Một số giao thức truyền thông trong công nghiệp

CÁC GIAO THỨC TRUYỀN THÔNG TRONG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG HÓA

Cùng với sự phát triển không ngừng nghỉ của ngành công nghiệp tự động hóa là sự áp dụng rộng rãi các giao thức truyền thông. Các tiêu chuẩn và giao thức truyền thông thường dùng trong hệ thống tự động hóa trong sản xuất công nghiệp như: CAN, Ethernet, Modbus RTU, Modbus TCP, Profibus DP, Profibus PA, Hart,… Sau đây là phân tích 1 số giao thức cơ bản thường gặp.

• Giao thức Ethernet

• Ethernet là một dạng công nghệ truyền thống dùng để kết nối các mạng LAN cục bộ, cho phép các thiết bị có thể giao tiếp với nhau thông qua một giao thức – một bộ quy tắc hoặc ngôn ngữ mạng chung.
• Ethernet là một lớp giao thức data-link trong tầng TCP/IP, Ethernet cho thấy các thiết bị mạng có thể định dạng và truyền các gói dữ liệu như thế nào, sao cho các thiết bị khác trên cùng phân khúc mạng cục bộ có thể phát hiện, nhận và xử lý các gói dữ liệu đó.
• Cáp Ethernet là một hệ thống dây vật lý để truyền dữ liệu qua.

• Giao thức Profibus

• Profibus là một mạng Fieldbus được thiết kế để giao tiếp giữa máy tính và PLC dựa trên nguyên tắc Token Bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, Profibus xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master và giữa master với slave với khả năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì, tốc độ truyền tối đa lên tới 500kbit/s (trong một số ứng dụng có thể lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp).
• Khoảng cách bus tối đa không dùng bộ lặp (repeater) là 200m và nếu dùng bộ lặp khoảng cách tối đa có thể đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu không có bộ lặp là 32 và là 127 nếu có bộ lặp.

Profibus có 3 kiểu giao thức là: Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS mà trong đó Profibus DP được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.

• Profibus DP là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân tán. Profibus DP được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng như hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần. Nó là Profibus hoạt động trên giao diện RS485 chuẩn và đã được bổ sung một số đặc điểm để phù hợp với các ứng dụng quá trình như đọc/ghi dữ liệu.
• Profibus PA là một Fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. Profibus PA truyền thông với tốc độ 31,25Kbp với phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn. Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng Intrinsically Safe.
• Profibus FMS là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.

Ứng dụng: Do có rất nhiều ưu điểm nên hiện nay, Profibus được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp, đặc biệt là Profibus DP được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp như xi măng, điện, hóa chất, chế biến,… tại Việt Nam cũng như trên thế giới.

• Giao thức Modbus RTU

• Giao thức Modbus RTU là một giao thức mở, sử dụng đường truyền vật lý RS-232 hoặc RS485 và mô hình dạng Master-Slave.Modbus được coi là giao thức truyền thông hoạt động ở tầng “Application”, cung cấp khả năng truyền thông Master/Slave giữa các thiết bị được kết nối thông qua các bus hoặc network. Trên mô hình OSI, Modbus được đặt ở lớp 7.
• Sự khác nhau giữa Modbus RTU và Modbus TCP : giữa MODBUS RTU và MODBUS TCP ( còn được gọi là modbus IP, Modbus Ethernet hay Modbus TCP/IP) là Modbus TCP chạy ở cổng vật lý Ethernet và Modbus RTU thì chạy ở cổng vật lý serial nối tiếp ( RS232 hoặc RS485).
• Giao thức CAN
• Controller Area Network (CAN hoặc CAN Bus) là công nghệ mạng nối tiếp, tốc độ cao, bán song công hai dây. Ban đầu CAN được thiết kế dành cho ngành công nghiệp ô tô, tuy nhiên hiện nay CAN cũng đã trở thành một tiêu chuẩn phổ biến trong tự động hóa công nghiệp và các ngành khác.
• CAN sử dụng CSMA / CD + AMP (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection with Arbitration on Message Priority). Trước khi gửi thông điệp, nút CAN sẽ kiểm tra xem bus có bận không. Nó cũng sử dụng để phát hiện khả năng trùng lặp. Những phương thức này cũng tương tự như Ethernet. Tuy nhiên, khi một mạng Ethernet phát hiện xung đột, cả hai nút gửi sẽ ngừng truyền. Sau đó, nó đợi một khoảng thời gian trễ ngẫu nhiên trước khi thử gửi lại. Điều này làm cho mạng Ethernet rất nhạy cảm với tải bus cao. Có thể giải quyết vấn đề này với nguyên tắc xác định quyền ưu tiên rất thông minh trong mạng CAN.

Trong những bài viết tiếp theo sẽ bổ sung thêm những giao thức còn lại