NỘI DUNG CHÍNH
Tìm hiểu về các giao thức truyền thông trong hệ thống mạng công nghiệp
Mạng truyền thông trong công nghiệp được thiết kế với các hệ thống phù hợp và thuận lợi cho việc kết nối các thiết bị công nghiệp và các mô-đun I/O khác nhau. Những kết nối này được mô tả dựa trên các giao thức nhất định (Industrial Communications). Giao thức truyền thông công nghiệp là một khái niệm bao gồm một tập hợp các quy tắc được sử dụng trong giao tiếp giữa hai hay nhiều thiết bị công nghiệp. Dựa trên việc sử dụng các giao thức khác nhau, mạng truyền thông công nghiệp được phân thành nhiều loại. Chúng ta cùng tìm hiểu về giao thức, giao tiếp và tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp qua bài viết này.
Giao tiếp nối tiếp RS232, RS422, RS485
Giao tiếp nối tiếp sử dụng các tiêu chuẩn RS232, RS422 và RS485 là hệ thống truyền thông giao tiếp cơ bản được cung cấp cho hầu hết các bộ điều khiển công nghiệp PLC. RS (Recommended Standard) để chỉ định các đặc tính, các tính năng điện, cơ và chức năng của truyền thông nối tiếp.
Chuẩn giao tiếp RS-232 được thiết kế để hỗ trợ cho một máy phát và một bộ thu (giao tiếp giữa một bộ điều khiển và một máy tính) Chiều dài cáp truyền tín hiệu tối đa của RS232 lên đến 50ft. Chuẩn giao tiếp nối tiếp RS422 (1Tx, 10 Rx) và RS485 (32 Tx, 32 Rx) được thiết kế để giao tiếp, kết nối cho một máy tính với nhiều bộ điều khiển. Giới hạn độ dài truyền tín hiệu là 1650ft với RS422 và 650ft đối với RS485.
Giao diện của giao tiếp nối tiếp được tích hợp sẵn trong CPU hoặc module giao tiếp riêng biệt. Các giao diện RS chủ yếu được sử dụng để truyền dữ liệu với tốc độ cao giữa bộ PLC và thiết bị điều khiển từ xa.
Quý khách tham khảo dây truyền tín hiệu RS485 tại đây: Cáp tín hiệu modbus chuẩn RS485
Giao thức Modbus
Modbus là một hệ thống mở, giao thức này có thể hoạt động trên nhiều lớp vật lý khác nhau và 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 liên kết master/slave để tạo thành giao tiếp giữa các thiết bị được kết nối trên hệ thống mạng nội bộ (LAN). Giao thức modbus được sử dụng phổ biến với chuẩn RS232 và RS485.
Modbus nối tiếp theo chuẩn RS232 hoặc RS485 tạo kết nối các thiết bị với bộ điều khiển trong một cấu trúc bus. Giao tiếp giữa một master và một số slave lên đến 247 với tốc độ truyền dữ liệu 19,2 kbits/s.
Giao thức Modbus TCP/IP tạo điều kiện trao đổi dữ liệu giữa các PLC trong các mạng khác nhau, không phân biệt loại mạng vật lý, tạo điều kiện thuận lợi cho một phương pháp truy cập và điều khiển thiết bị này bởi thiết bị khác.
>>Xem sản phẩm: Cáp RS485 2 sợi 24AWG
Giao thức Profibus
Profibus là một trong những mạng trường mở ứng dụng phổ biến trong hệ thống truyền thông công nghiệp. Giao thức Profilebus chủ yếu được sử dụng trong các lĩnh vực tự động hóa. Phù hợp cho các tác vụ giao tiếp phức tạp và các ứng dụng quan trọng về thời gian. Ba phiên bản giao thức Profibus là: Profibus-DP (Decentralized Periphery), Profibus-PA (Process Automation) và Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification).
+ Profibus-PA: được thiết kế chuyên biệt cho tự động hóa quy trình, cho phép các cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển kết nối với nhau trên một bus chung duy nhất (truyền dữ liệu và cấp nguồn qua bus). Profibus-PA sử dụng lớp vật lý Manchester Bus Powered (MBP) dựa trên tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158-2.
>>Tham khảo: Cáp Profibus PA
+ Profibus-DP: là một tiêu chuẩn giao tiếp fieldbus mở sử dụng giao tiếp master/slave giữa các thiết bị mạng, chủ yếu được sử dụng để cung cấp giao tiếp giữa các bộ điều khiển và I/O ở cấp thiết bị. Công nghệ truyền dẫn bằng cáp tín hiệu theo chuẩn RS485 hoặc cáp sợi quang làm phương tiện truyền thông.
+ 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 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.
>>Tìm hiểu thêm về cáp tín hiệu sử dụng trong giao thức Profibus: Các loại cáp Profibus
Giao thức Profibus-FMS và Profibus-DP thường được sử dụng đồng thời ở chế độ COMBI trong các trường hợp bộ kiều khiển PLC 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.
Giao thức Foundation Field Bus
Đây là giao thức tiêu chuẩn fieldbus mở được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu quan trọng trong môi trường an toàn. Là mạng nội bộ (LAN) cho bộ điều khiển và các thiết bị tương thích fieldbus sử dụng phổ biến trong các ngành sản xuất và chế biến.
Foundation Field Bus 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 tốc độ 1,0 Mbps và 2,5 Mbps. Mạng HSE hỗ trợ tốc độ 10 Mbps hoặc 100 Mbps.
Giao thức HART
HART (viết tắt tiếng Anh của: “Highway Addressable Remote Transducer”) là 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 giao thức mạng truyền thông duy nhất có khả năng truyền dẫn tín hiệu số & tương tự và hai chiều cùng một lúc bằng một hệ thống dây tín hiệu. Tín hiệu số này được gọi là tín hiệu HART mang thông tin chẩn đoán, cấu hình thiết bị, hiệu chẩn và các phép đo quy trình bổ sung khác.
Mạng HART hoạt động ở chế độ điểm-điểm hoặc đa điểm. Mạng Multidrop HART được sử dụng khi các thiết bị được lắp đặt, thiết kế trên phạm vi rộng. Các thiết bị trường thông minh đa biến tương thích với HART được sử dụng rộng rãi công nghiệp. Mạng truyền thông HART được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng SCADA.
Giao thức DeviceNet
DeviceNet là hệ thống mạng cấp thiết bị mở dựa trên công nghệ CAN. Được thiết kế để tạo giao tiếp giữa các thiết bị cấp trường (cảm biến, công tắc, đầu đọc mã vạch, màn hình,…) với bộ điều khiển cấp cao hơn (PLC). Giao thức DeviceNet hỗ trợ lên đến 64 nút và hỗ trợ tổng cộng 2048 thiết bị.
DeviceNet có ưu điểm giảm chi phí mạng bằng việc tích hợp tất cả các thiết bị trên một cáp truyền dẫn bốn dây có chức năng truyền dữ liệu và cấp nguồn. Nguồn điện được cấp trực tiếp từ mạng giúp giảm các điểm kết nối vật lý. Mạng này được sử dụng phổ biến trong các ngành công nghiệp ô tô và bán dẫn.
Giao thức ControlNet
ControlNet là một mạng điều khiển mở, sử dụng giao thức công nghiệp (CIP) để kết hợp chức năng của mạng peer-to-peer và mạng I/O với hiệu suất, tốc độ cao. ControlNet sự kết hợp của Data Highway Plus (DH +) và Remote I/O được sử dụng để truyền dữ liệu quan trọng về thời gian thực giữa các I/O hoặc bộ xử lý trên cùng một mạng.
Giao thức ControlNet có khả năng giao tiếp lên đến tối đa 99 nút với tốc độ truyền dữ liệu là 5 triệu bit/giây. Mạng thiết kế với mục đích sử dụng trên cả cấp độ thiết bị và cấp trường của hệ thống tự động hóa công nghiệp. Có khả năng cung cấp các phương tiện truyền thông và phương tiện dự phòng ở tất cả các nút của mạng.
