Mạng truyền thông công nghiệp DeviceNet
Đây là dạng mạng bus hệ thống mở được phát triển dựa trên công nghệ CAN. Mạng này được thiết kế để kết nối các thiết bị cấp chấp hành [như cảm biến, công tắc, màn hình bảng điều khiển, đầu đọc mã vạch,..] với bộ điều khiển cấp cao hơn [như PLC] qua nền tảng giao thức CAN. Giao thức này có thể hỗ trợ tối đa 2048 thiết bị và tới 64 điểm.
Ưu điểm của giao thức này là giảm chi phí đường dây bằng cách tích hợp tất cả các thiết bị trên cáp bốn dây. Bao gồm cả dữ liệu và nguồn cấp. Nguồn cấp này có thể cấp trực tiếp cho các thiết bị chấp hành luôn. Do đó nó làm giảm các điểm kết nối vật lý.
4: Mạng truyền thông công nghiệp ProfiNet [Process Field Net]
Profinet hay thường được viết thành là PROFINET là từ viết tắt cho cụm Process Field Net. Đây là một tiêu chuẩn kỹ thuật công nghiệp để thực hiện việc truyền dữ liệu qua Ethernet công nghiệp. Mục đích thiết kế để thu thập dữ liệu từ, điều khiển thiết bị trong các hệ thống công nghiệp. Chúng có sức mạnh đặc biệt trong việc cung cấp dữ liệu trong điều kiện hạn chế về thời gian chặt chẽ [theo thứ tự là 1ms trở xuống]. Tiêu chuẩn này được duy trì và hỗ trợ bởi PROFIBUS & PROFINET International [PI]. Đó là một tổ chức có trụ sở tại Karlsruhe của nước Đức.
Ưu điểm của loại truyền thông profinet:
- Hiệu năng: Tự động hóa ở mọi thời gian thực.
- An toàn trong mọi điều kiện
- Thực hiện phân tích nhanh chóng và khả năng xử lý vấn đề hiệu quả
- Đầu tư hiệu quả: trong việc tích hợp liền mạch nhiều hệ thống fieldbus.
5: Mạng truyền thông công nghiệp – truyền thông HART
HART là một giao thức mạng điều khiển quá trình mở, có thể truyền tín hiệu truyền thông kỹ thuật số trên cùng một đường truyền với các tín hiệu 4-20mA.
Đây là mạng truyền thông duy nhất tạo điều kiện cho cả giao tiếp kỹ thuật số – tương tự hai chiều cùng một lúc trên cùng một hệ thống dây, do đó mạng truyền thông công nghiệp HART này còn được gọi là mạng lai. Các tín hiệu số này được gọi là tín hiệu HART mang thông tin chẩn đoán, cấu hình thiết bị, hiệu chuẩn và các phép đo khác.
Mạng HART hoạt động ở chế độ đa điểm hoặc điểm – điểm:
+Mạng truyền thông HART đa điểm được sử dụng khi các thiết bị được đặt cách xa nhau. Các thiết bị trường thông minh đa biến tương thích HART được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp.
+Trong chế độ điểm-điểm, tín hiệu dòng 4-20mA được sử dụng để điều khiển quá trình trong khi tín hiệu HART vẫn không bị ảnh hưởng.