Giải pháp mạng công nghiệp Ethernet, Profitnet, Prifibus, Modbus, Wireless...

Thời điểm để thay đổi

Từ PROFIBUS đến PROFINET

Profinet là sự tiến bộ và động lực thúc đẩy của nhiều nhà sản xuất máy móc, tích hợp hệ thống, và người dùng phải đặt câu hỏi: Chúng ta có nên thay đổi hoặc nên chờ đợi sự thay đổi? Một quá trình chuyển đổi theo từng bước từ Profibus và kết quả của sự kết hợp có thể thấy ngay lập tức, tích hợp các điều chỉnh. Và: Profibus sẽ tiếp tục vận hành.

Với hơn 31 triệu nút cài đặt trên tất cả các ngành công nghiệp, Profibus đã hoàn thiện hơn 20 năm qua để trở thành hệ thống fieldbus thành công nhất trên thế giới. Nó đã được phát triển liên tục hơn nữa như là một nền tảng tiêu chuẩn Profibus & Profinet quốc tế (PI) và di chuyển cùng với sự hợp tác với các nhà sản xuất tự động hóa hàng đầu thế giới cùng các sản phẩm đa dạng của họ. Bắt đầu với phòng ban/ IT thế giới, công nghệ Ethernet công nghiệp đã phát triển nhiều hơn trong vài năm qua và là một nền tảng tích hợp hệ thống hiệu quả, có nghĩa là càng nhiều người dùng muốn cài đặt Profibus với:

• Giao tiếp không dây cũng như giao tiếp an toàn (Tích hợp tính năng an toàn)
• Nhiều hơn một Master trên cùng một phần bus
• Tính năng máy chủ Web.
• Cài đặt báo hiệu điện
• Nhiều hơn 126 nút kết nối trên cùng một bus
• Đồ hoạ trực quan và tự động phát hiện cấu trúc liên kết
• Giải quyết tự động các vấn đề thông qua danh xưng, tên gọi
• Tốc độ truyền cao ở khoảng cách xa, không cần các bộ khuếch đại riêng biệt, và không cần phải quan tâm về tốc độ, sự thích nghi, sự phán xạ, sự va chạm….
• Truyền tải khối lượng lớn dữ liệu (ví dụ như hình ảnh, cơ sở dữ liệu, tập tin) trên cùng 1 cáp dẫn
• Dễ dàng quản lý năng lượng
• Có toàn bộ quyền truy cập vào mạng, bao gồm cả truy cập từ xa Profinet xuất hiện như hậu quả hợp lý của sự tiến hóa công nghệ và công việc phát triển của PI. Đây là tiêu chuẩn mới, kết hợp những ưu điểm của cả hai lĩnh vực

Profinet cũng đã từ lâu đã được thành lập và được chấp nhận trên toàn thế giới, tương đương với hơn 3.000.000 nút cài đặt trong một loạt các ngành công
nghiệp và các lĩnh vực. Có nhiều lý do: Ngoài các chức năng đã được chứng minh của Profibus, Profinet cũng cung cấp một loạt các đặc tính mới, qua đó mở rộng tùy chọn và lợi thế hỗ trợ cho các kỹ sư cơ khí, kỹ sư nhà máy, và thậm chí cả các nhà khai thác trong việc đạt được mục tiêu của họ. Với so sánh về sự thân thiện với người dùng và sự phổ biến (Hình 2), Profinet đặt ngoài Profibus đặc biệt là do sự linh hoạt đáng kể của nó, mở rộng tùy chọn chẩn đoán, và tăng hiệu suất (xem bảng 3).

Khái niệm truyền thông mới

Công nghệ Profinet cho phép các khái niệm truyền thông mới, sáng tạo và  inh hoạt trong giao tiếp công nghiệp. Ví dụ, liên kết thừa có sẵn mà không có các thiết bị chuyển mạch bổ sung bằng cách sử dụng Media Redundancy Protocol (MRP) hoặc truyền thông không dây (cũng không an toàn bằng cách sử dụng tính năng PROFIsafe) giữa các đơn vị nhà máy và/hoặc các thiết bị HMI. Các chức năng thiết bị chung cho phép một thiết bị hoặc ổ đĩa được kết nối đến một vài điều khiển, mà dễ dàng cho mở rộng về sau và mang lại hiệu quả về chi phí. Chức năng I-Device kết hợp một bộ điều khiển có khả năng PN vào bộ điều khiển và thiết bị thông minh, nó có thể giao tiếp giống như một bộ điều khiển với các thiết bị cấp thấp hơn và ở mặt khác là với bộ điều khiển cao cấp hơn. Profinet có ưu điểm về mặt kinh tế, tiết kiệm năng lượng bởi vì thiết bị này có thể được tự động tắt trong thời gian nghỉ không hoạt động hiệu quả và vận hành trở lại trong thời gian sử dụng chức năng Profienergy. Các nhà lãnh đạo về công nghệ của các ngành công nghiệp dựa nhiều vào Profinet cho máy móc của họ và cũng có thể trong phạm vi dự án quy mô lớn.

Ví dụ, các thành phần tự động hóa khác nhau, bao gồm robot, giao tiếp thông qua Profinet trong hai nhà máy lớn nhất thế giới và hiện đại nhất để sản xuất các mô-đun năng lượng mặt trời. Trường hợp này, yếu tố quyết định không phải là kích thước của mạng, mà là sự hội nhập và hiệu suất. Chi phối bởi các yêu cầu không ngừng gia tăng của tự động hóa sản xuất, số lượng của các thành phần tự động hóa với chức năng Profinet không ngừng phát triển. PI và các bộ điều khiển công nghệ từ ngành công nghiệp tự động hóa thúc đẩy sự phát triển của các thiết bị mới Profinet, ví dụ như với bộ dụng cụ phát triển và hỗ trợ. Số lượng các thiết bị có khả năng Profinet ngày càng tăng nhanh và từ lâu đã được hỗ trợ một loạt các cấu trúc tự động hóa trong một loạt các ngành công nghiệp. Từ ngành công nghiệp thực phẩm và nước giải khát đến sản xuất thép, từ năng lượng điện đến nước, và từ in ấn cho đến hậu cần. Các danh mục đầu tư Profinet cung cấp tất cả mọi thứ cho các giải pháp tích hợp. Nó bao gồm giữa các PLC và các hệ thống điều khiển chuyển động với nhiều đặc trưng khác nhau, thiết bị IO, bộ điều khiển, khởi động động cơ, hệ thống đo lường, thiết bị HMI, hệ thống nhận dạng và hệ thống đọc, khớp nối các mô-đun và công nghệ an ninh mạng

Về vấn đề “khởi động mềm” – Profibus tiếp tục được sử dụng

Thế giới Profinet có thể đáp ứng bất kỳ yêu cầu kỹ thuật nào và mở ra một loạt các tùy chọn để tối ưu hóa chi phí trong việc xem xét tổng thể. Ví dụ, các hệ thống hiện có dựa trên Profibus DP có thể dễ dàng được đưa đến các tiêu chuẩn như một tổng thể. Ưu điểm chính của Profinet, tiêu chuẩn công nghiệp mở Ethernet, xử lý dữ liệu, an toàn dữ liệu, dữ liệu chính xác, dữ liệu chẩn đoán, và dữ liệu như TCP/ IP bình thường được truyền qua một cáp giống nhau, đã đơn giản hóa cài đặt và quản lý. Kỹ sư thực hiện bằng cách sử dụng các công cụ tương tự như đối với Profibus và nó không yêu cầu thêm bất kỳ chuyên môn nào. Các thủ tục được biết đến, có nghĩa là không cần thiết đào tạo hoặc làm quen lại từ đầu. Nó không cần thay đổi chương trình người sử dụng khi chuyển đổi từ Profibus để Profinet. Để kết nối các hệ thống fieldbus khác (ví dụ như CAN bus, Interbus, …), có một số proxy, bản đồ fieldbus trên Profinet. Chúng được xác định chính xác các thông số kỹ thuật Profinet và cũng tiêu chuẩn hóa, tức là không có giải pháp đặc biệt cụ thể. Nói một cách chính xác, có thể sử dụng các thành phần Profibus trên các máy sử dụng Profinet, trong trường hợp cá biệt là Profibus DP chưa có sẵn trong phiên bản Profinet. Chuyển đổi có thể là “mềm”. Có những lựa chọn khác nhau cho việc này trên thị trường, chẳng hạn như cổng đặc biệt cho các thiết bị truyền động và cảm biến. Điều quan trọng cần biết: Ngay cả khi Profibus đã đạt đến giới hạn của nó theo quan điểm công nghệ và dự kiến sẽ không có phát triển hơn nữa thì hệ thống fieldbus và các thành phần của nó sẽ tiếp tục phát triển trong tương lai. Đương nhiên, sự phát triển và các sáng tạo mới chủ yếu nhằm vào công nghệ Profinet. Profinet có giao diện tiêu chuẩn cho các thành phần mới, nhưng Profibus ít nhất sẽ là một lựa chọn có thể, ví dụ như thông qua các mô-đun giao tiếp đặc biệt hoặc các biến thể thiết bị.

So sánh lợi ích

Nếu một cái gì đó được thử nghiệm và thay thế bằng một cái mới, câu hỏi luôn đặt ra là khi nào các công nghệ mới sẽ được sẵn sàng để sử dụng trong thực tế. Khi nào là thời điểm thích hợp để tham gia hoặc thay đổi theo, và những gì nên được sử dụng? Câu hỏi dành cho việc hiện đại hóa và vào các dự án mới, có thể được trả lời bằng cách nhìn vào những lợi thế và lợi ích đã được đúc kết trong thực tế.

Có thể được chia thành ba loại – tính linh hoạt, hiệu quả, và hiệu suất. Một điều quyết định trong lợi thế của Profinet là hiệu quả của nó rõ ràng cao hơn, chủ yếu liên quan đến số lượng các nút, tốc độ truyền, và chẩn đoán. Kích thước của các mạng gần như không giới hạn. Và tốc độ 100 Mbit/s ở chế độ full duplex với giao tiếp song song thông qua các thiết bị chuyển mạch của Profinet nhanh hơn nhiều so Profibus ở tốc độ tối đa 12 Mbit/s (Hình 4). Hai Profinet hỗ trợ thời gian thực truyền với chế độ RT (thời gian thực) và IRT (đẳng thời gian thực) với chế độ đẳng thời và chu kỳ thời gian xác định cho phép sử dụng trong các ứng dụng rất năng động bao gồm các ứng dụng điều khiển đẳng thời chuyển động như liên kết bộ điều khiển phân phối với thời gian chu kỳ rất ngắn. Điều này chỉ có thể khi sử dụng Profinet và nó dễ dàng đáp ứng các yêu cầu của mọi ứng dụng thiết thực trong sử dụng ngày nay. Và với thời gian chu kỳ xuống 31,25 ms, tiêu chuẩn Profinet cung cấp hiệu suất dự trữ đáng kể cho các yêu cầu cao hơn. Kết quả của việc tăng độ chính xác điều khiển là chất lượng sản phẩm nhất quán hơn và/hoặc sản lượng. Mở rộng khả năng chẩn đoán mà có thể được sử dụng tại cục bộ và thông qua Internet và mạng nội bộ, ví dụ như thông qua máy chủ web trên bộ điều khiển, đơn giản hóa vận hành và đóng góp đáng kể để giữ sự sẵn sàng vận hành của máy móc, hệ thống, và các nhà máy ở mức tối đa. Điều đó có nghĩa là năng suất tăng đáng kể. Vì vậy, đó chứng minh rằng so sánh các yêu cầu cá biệt của từng dự án tự động hóa đang chờ để lựa chọn giải pháp đa diện của Profinet và sau đó đưa ra quyết định (Hình 5). Trong hầu hết các trường hợp, những lợi thế của công nghệ mới sẽ chiếm ưu thế ngay cả đối với các dự án quy mô nhỏ.

Kiểm soát mạng lưới an ninh

Tích hợp các tính năng mở, từ cấp cơ sở đến cấp độ kiểm soát, đòi hỏi phải có biện pháp cụ thể để bảo vệ chống truy cập trái phép vào các mức độ tự động hóa. Những biện pháp này, ví dụ như mã hóa của truyền thông WLAN trong mạng lưới cục bộ, thường đã được biết đến và có chức năng tự động do việc sử dụng Ethernet.

Nhiều thành phần có sẵn dành cho Ethernet công nghiệp cũng có thể được sử dụng trong kiến trúc của Profinet. Ví dụ, các phiên bản khác nhau của thiết bị chuyển mạch từ các nhà cung cấp khác nhau (quản lý/không được quản lý) và các mô-đun bảo mật cho tất cả các yêu cầu. Các thiết bị này phần lớn có thể được tự động cấu hình từ một vị trí trung tâm, thậm chí từ xa. Điều này có nghĩa là có thể cho phép thay thế chúng một lần nữa trong thời gian tối thiểu. Xu hướng giảm của chi phí Chi phí đầu tư trừ dần trong thời gian tuổi thọ của một cài đặt Profinet nhanh hơn so với hệ thống mạng khác nhờ rút ngắn thời gian vận hành thử, sẵn sàng tăng, năng suất, và/hoặc chất lượng sản xuất. Việc tiết kiệm năng lượng có thể đạt được khi sử dụng chức năng Profienergy trong thời gian nghỉ trong sản xuất. Với số lượng đơn vị liên tục tăng của các thiết bị và (như với Profibus) mở rộng ngày càng tăng của các chức năng bổ sung, Tổng chi phí sở hữu (TCO) sẽ giảm đáng kể trong toàn bộ vòng đời hệ thống Profinet (Hình 6). Phân tích hiện nay được thực hiện bởi một thành viên PI chứng minh khả năng tiết kiệm lên đến 40%.

Bây giờ là thời điểm của Profinet

Profinet dễ dàng, hiệu quả, mạnh mẽ, và linh hoạt. Nó đã được thiết lập trong nhiều ứng dụng và số lượng thành phần không ngừng phát triển – và nhờ đó, công nghệ này đã từ lâu đã được sử dụng phổ biến trong thực tế. Người dùng chuyển sang Profinet sẽ được hưởng lợi từ những lợi thế của Profinet. Các nhà sản xuất cung cấp một loạt các hỗ trợ trong quá trình chuyển đổi, từ tư vấn kỹ thuật, tài liệu chi tiết, hướng dẫn đào tạo chuyên sâu và hỗ trợ ứng dụng thực tế.