Profinet một chuẩn truyền thông trong công nghiệp dành riêng cho bộ lập trình PLC của Siemens với các dòng S7-1200, S7-1400, S7-1500 … có kết nối Ethernet. Thông qua kết nối Ethernet dữ liệu được truyền và nhận tốc độ cao, độ trễ thấp, độ chính xác và tin cậy cao hơn so với thiết kế vật lý truyền thống.
Vậy Profinet là gì?
Chuẩn Profinet trên s7-1200, s7-1400, s7-1500 có nhiều ưu điểm và tính năng, như:
Hiệu năng cao, truyền dữ liệu theo thời gian thực (real-time) với tốc độ 100 Mbps và độ trễ thấp.
An toàn, hỗ trợ giao thức PROFIsafe để đảm bảo an toàn cho người và máy móc trong các ứng dụng an toàn chức năng (functional safety).
Phân tích, hỗ trợ giao thức PROFIenergy để giám sát và quản lý năng lượng trong các hệ thống công nghiệp.
Đầu tư hiệu quả, sử dụng cáp Ethernet tiêu chuẩn, có thể kết hợp với các mạng truyền thông khác như PROFIBUS, Modbus, CANopen, và Ethernet/IP.
Thiết bị có thể thay thế, cho phép thay thế hoặc thêm thiết bị mà không cần cấu hình lại mạng.
Khả năng về mặt kỹ thuật, hỗ trợ nhiều cấu trúc mạng như line, star, ring, tree, và wireless.
Truyền tải dữ liệu chính xác theo thời gian, hỗ trợ nhiều cấp độ thời gian thực khác nhau, từ TCP/IP, UDP/IP, RT (Real-Time) đến IRT (Isochronous Real-Time).
Cung cấp hệ thống dự phòng, hỗ trợ cơ chế Media Redundancy Protocol (MRP) để đảm bảo tính sẵn sàng cao của mạng.
Dễ dàng thay thế thiết bị, hỗ trợ cơ chế Neighbor Detection để nhận diện các thiết bị kết nối và cấp địa chỉ IP tự động.
Tất cả các PLC mới của Siemen S7-1200, S7-1400, S7-1500 đều hỗ trợ chuẩn Profinet. Bạn chỉ cần trang bị các thiết bị có chuẩn Profinet có thể truyền thông về bộ lập trình PLC một cách đơn giản.
Profinet là gì?
Profinet là một giao thức truyền thông trong công nghiệp. Profinet sử dụng Jack cắm RJ45 tiêu chuẩn với cáp kết nối màu xanh để kết nối các thiết bị. Profinet hoạt động với tốc độ 100 megabit/giây truyền dữ liệu theo thời gian thực với độ trễ thấp. Profinet có thể kết hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác như Modbus RTU, Modbus TCP-IP thông qua các gateway chuyển đổi.
Profinet cung cấp một số lợi thế so với các tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp khác, bao gồm:
- Tốc độ truyền dữ liệu cao: Profinet có thể hỗ trợ tốc độ truyền dữ liệu lên đến 10 gigabit mỗi giây (Gbps).
- Độ trễ thấp: Profinet có độ trễ rất thấp, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng yêu cầu thời gian thực, chẳng hạn như điều khiển chuyển động và robot.
- Khả năng mở rộng: Profinet có thể được sử dụng để kết nối hàng nghìn thiết bị, khiến nó trở nên lý tưởng cho các hệ thống lớn và phức tạp.
- Dễ dàng tích hợp: Profinet có thể được tích hợp dễ dàng với các hệ thống điều khiển và phần mềm khác.
Như vậy, mình đã nói profinet là gì cho các anh em hiểu rồi nhé.
Profinet trên PLC S7 1200 1400 1500
PLC Siemens với các dòng đời mới S7-1200, 1400, 1500 thay thế cho S7-200, 300, 400 đời cũ. Để nhìn rõ hơn về chuẩn truyền thông trên các dòng PLC Siemens chúng ta xem bảng so sánh:
| Đời PLC | Giao Thức Truyền Thông | Tính Năng Truyền Thông | Kết Nối Vật Lý |
| S7-200 | RS-485, MPI, PPI | Giao thức RS-485 phổ biến cho truyền thông | Kết nối thông qua cổng RS-485 |
| S7-300 | Profibus DP, MPI, Ethernet | Profibus DP cho ứng dụng công nghiệp lớn | MPI và Profibus DP qua cổng Ethernet |
| S7-400 | Profibus DP, MPI, Ethernet | Hỗ trợ nhiều giao thức trong môi trường công nghiệp | MPI và Profibus DP qua cổng Ethernet |
| S7-1200 | Profinet, MPI, Modbus | Profinet cho truyền thông công nghiệp Ethernet | Kết nối thông qua cổng RJ-45 – Ethernet và MPI |
| S7-1400 | Profinet, MPI, Modbus, Ethernet/IP | Tích hợp nhiều giao thức cho linh hoạt, Profinet | Kết nối thông qua cổng RJ-45 – Ethernet và MPI |
| S7-1500 | Profinet, MPI, Modbus, Ethernet/IP | Hiệu suất cao và khả năng mở rộng Profinet | Kết nối thông qua cổng RJ-45 – Ethernet và MPI |
Với các đời PLC mới của Siemens thì PLC giao tiếp với phần mềm TIA PORTAL thông qua địa chỉ IP giữa máy tính và IP của PLC mà không cần giao tiếp dây vật lý.
Tương tự các thiết bị giao tiếp với PLC S7-1200, 1400, 1500 cũng không cần kết nối dây vật lý như S7-200, 300, 400 đời cũ. Tất nhiên, bạn cần kết nối dây RJ45 vật lý cho lần đầu tiên cài đặt địa chỉ IP cho PLC S7-1200, 1400, 1500.
D
Để phân biệt với các cáp mạng khác thì Siemens quy định cáp Profinet là loại cáo có màu xanh ( lá cây hoặc xanh dương ) với jac1k cắm hai đầu là RJ-45. Tuy nhiên, chúng ta có thể sử dụng bất kỳ loại dây ethernet nào có sẵn cũng không thành vấn đề gì. Đây là quy định mà nhà sản xuất khuyến cáo nhằm chuẩn hóa dây cáp Profinet trong hệ thống của họ.
Gateway profinet – kết nối không giới hạn
Bạn lo lắng các thiết bị kết nối với PLC không có chuẩn truyền thông Profinet hoặc tích hợp Profinet thì giá thành thiết bị sẽ tăng. Điều đó hoàn toàn đúng trước đây.
Ngày nay với sự xuất hiện của các hãng chuyên cung cấp các giải pháp truyền thông profinet thì bạn chỉ cần trang bị một gateway profinet là có thể kết nối tất cả các thiết bị có chuẩn Modbus RTU, Modbus TCP-IP lại với nhau thành chuẩn Profinet để giao tiếp với PLC.
Bằng cách sử dụng gateway profinet bạn có thể giám sát theo thời gian thực, truyền và nhận đồng thời các giá trị thông qua gateway profinet.
Gateway profinet mở ra số lượng thiết bị kết nối vào PLC S7 của Siemens gần như không giới hạn giữa không gian, thời gian. Điều đó có nghĩa là chỉ với 1 gateway kết nối với PLC S7-1200 thì các thiết bị ở xa có thể truyền đến PLC thông qua Ethernet một cách nhanh chóng mà không gặp bất kỳ trở ngại nào.
Truyền thông Profinet
Để truyền thông Profinet bạn cần có các thiết bị hỗ trợ chuẩn truyền thông có Protocol Profinet. Tôi sẽ lấy một ví dụ thực tế để bạn hiểu rõ hơn.
Tôi cần truyền:
- PLC Siemens S7-1200, đã tích hợp sẵn Profinet cho tất cả các version
- 30 tín hiệu Digital Input
- 20 tín hiệu Digital Output
- 20 tín hiệu Analog input 4-20mA về PLC S7-1200.
Theo thói quen thông thường tôi sẽ phải cấu hình chọn Modul DI và AI của Siemens với giá thành khá đắc đỏ. Trước đây gần như không có sự lựa chọn khác.
Bài toán đặt ra là chọn thiết bị có xuất xứ Châu Âu nhưng giá thành cạnh tranh sử dụng dễ dàng, kết nối PLC đơn giản, tương thích tốt và không có lỗi. Tất nhiên, giá thành cạnh tranh so với việc mua Modul mở rộng của Siemens. Đó chính là sử dụng thiết bị có sẵn chuẩn Profinet hoặc gateway profinet để giao tiếp với PLC S7-1200.
Thiết bị chuẩn Profinet tích hợp sẵn
Mình sẽ có các thiết bị của Seneca có tích hợp chuẩn truyền thông Profinet sẵn như sau:
- R-32DIDO-P – số lượng 1 bộ cho 30 tín hiệu DO – DI. Bộ R-32DIDO-P có thể tùy chọn DI – DO tùy ý nhưng mình sẽ dùng DI thôi. Tổng số kênh là 32 kênh độc lập tùy chọn tùy ý.
- R-8AI-8DIDO – số lượng 3 bộ. R-8AI-8DIDO có : 8 x AI và 8DIDO mình sẽ cài đặt chọn 8 kênh DO.
Như vậy, chỉ với 4 thiết bị có chuẩn truyền thông Profinet tích hợp sẵn bạn có thể kết nối trực tiếp với PLC S7-1200 thông qua chuẩn Profinet.
Sử dụng gateway profinet
Khi sử dụng gateway profinet thì bạn có thể thiết lập nhiều lớp mạng truyền thông khác nhau, từ kết nối vật lý Modbus RTU sang Profinet, Modbus TCP-IP sang Profinet. Đây chính là ưu điểm vượt trội của gateway profinet. Một gateway có thể nhận nhiều thiết bị có chuẩn Modbus RTU và Modbus TCP-IP cùng lúc.
Lợi ích việc dùng Profinet
Ngoài việc hỗ trợ kết nối với PLC S7 – Series thì truyền thông profinet có nhiều ưu điểm như:
- Hiệu năng: Tự động hóa trong thời gian thực, có tốc độ truyền tải cao, lên tới 100 MBit/s, chiều dài dây dẫn có thể lên đến 100m.
- An toàn: Truyền thông đảm bảo an toàn, không bị ảnh hưởng bởi các yếu tố môi trường như nhiễu sóng hay dao động điện áp.
- Phân tích: Vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả, cho phép theo dõi và điều chỉnh các thông số của từng thiết bị.
- Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus khác nhau, không cần phải mua lại các thiết bị mới hay sửa chữa các thiết bị cũ.
- Dễ dàng thay thế thiết bị: Các thiết bị có thể được thay thế mà không cần dùng đến công cụ ES (Expert System), chỉ cần có kết nối Ethernet.
Siemens một nhà sản xuất các thiết bị tự động hóa lớn nhất thế giới với nhiều dãy sản phẩm từ PLC, thiết bị đo lường, thiết bị đóng cắt … Khi Siemens nâng cấp chuẩn PLC kết nối – truyền thông Profinet – Ethernet thì gần như kéo theo sự thay đổi của rất nhiều nhà cung ứng thiết bị liên quan tới PLC S7 Series.
Seneca – Italy một nhà sản xuất chuyên về lĩnh vực chuyển đổi tín hiệu, truyền thông Modbus TCI-IP và bây giờ là chuẩn Profinet dành riêng cho Siemens. Điều đó cho thấy trong tương lai không xa các hãng sản xuất khác cũng sẽ phải theo các nhà sản xuất lớn như Siemens, Rockwell…
Với bài chia sẻ này mong rằng mọi người hiểu được Profinet là gì và các ứng dụng liên quan tới Profinet.
Chúc các bạn thành công !
Kỹ Sư Cơ – Điện Tử
Nguyễn Minh Hòa
