Mạng truyền thông công nghiệp là xương sống cho bất kỳ kiến trúc hệ thống tự động hóa nào vì nó cung cấp một phương tiện trao đổi dữ liệu một cách mạnh mẽ, với khả năng kiểm soát dữ liệu và tính linh hoạt để kết nối các thiết bị khác nhau. Với việc sử dụng các mạng truyền thông kỹ thuật số độc quyền trong các ngành công nghiệp trong thập kỷ qua đã dẫn đến việc cải thiện độ chính xác và tính toàn vẹn của tín hiệu kỹ thuật số đầu cuối.
Các mạng này, có thể là LAN (Mạng cục bộ, được sử dụng trong một khu vực hạn chế) hoặc WAN (Mạng diện rộng được sử dụng làm hệ thống toàn cầu) được kích hoạt để giao tiếp lượng lớn dữ liệu bằng cách sử dụng một số kênh giới hạn. Mạng công nghiệp cũng dẫn đến việc triển khai các giao thức truyền thông khác nhau giữa bộ điều khiển kỹ thuật số, thiết bị hiện trường, các công cụ phần mềm liên quan đến tự động hóa khác nhau và cả với các hệ thống bên ngoài.
Khi các hệ thống tự động hóa công nghiệp trở nên phức tạp với số lượng thiết bị tự động hóa nhiều hơn trên tầng điều khiển, ngày nay, xu hướng hướng tới các tiêu chuẩn kết nối Hệ thống Mở (OSI) cho phép kết nối và giao tiếp bất kỳ cặp thiết bị tự động hóa nào một cách đáng tin cậy với bất kể nhà sản xuất.
Với những tiến bộ trong công nghệ kỹ thuật số, công nghệ fieldbus hiện đang thống trị lĩnh vực tự động hóa vì nó cung cấp phương tiện truyền thông đa điểm mang lại hiệu quả về chi phí và tiết kiệm cáp dẫn. Sau đây là tổng quan về mạng truyền thông công nghiệp đóng một vai trò quan trọng trong các hệ thống điều khiển công nghiệp ngày nay.
Mạng truyền thông công nghiệp là gì?
Mạng truyền thông công nghiệp (Industrial Communication Network) hay mạng công nghiệp là một khái niệm chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp nhằm mục đích ghép nối các thiết bị công nghiệp giúp các thiết bị có thể giao tiếp được với nhau và kiến tạo thành một mạng lưới, một hệ thống đồng nhất có sự phân cấp và được kiểm soát chặt chẽ. Với các hệ thống truyền thông công nghiệp hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức, nhiều cấp khác nhau: từ các cảm biến, cơ cấu chấp hành (thuộc phân cấp hiện trường) cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.
Phân biệt mạng truyền thông công nghiệp và mạng viễn thông
Về cơ sở kỹ thuật, mạng công nghiệp và các hệ thống mạng viễn thông có rất nhiều điểm tương đồng, tuy nhiên cũng có những 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 công nghiệp.
- Đối tượng của mạng viễn thông bao gồm cả con người và thiết bị kỹ thuật, trong đó con 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 dữ liệu. Đối tượng của mạng công nghiệp thuần túy là các thiết bị công nghiệp, nên dạng thông tin được quan tâm duy nhất là dữ liệu.
- Các kỹ thuật và công nghệ được dùng trong mạng viễn thông rất phong phú, trong khi kỹ thuật truyền dữ liệu theo chế độ bit nối tiếp là đặc trưng của mạng công nghiệp.
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 những điểm giống nhau và khác nhau như sau:
- Kỹ thuật truyền thông số hay truyền dữ liệu là đặc trưng chung của cả hai 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 cấp 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 mạng máy tính thông thường, trong khi đó mạng máy tính thường đòi hỏi cao hơn về độ bảo mật.
- Mạng máy tính có phạm vi trải rộng rất khác nhau, ví dụ có thể nhỏ như mạng LAN cho một nhóm vài máy tính, hoặc rất 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.
Sự khác nhau trong phạm vi và mục đích sử dụng giữa các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp với các hệ thống mạng viễn thông và mạng máy tính dẫn đến sự khác nhau trong các yêu cầu về mặt kỹ thuật cũng như tính kinh tế.
Ví dụ: do yêu cầu kết nối nhiều nền máy tính khác nhau và cho nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, kiến trúc giao thức của các mạng máy tính phổ thông thường phức tạp hơn so với kiến trúc giao thức các mạng công nghiệp. Đối với các 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 luôn được đặt ra hàng đầu.
Vai trò của mạng truyền thông công nghiệp
Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt là bus trường để thay thế cách nối điểm-điểm cổ điển giữa các thiết bị công nghiệp mang lại hàng loạt những lợi ích như sau:
- Đơn giản hóa cấu trúc liên kết giữa các thiết bị công nghiệp: Một số lượng lớn các thiết bị thuộc các chủng loại khác nhau được ghép nối với nhau thông qua một đường truyền duy nhất.
- Tiết kiệm dây nối và công thiết kế, lắp đặt hệ thống: Nhờ cấu trúc đơn giản, việc thiết kế hệ thống trở nên dễ dàng hơn nhiều. Một số lượng lớn cáp truyền được thay thế bằng một đường duy nhất, giảm chi phí đáng kể cho nguyên vật liệu và công lắp đặt.
- Nâng cao độ tin cậy và độ chính xác của thông tin: Khi dùng phương pháp truyền tín hiệu tương tự cổ điển, tác động của nhiễu dễ làm thay đổi nội dung thông tin mà các thiết bị không có cách nào nhận biết.
- Nhờ kỹ thuật truyền thông số, không những thông tin truyền đi khó bị sai lệch hơn, mà các thiết bị nối mạng còn có thêm khả năng tự phát hiện lỗi và chẩn đoán lỗi nếu có. Hơn thế nữa, việc bỏ qua nhiều lần chuyển đổi qua lại tương tự-số và số-tương tự nâng cao độ chính xác của thông tin.
- Nâng cao độ linh hoạt, tính năng mở của hệ thống: Một hệ thống mạng chuẩn hóa quốc tế tạo điều kiện cho việc sử dụng các thiết bị của nhiều hãng khác nhau. Việc thay thế thiết bị, nâng cấp và mở rộng phạm vi chức năng của hệ thống cũng dễ dàng hơn nhiều. Khả năng tương tác giữa các thành phần (phần cứng và phần mềm) được nâng cao nhờ các giao diện chuẩn.
- Đơn giản hóa/tiện lợi hóa việc tham số hóa, chẩn đoán, định vị lỗi, sự cố của các thiết bị : Với một đường truyền duy nhất, không những các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu quá trình, mà còn có thể gửi cho nhau các dữ liệu tham số, dữ liệu trạng thái, dữ liệu cảnh báo và dữ liệu chẩn đoán. Các thiết bị có thể tích hợp khả năng tự chẩn đoán, các trạm trong mạng cũng có thể có khả năng cảnh giới lẫn nhau.
- Việc cấu hình hệ thống, lập trình, tham số hóa, chỉnh định thiết bị và đưa vào vận hành có thể thực hiện từ xa qua một trạm kỹ thuật trung tâm.Mở ra nhiều chức năng và khả năng ứng dụng mới của hệ thống.
- Sử dụng mạng truyền thông công nghiệp cho phép áp dụng các kiến trúc điều khiển mới như điều khiển phân tán, điều khiển phân tán với các thiết bị trường, điều khiển giám sát hoặc chẩn đoán lỗi từ xa qua Internet, tích hợp thông tin của hệ thống điều khiển và giám sát với thông tin điều hành sản xuất và quản lý công ty.
Phân loại các hệ thống mạng công nghiệp
Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp sản xuất.
Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông. Từ cấp điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ “bus” thường được dùng thay cho “mạng”, với lý do phần lớn các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic kiểu bus.
#1 Bus trường
Bus trường (fieldbus) là một khái niệm chung được dùng trong các ngành công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết bị ở cấp chấp hành, hay các thiết bị trường.
Các chức năng chính của cấp chấp hành là đo lường, truyền động và chuyển đổi tín hiệu trong trường hợp cần thiết.
Các thiết bị có khả năng nối mạng là các vào/ra phân tán (distributed I/O), các thiết bị đo lường (sensor, transducer, transmitter) hoặc cơ cấu chấp hành (actuator, valve) có tích hợp khả năng xử lý truyền thông.
Một số kiểu bus trường chỉ thích hợp nối mạng các thiết bị cảm biến và cơ cấu chấp hành với các bộ điều khiển, cũng được gọi là bus chấp hành/cảm biến. Trong công nghiệp chế tạo (tự động hóa dây chuyền sản xuất, gia công, lắp ráp) hoặc ở một số lĩnh vực ứng dụng khác như tự động hóa tòa nhà, sản xuất xe hơi, khái niệm bus thiết bị lại được sử dụng phổ biến.
Có thể nói, bus thiết bị và bus trường có chức năng tương đương, nhưng do những đặc trưng riêng biệt của hai ngành công nghiệp, nên một số tính năng cũng khác nhau. Tuy nhiên, sự khác nhau này ngày càng trở nên không rõ rệt, khi mà phạm vi ứng dụng của cả hai loại đều được mở rộng và đan chéo sang nhau.
Trong thực tế, người ta cũng dùng chung một khái niệm là bus trường. Do nhiệm vụ của bus trường là chuyển dữ liệu quá trình lên cấp điều khiển để xử lý và chuyển quyết định điều khiển xuống các cơ cấu chấp hành, vì vậy yêu cầu về tính năng thời gian thực được đặt lên hàng đầu. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong phạm vi từ 0,1 tới vài miligiây.
Trong khi đó, yêu cầu về lượng thông tin trong một bức điện thường chỉ hạn chế trong khoảng một vài byte, vì vậy tốc độ truyền thông thường chỉ cần ở phạm vi Mbit/s hoặc thấp hơn. Việc trao đổi thông tin về các biến quá trình chủ yếu mang tính chất định kỳ, tuần hoàn, bên cạnh các thông tin tham số hóa hoặc cảnh báo có tính chất bất thường.
Các hệ thống bus trường được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay là PROFIBUS, ControlNet, INTERBUS, CAN, WorldFIP, P-NET, Modbus và gần đây phải kể tới Foundation Fieldbus. DeviceNet, AS-i, EIB và Bitbus là một vài hệ thống bus cảm biến/chấp hành tiêu biểu có thể nêu ra ở đây.
#2 Bus hệ thống
Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ thống (system bus) hay bus quá trình (process bus). Khái niệm sau thường chỉ được dùng trong lĩnh vực điều khiển quá trình.
Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và trạm quan sát (có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên. Thông tin không những được trao đổi theo chiều dọc, mà còn theo chiều ngang.
Các trạm kỹ thuật, trạm vận hành và các trạm chủ cũng trao đổi dữ liệu qua bus hệ thống. Ngoài ra các máy in báo cáo và lưu trữ dữ liệu cũng có thể được kết nối qua mạng này.
Đối với bus hệ thống, tùy theo lĩnh vực ứng dụng mà đòi hỏi về tính năng thời gian thực có được đặt ra một cách ngặt nghèo hay không. Thời gian phản ứng tiêu biểu nằm trong khoảng một vài trăm miligiây, trong khi lưu lượng thông tin cần trao đổi lớn hơn nhiều so với bus trường. Tốc độ truyền thông tiêu biểu của bus hệ thống nằm trong phạm vi từ vài trăm kbit/s đến vài Mbit/s.
Khi bus hệ thống được sử dụng chỉ để ghép nối theo chiều ngang giữa các máy tính điều khiển, người ta thường dùng khái niệm bus điều khiển. Vai trò của bus điều khiển là phục vụ trao đổi dữ liệu thời gian thực giữa các trạm điều khiển trong một hệ thống có cấu trúc phân tán. Bus điều khiển thông thường có tốc độ truyền không cao, nhưng yêu cầu về tính năng thời gian thực thường rất khắt khe.
Do các yêu cầu về tốc độ truyền thông và khả năng kết nối dễ dàng nhiều loại máy tính, hầu hết các kiểu bus hệ thống thông dụng đều dựa trên nền Ethernet, ví dụ Industrial Ethernet, Fieldbus Foundation’s High Speed Ethernet (HSE), Ethernet/IP.
#3 Mạng xí nghiệp
Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát. Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ thuật, các giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh điều hành.
Ngoài ra, thông tin cũng được trao đổi mạnh theo chiều ngang giữa các máy tính thuộc cấp điều hành sản xuất, ví dụ hỗ trợ kiểu làm việc theo nhóm, cộng tác trong dự án, sử dụng chung các tài nguyên nối mạng (máy in, máy chủ,…).
Khác với các hệ thống bus cấp dưới, mạng xí nghiệp không yêu cầu nghiêm ngặt về tính năng thời gian thực. Việc trao đổi dữ liệu thường diễn ra không định kỳ, nhưng có khi với số lượng lớn tới hàng Mbyte. Hai loại mạng được dùng phổ biến cho mục đích này là Ethernet và Token-Ring, trên cơ sở các giao thức chuẩn như TCP/IP và IPX/SPX.
#4 Mạng công ty
Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của một công ty sản xuất công nghiệp. Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện phạm vi và hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ thuật.
Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch vụ truy cập Internet và thương mại điện tử, v.v…
Hình thức tổ chức ghép nối mạng, cũng như các công nghệ được áp dụng rất đa dạng, tùy thuộc vào đầu tư của công ty. Trong nhiều trường hợp, mạng công ty và mạng xí nghiệp được thực hiện bằng một hệ thống mạng duy nhất về mặt vật lý, nhưng chia thành nhiều phạm vi và nhóm mạng làm việc riêng biệt.
Mạng công ty có vai trò như một đường cao tốc trong hệ thống hạ tầng cơ sở truyền thông của một công ty, vì vậy đòi hỏi về tốc độ truyền thông và độ an toàn, tin cậy đặc biệt cao. Fast Ethernet, FDDI, ATM là một vài ví dụ công nghệ tiên tiến được áp dụng ở đây trong hiện tại và tương lai.
Giao thức truyền thông mạng công nghiệp thường được sử dụng
Có nhiều mạng truyền thông khác nhau được thiết kế để kết nối các thiết bị công nghiệp và các mô-đun I/O khác nhau. Chúng được mô tả dựa trên các giao thức nhất định. Giao thức là một tập hợp các quy tắc được sử dụng trong giao tiếp giữa hai hoặc nhiều thiết bị. Dựa trên các giao thức này, mạng truyền thông được phân thành nhiều loại. Một số tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp phổ biến và thông dụng được giới thiệu sau đây.
Giao tiếp nối tiếp
Giao tiếp nối tiếp là hệ thống truyền thông giao tiếp cơ bản được cung cấp cho hầu hết các bộ điều khiển như PLC. Giao tiếp này được thực hiện bằng cách sử dụng các tiêu chuẩn giao thức như RS232, RS422 và RS485. Từ viết tắt RS là viết tắt của “Recommended Standard” chỉ định các đặc tính truyền thông nối tiếp về các tính năng điện, cơ và chức năng.
Các giao diện giao tiếp nối tiếp được tích hợp sẵn trong CPU hoặc có thể là một mô-đun giao tiếp riêng biệt. Các giao diện RS này chủ yếu được sử dụng để truyền dữ liệu với tốc độ cao giữa PLC và thiết bị từ xa. Ví dụ như: đầu đọc mã vạch, thiết bị đầu cuối, vision.
Giao tiếp nối tiếp RS-232 được thiết kế để hỗ trợ một máy phát và một máy thu và do đó nó cung cấp giao tiếp giữa một bộ điều khiển và một máy tính. Chiều dài cáp tối đa phải lên đến 50 feet. Chuẩn giao tiếp nối tiếp RS 422 (1Tx, 10 Rx) và RS485 (32Tx, 32 Rx) được thiết kế để giao tiếp giữa một máy tính và nhiều bộ điều khiển. Các tiêu chuẩn này được giới hạn ở độ dài 1650 feet (đối với RS422) và 650 feet (đối với RS485).
HART
HART là từ viết tắt của “Highway Addressable Remote Transducer”. Nó là một giao thức mạng điều khiển quá trình mở, chồng tín hiệu truyền thông kỹ thuật số lên đầu các tín hiệu 4-20mA bằng cách sử dụng kỹ thuật Bell 202 Frequency Shift Keying (FSK).
Đây là mạng truyền thông duy nhất tạo điều kiện cho cả truyền dẫn tín hiệu số & tương tự và hai chiều cùng một lúc bằng cùng một hệ thống dây dẫn, và do đó các mạng này còn được gọi là mạng lai. 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 quy trình bổ sung khác.
Mạng HART hoạt động ở chế độ điểm-điểm hoặc đa điểm. Trong chế độ điểm-điểm, tín hiệu dòng điện 4-20 mA được sử dụng để điều khiển quá trình trong khi tín hiệu HART vẫn không bị ảnh hưởng. Mạng Multidrop HART được sử dụng khi các thiết bị có khoảng cách rộng rãi. Các thiết bị trường thông minh đa biến tương thích với HART được sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Mạng truyền thông HART được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng SCADA.
DeviceNet
DeviceNet là một mạng cấp thiết bị mở dựa trên công nghệ CAN. Nó được thiết kế để giao tiếp các thiết bị cấp trường (như cảm biến, công tắc, đầu đọc mã vạch, màn hình, v.v.) với bộ điều khiển cấp cao hơn (như PLC) với việc áp dụng duy nhất giao thức CAN cơ bản. Nó có thể hỗ trợ lên đến 64 nút và hỗ trợ tổng cộng 2048 thiết bị.
DeviceNet làm giảm chi phí mạng bằng cách tích hợp tất cả các thiết bị trên một cáp bốn dây mang cả dây dẫn dữ liệu và nguồn. Nguồn điện trên mạng cho phép các thiết bị được cấp nguồn trực tiếp từ mạng và do đó nó làm giảm các điểm kết nối vật lý. Mạng này được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp ô tô và bán dẫn.
ControlNet
ControlNet là một mạng điều khiển mở, sử dụng Giao thức Công nghiệp Chung (CIP) để kết hợp chức năng của mạng peer-to-peer và mạng I/O và cung cấp hiệu suất tốc độ cao. Mạng này là sự kết hợp của Data Highway Plus (DH +) và Remote I/O. Nó được sử dụng để truyền dữ liệu thời gian thực của dữ liệu quan trọng về thời gian cũng như không quan trọng về thời gian giữa các I/O hoặc bộ xử lý trên cùng một mạng.
Nó có thể giao tiếp lên đến tối đa 99 nút với tốc độ truyền dữ liệu là năm triệu bit mỗi giây. Nó được thiết kế để sử dụng trên cả cấp độ thiết bị và cấp trường của hệ thống tự động hóa công nghiệp. Nó cung cấp phương tiện và phương tiện truyền thông dự phòng ở tất cả các nút của mạng.
Modbus
Modbus là một giao thức hệ thống mở có thể chạy trên nhiều lớp vật lý khác nhau. Nó là giao thức được sử dụng rộng rãi nhất trong các ứng dụng điều khiển công nghiệp. Nó là một kỹ thuật giao tiếp nối tiếp cung cấp mối quan hệ master/slave để giao tiếp giữa các thiết bị được kết nối trên mạng. Nó có thể được thực hiện trên bất kỳ phương tiện truyền dẫn nào, nhưng được sử dụng phổ biến nhất với RS232 và RS485.
Modbus nối tiếp với RS232 hoặc RS485 (như các lớp vật lý) tạo điều kiện kết nối các thiết bị Modbus với bộ điều khiển (như PLC) trong một cấu trúc bus. Nó có thể giao tiếp giữa một master và một số slave lên đến 247 với tốc độ truyền dữ liệu 19,2 kbits/s.
Phiên bản Modbus TCP/IP mới hơn sử dụng Ethernet làm lớp vật lý tạo điều kiện trao đổi dữ liệu giữa các PLC trong các mạng khác nhau. Không phân biệt loại mạng vật lý, nó tạo điều kiện thuận lợi cho một phương pháp truy cập và điều khiển thiết bị này bởi thiết bị khác.
Profibus
Profibus là một trong những mạng trường mở nổi tiếng và được triển khai rộng rãi. Các mạng này chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực tự động hóa quy trình và tự động hóa nhà máy. Nó phù hợp nhất cho các tác vụ giao tiếp phức tạp và các ứng dụng quan trọng về thời gian. Có ba phiên bản khác nhau của Profibus là Profibus-DP (Decentralized Periphery), Profibus-PA (Process Automation) và Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification).
Profibus-DP là một tiêu chuẩn giao tiếp fieldbus mở sử dụng giao tiếp master/slave giữa các thiết bị mạng. Nó sử dụng công nghệ truyền dẫn RS485 hoặc cáp quang làm phương tiện truyền thông lớp vật lý. Nó chủ yếu được sử dụng để cung cấp giao tiếp giữa các bộ điều khiển và I/O phân tán ở cấp thiết bị.
Profibus-PA được thiết kế đặc biệt để tự động hóa quy trình. Mạng Profibus-PA được khuyến nghị sử dụng trong các khu vực an toàn. Các mạng này cho phép các cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển kết nối với một bus chung duy nhất, cung cấp truyền thông dữ liệu và cấp nguồn qua bus. Các mạng này sử dụng lớp vật lý Manchester Bus Powered (MBP) dựa trên tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158-2.
Profibus-FMS là một định dạng nhắn tin multimaster hoặc peer-to-peer cho phép các đơn vị chính giao tiếp với nhau. Đây là một giải pháp có mục đích chung thực hiện các tác vụ giao tiếp ở cấp độ điều khiển, đặc biệt là ở cấp độ phân chia lại thành phần để tạo điều kiện giao tiếp giữa các PC chính.
Thông thường, FMS và DP được sử dụng đồng thời ở chế độ COMBI trong các trường hợp PLC đang được sử dụng cùng với PC. Trong trường hợp này, thiết bị chính giao tiếp với thiết bị chính thông qua FMS trong khi DP truyền dữ liệu điều khiển trên cùng một mạng tới các thiết bị I/O.
Foundation Field Bus
Nó là một tiêu chuẩn fieldbus mở được thiết kế đặc biệt để đáp ứng các yêu cầu quan trọng trong môi trường an toàn. Nó là một loại mạng LAN cho các thiết bị và bộ điều khiển tương thích fieldbus nền tảng được sử dụng trong các ngành sản xuất và chế biến. Nó là một tiêu chuẩn giao thức kỹ thuật số, hai chiều được xác định bởi lớp vật lý IEC 61158-2 an toàn (đối với FF H1) và tương thích với thiết bị Ethernet (đối với FF HSE). Ba loại mạng FF bao gồm H1 tốc độ thấp, H2 tốc độ cao và HSE Ethernet tốc độ cao.
Mạng H1 hỗ trợ tốc độ 31,25 kbps. Mạng H2 hỗ trợ hai tốc độ là 1,0 Mbps và 2,5 Mbps. Mạng HSE hỗ trợ tốc độ 10 hoặc 100 Mbps vì nó sử dụng giao thức Ethernet.
Trên đây, MESIDAS GROUP đã chia sẻ tổng quan cho các bạn về mạng truyền thông công nghiệp. Chúng tôi hy vọng với những kiến thức mà chúng tôi chia sẻ sẽ giúp ích cho bạn trong quá trình nghiên cứu, học tập và làm việc. Xin cảm ơn!
Nguồn tham khảo chính: Mạng truyền thông công nghiệp, Hoàng Minh Sơn