PROFINET IO: GIẢI PHÁP TỐI ƯU CHO HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

Mạng truyền thông công nghiệp đang ngày càng chiếm một vị trí vô cùng quan trọng trong việc xây dựng một hệ thống tự động hóa. Bởi hiển nhiên khi ta nắm vững mạng truyền thông ta có thể giao tiếp với tất cả các thiết bị mặc dù không cùng 1 hãng sãn xuất. Một trong những mạng truyền thông vừa đem lại tốc độ truyền nhận dữ liệu tốc độ cao; vừa thông dụng và tương thích với nhiều thiết bị các hãng khác nhau đó là mạng Profinet IO.

Nếu như một kĩ sư lập trình PLC, chắc hẵn bạn sẽ rất quan tâm làm thế nào để truyền thông Profinet IO với PLC có trong hệ thống của mình với các thiết bị hãng khác đúng không nào ? Vậy hãy cũng mình tìm hiểu về khái niệm tiêu chuẩn mạng này trong bài viết này nhé

Tóm Tắt Nội Dung

Profinet là gì?

Profinet hay còn gọi là Process Field Net được phát hành vào năm 1993, là một giao thức truyền thông công nghiệp dựa trên Ethernet. Cáp mạng Profinet mang trong mình giao diện vật lý của jack cắm Ethernet RJ45 tiêu chuẩn. Nên ta có thể mở rộng bằng cách sử dụng các Switch Hub Ethernet tiêu chuẩn để mở rộng hệ thống mạng. Các thiết bị trong một mạng Profinet sẽ giao tiếp với nhau dựa trên địa chỉ IP mà người sử dụng đã cấu hình cho từng tên thiết bị trong hệ thống.

Là người sử dụng Profinet, bạn cần quan tâm đến 2 điều quan trọng nhất khi cấu hình mạng là địa chỉ IP và tên thiết bị trong hệ thống. Điều quan trọng khi cấu hình địa chỉ IP là mỗi thiết bị khác nhau không được trùng địa chỉ IP cuối như phải cùng lớp mạng với nhau. Vì ta đã hòa chung các thiết bị vào 1 lớp mạng và cần phân biệt độc lập các thiết bị đó.

Profinet IO – Giải pháp tối ưu cho hệ thống điều khiển tự động

Profinet IO hoạt động dựa trên tiêu chuẩn mạng Profinet. Profinet IO sẽ đáp ứng đầy đủ tất cả ưu điểm về truyền nhận tốc độ cao linh hoạt, giám sát dữ liệu theo thời gian thực như mạng Profinet, vì Profinet IO là một phần của mạng Profinet. Nhưng điểm khác biệt là bạn sẽ add thiết bị giao tiếp Profinet vào chung một dự án và cùng hòa chung 1 lớp mạng Ethernet để trở thành 1 I/O Device trong hệ thống của mình.

Profinet IO được cấu hình thông qua GSD Files – là file các hãng tạo ra để add vào hardware của thiết bị khác; nhằm dễ dàng hơn trong việc lập trình và giao tiếp giữa các thiết bị với nhau.

Và điều này sẽ có lợi hơn rất nhiều so với Profinet truyền thống hay giao thức TCP-IP bởi sẽ giảm thiểu khối lượng lập trình cho người lập trình đi rất nhiều. Với Profinet IO, chỉ cần 1 vài bước cấu hình, ta đã có thể dễ dàng truy xuất giám sát dữ liệu giữa các thiết bị.

Hệ thống tổng quát truyền thông Profinet IO

Ứng dụng của Profinet IO

Profinet IO cung cấp thời gian đáp ứng truyền nhận dữ liệu với chu kì dưới 1ms giữa một bộ điều khiển Profinet IO Controller ( Client ) và các thiết bị Profinet IO Devices (Server). Vì vậy mà Profinet IO rất lý tưởng cho các ứng dụng tốc độ cao trong công nghiệp.

Profinet IO như là một chìa khóa mở ra cánh cửa tuyệt vời đối với những ai muốn mở rộng hệ thống của mình; do số lượng Input và Output hạn hẹp mà PLC sẵn có. Khi mà các remote I/O, là những module I/O nhưng sử dụng mạng truyền thông đang dần thay thế cho những local I/O gắn chung với bus local của PLC cùng hãng; do sự bất tiện về khoảng cách điều khiển và tốc độ truyền nhận dữ liệu cũng như khả năng chống nhiễu của nó không thể đáp ứng như một remote I/O. Và Profinet IO sẽ được tích hợp vào các remote I/O để truyền thông với PLC một cách dễ dàng.

Ngoài việc mở rộng hệ thống với các remote I/O, Profinet IO cũng được tích hợp trong các thiết bị Gateway chuyển đổi tín hiệu giữa Modbus RTU và Profinet. Nhờ Profinet IO, các trạm PLC đọc được tín hiệu modbus RTU qua Gateway giá thành hợp lý hơn; thay thế cho các module modbus RTU của hãng PLC đó.

Các thiết bị sử dụng mạng Profinet IO

Module Remote I/O R-32DIDO-P

Như mình đã đề cập trước đó, Profinet IO được ứng dụng mạnh mẽ cho các thiết bị tự động hóa Remote I/O. Và một trong những Remote I/O được trang bị sẵn file GSD đến từ nhà Seneca – một trong những hãng hàng đầu thế giới về thiết bị chuyển đổi mạng truyền thông công nghiệp, đó là R-32DIDO-P.

Đây là module được sử dụng rất nhiều trong hệ thống điều khiển tự động; nhờ vào số lượng lớn input output và sự linh hoạt trong việc giao tiếp mạng truyền thông công nghiệp của nó. Vậy ta sẽ cùng đi qua các thông số kĩ thuật và chức năng của R-32DIDO-P

Thông số kĩ thuật của R-32DIDO-P

Nguồn cấp: 10 – 40 Vdc; 19 – 28 Vac
Công suất tối đa: tiêu thụ 3W; tỏa nhiệt 6.5W
Nhiệt độ hoạt động: -25⁰C đến 65⁰C
Cài đặt cấu hình: Thông qua WebServer
Lập trình: CodeSys, Tia Portal
Giao tiếp: Kết nối qua terminal 3.5mm, tiết diện dây tối đa 1.5mm². Có 2 cổng Ethernet cổng RJ45, và một port giao tiếp RS485
Hỗ trợ truyền thông: Profinet IO
Digital Inputs: 32 channels với điện áp ngưỡng mức cao > 11V, mức thấp < 4V; Vmax 24V.
Digital Outputs: 32 channels với dạng ngõ ra Mosfet, PNP với điện áp/ dòng điện 24V/ 0.2A

Counters: 32 counters với 32 bit, tốc độ tối đa đến 500Hz

Sơ đồ chân của R-32DIDO-P

Ta có thể thấy sơ đồ chân của R-32DIDO-P đã thể hiện rất rõ để người đấu nối. Ta có thể biết kết nối nguồn vào, các ngõ vào/ra Digital, cổng RS485. Một lưu ý là module tách ra làm 2 nguồn, 1 nguồn sử dụng cho DI/O từ 1à 8 và 1 nguồn sử dụng cho DI/O từ 9 và 32.

Các bạn chỉ cần xem cẩn thận Manual là đã có thể dễ dàng kết nối với các thiết bị trong hệ thống của mình rồi!

Chức năng của R-32DIDO-P

Với khả năng mở rộng lên đến 32 ngõ vào ra tùy ý, R-32DIDO-P dễ dàng thích nghi với số lượng thiết bị ngoại vi muốn đọc về ngõ vào; cũng như số lượng ngõ ra cần điều khiển. Vì vậy, việc có R-32DIDO trong hệ thống của bạn giúp bạn dễ dàng thay đổi số lượng I/O. Chức năng này vượt trội hơn các module mở rộng cùng hãng PLC khi chỉ cố định số lượng ngõ vào ra.

Khi truyền thông Profinet IO, R-32DIDO-P cho phép người lập trình PLC add file GSD vào project để lập trình cấu hình tương thích hoàn toàn như một I/O module cùng hãng PLC đó. Do module R-32DIDO của Seneca hỗ trợ người lập trình có thể lập trình ngay trên TIA PORTAL (các dòng PLC Siemens) và CodeSys (tất cả các dòng PLC thuộc tiêu chuẩn IEC 61131-3 như Allen Bradley, Delta,..)

Module Remote I/O R-8AI-8DIDO-P

Module R-8AI-8DIDO-P đến từ Seneca – Italy là một remote I/O tuyệt vời đối với những ai muốn mở rộng số lượng input output cho PLC. Không những ta có thêm 8 ngõ Digital cấu hình ngõ vào ra tùy ý, mà còn có 8 ngõ Analog Input để đọc nhiều loại ngõ vào khác nhau: từ điện áp, dòng điện, đến cả thermocouple, RTD. R-8AI-8DIDO-P có khả năng trong truyền thông Profinet IO và Modbus TCP-IP/ RTU (khi hạ firmware xuống R-8AI-8DIDO); nên việc mở rộng kết hợp với PLC là điều rất dễ dàng. Vậy chi tiết thông số kĩ thuật và chức năng của R-8AI-8DIDO, bạn hãy cùng xem chi tiết ở phần tiếp theo nhé.

Thông số kĩ thuật của R-8AI-8DIDO-P

Nguồn phụ từ bộ chuyển đổi: 10 đến 40 Vdc, 10 đến 28 Vac,
Công suất tiêu thụ: 3W
Cách ly điện áp: 1500V
Trạng thái đèn báo:

- Power supply
- Input/output
- STS (IP address/DHCP)
- RX/TX (Receive/transmit data over RS485)
- Ethernet TRF/LNK (Transit packets/ Ethernet connection)

Nhiệt độ môi trường lắp: -25…+65 độ C
Giao thức: Profinet IO
Cài đặt: Dip Switch, Web Server
Lập trình: CodeSys, Tia Portal
Input Analog: 8 kênh (voltage -30…30V, -120mV…120mV; current: -24mA…24mA; thermocouple: J, K, T, E…; RTD)
Input Digital: 8 channels
Digital output: 8 kênh (PNP, Mosfet..)
Communication port: 2 ethernet, 1 RS485, 1 microUSB dùng để cài đặt
Sơ đồ chân của R-8AI-8DIDO-P

Sơ đồ chân đã được thể hiện rõ ràng số chân và chú thích trực quan trên thiết kế vỏ ngoài của R-8AI-8DIDO. Nơi cấp nguồn, port giao tiếp RS485, ngõ vào Analog và ngõ vào/ra Digital đã được thể hiện rõ trong Manual của R-8AI-8DIDO, bạn chỉ cần xem số chân và đấu dây cẩn thận theo chú thích là đã có thể đấu được vào hệ thống của mình.

Chức năng của R-8AI-8DIDO-P

R-8AI-8DIDO-P là bản phát triển hơn của Seneca so với module trước đó là R-32DIDO-P, nên chắc chắn R-8AI-8DIDO-P sẽ có đầy đủ các chức năng như R-32DIDO-P. Dù hạn chế về số lượng ngõ vào ra về còn 8 ngõ DI/DO so với phiên bản trước nhưng nhà phát hành đã trang bị thêm đến 8 ngõ Analog Input. Điều đặc biệt là 8 kênh Analog này sẽ đọc được hầu hết các dạng tín hiệu khác nhau ( Voltage (V/mV), Current (mA), Thermocouple, PT100)

R-8AI-8DIDO-P là một module mở rộng số lượng I/O cấu hình linh hoạt kết hợp với 8 ngõ Analog Input, vì vậy ta có thể sử dụng để đọc tín hiệu ngoại vi như cảm biến nhiệt độ, áp suất, PNP,… tại hiện trường; và đưa về trạm PLC giám sát ở khoảng cách xa qua mạng truyền thông.

Lời kết

Tóm lại, thông qua bài viết này các bạn đã có thể hiểu được

Thế nào là mạng truyền thông Profinet IO và cách thức hoạt động cũng như ứng dụng của nó
Các thiết bị sử dụng Profinet IO như R-8AI-8DIDO, R-32DIDO.

Nếu như các bạn còn thắc hay góp ý điều gì hay để lại ý kiến dưới phần bình luận bên dưới bài viết. Cảm ơn các bạn đã theo dõi bài viết. Chúc các bạn thành công.

Bạn có thể tìm đọc thêm: https://huphaco.vn/profinet-truyen-thong-giua-plc-va-thiet-bi-remote-i-o-r-32dido/