Mạng EtherNet là một công nghệ kết nối không còn quá xa lạ trong mọi lĩnh vực của cuộc sống hiện nay. Sở hữu độ tin cậy, hiệu suất truyền tải cùng khả năng tích hợp vào nhiều công nghệ tiên tiến hiện nay. EtherNet đã được áp dụng vào các mô hình công nghiệp như một giao thức truyền thông lý tưởng cho các hệ thống tự động hóa và điều khiển từ xa. Hãy cùng Việt Tuấn khám phá cách mạng EtherNet được triển khai trong môi trường công nghiệp.  Show 1. Bốn giao thức trong mạng EtherNet được sử dụng trong môi trường công nghiệpGiao tiếp công nghiệp xảy ra ở cấp độ định tuyến, cấp độ điều khiển và cấp độ cảm biến — mỗi cấp độ yêu cầu các cấp độ truyền thông tin thời gian thực khác nhau, phát hiện va chạm và xác định (về cơ bản xác định trước tuyến đường giữa hai nút bất kỳ). Mặc dù có một số giao thức EtherNet công nghiệp để hỗ trợ nhiều yêu cầu giao tiếp khác nhau trên nền nhà máy, nhưng có bốn nhân tố chính đáng được đề cập: 1.1. Modbus TCP/IPModbus TCP/IP là giao thức EtherNet công nghiệp đầu tiên được sử dụng trong môi trường công nghiệp. Về cơ bản, TCP/IP là một giao thức Modbus truyền thống đã được áp dụng trong ngành công nghiệp từ lâu. Modbus đã trải qua nhiều phiên bản và biến thể khác nhau, bao gồm Modbus RTU (truyền thông qua giao diện RS-232 hoặc RS-485) và Modbus TCP/IP (truyền thông qua EtherNet). Modbus TCP/IP sử dụng giao thức TCP/IP để giao tiếp thông qua mạng EtherNet. Điều này cho phép nó được sử dụng trên các mạng LAN (Local Area Network) và WAN (Wide Area Network), giúp kết nối các thiết bị ở xa với nhau. Modbus TCP/IP được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp, bao gồm hệ thống tự động hóa, điều khiển quy trình, quản lý năng lượng, giám sát thiết bị, và nhiều ứng dụng khác. Các thiết bị công nghiệp như PLC (Programmable Logic Controller), SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), bộ điều khiển nhiệt độ, và nhiều thiết bị khác thường hỗ trợ giao thức Modbus TCP/IP. Giao thức TCP/IP sử dụng cơ chế giao tiếp phân cấp đơn giản Master-Slave, trong đó: Thiết bị “slave” sẽ không truyền dữ liệu nếu không có yêu cầu từ thiết bị “master”. 1.2. EtherCATĐược giới thiệu vào năm 2003 bởi EtherCAT Technology Group (ETG), EtherCAT là một giao thức EtherNet công nghiệp cung cấp cơ chế giao tiếp thời gian thực với độ trễ thấp nhất, thích hợp cho các mô hình tự động hóa công nghiệp đòi hỏi thời gian đáp ứng nhanh chóng. EtherCAT sử dụng kiến trúc daisy-chain (chuỗi dài) để kết nối các thiết bị theo trình tự hoặc theo vòng. Thiết bị EtherCAT Master là thiết bị duy nhất được phép truyền dữ liệu qua mạng, thiết bị Master sẽ gửi 1 chuỗi dữ liệu qua bus, loại bỏ các xung đột dữ liệu của hệ thống EtherNet và tối ưu hóa tốc độ. Các thiết bị slave sẽ xử lý dữ liệu và bổ sung thêm các dữ liệu được master yêu cầu và gửi khung cùng với node thiết bị tiếp theo trong vòng. Các node Slave tiếp theo trong vòng sẽ thực hiện chính xác điều tương tự. Giao thức EtherCAT cho phép dữ liệu được truyền và nhận từ nhiều thiết bị trong mạng, kết hợp thành các khung đơn giúp tối ưu hóa tốc độ trao đổi dữ liệu trong các mô hình sản xuất tự động hóa. 1.3. EtherNet/IPĐi vào hoạt động vào năm 2000, EtherNet/IP là một giao thức EtherNet công nghiệp lớp ứng dụng - Application được sử dụng rộng rãi được hỗ trợ bởi Hiệp hội các nhà cung cấp thiết bị mở (ODVA) và được cung cấp chủ yếu bởi tổ chức Rockwell Automation. EtherNet/ IP là giao thức EtherNet công nghiệp duy nhất có thể hỗ trợ số lượng node thiết bị không giới hạn trong mạng. EtherNet/IP sử dụng mô hình OSI (Open Systems Interconnection) để truyền tải dữ liệu giữa các thiết bị trong hệ thống. EtherNet/IP hỗ trợ truyền tải dữ liệu ở tốc độ cao theo thời gian thực với độ trễ thấp. Ngoài ra, EtherNet/IP cũng hỗ trợ các tính năng bảo mật để bảo vệ an toàn cho hệ thống công nghiệp, ngăn chặn nguy cơ bị khai thác lỗ hổng thiết bị. Các ứng dụng của EtherNet/IP trong tự động hóa công nghiệp bao gồm việc thu thập dữ liệu từ các thiết bị đo lường, điều khiển động cơ, giám sát hệ thống và chẩn đoán lỗi. Giao thức EtherNet/IP có thể kết nối với các hệ thống điều khiển khác như Modbus, Profibus và DeviceNet để mở rộng khả năng tương thích giữa nhiều dạng thiết bị trong 1 hệ thống công nghiệp. 1.4. PROFINETPROFINET là giao thức truyền tải ở lớp ứng dụng được phát triển bởi tổ chức cùng tên PROFIBUS/PROFINET. PROFINET là giao thức truyền thông lý tưởng, đáp ứng mọi yêu cầu sử dụng Ethernet trong các mô hình tự động hóa, sản xuất công nghiệp. Khác với các giao thức trên có sự phân hóa rõ ràng về vai trò của các thiết bị trong mạng. Giao thức PROFINET cho phép bộ điều khiển và thiết bị IO đều có thể đảm nhận vai trò người tiêu dùng và nhà cung cấp, tận dụng bản chất song công đầy đủ của Ethernet. Bộ điều khiển cung cấp dữ liệu đầu ra cho các thiết bị IO hoạt động được cấu hình với vai trò là nhà cung cấp và là người tiêu thụ dữ liệu đầu vào từ các thiết bị IO. Ngược lại, thiết bị IO cũng có thể là nhà cung cấp dữ liệu đầu vào cho hệ thống điều khiển và là nơi tiêu thụ dữ liệu đầu ra được cung cấp bởi bộ điều khiển. Giao thức truyền thông PROFINET có thể tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus, hỗ trợ tốc độ giao tiếp nhanh hơn cùng băng thông truyền tải lớn hơn. Gói tin khi được truyền trên mạng PROFINET có thể chứa được khối lượng thông tin nhiều hơn so với gói tin được truyền trên mạng PROFIBUS. 2. Đâu là sự khác biệt giữa mạng Ethernet công nghiệp và Ethernet dân dụngĐâu là sự khác biệt giữa mạng Ethernet công nghiệp và Ethernet thương mại? Đầu tiên, chúng ta cần đề cập đến vấn đề tốc độ truyền tải. Trước đây, mạng Ethernet công nghiệp chỉ dừng lại với chuẩn tốc độ vào khoảng 100Mbps. Tuy nhiên, con số này hiện tại đã gấp 10 lần, đạt chuẩn Gigabit Ethernet tương tự với mạng dân dụng. Điều này đồng nghĩa với việc yêu cầu về băng thông truyền tải trong công nghiệp đã và đang tăng lên, đặc biệt là các mô hình sản xuất tự động hóa, robot, kết nối từ xa các hệ thống điều khiển tại nhiều chi nhánh… Đối với mô hình dân dụng như văn phòng, nhà ở, bệnh viện thì Cat5e là chuẩn cáp phổ biến được sử dụng với tốc độ truyền 100MB. Để sử dụng trong môi trường công nghiệp theo chuẩn ANSI/TIA-1005, cáp Ethernet Cat6 sẽ được khuyến cáo sử dụng. Cat6 hỗ trợ tốc độ truyền tải đến 1Gigabit ở khoảng cách 100m và 10GB ở khoảng cách 55m. So với 2 dòng cáp Ethernet cũ là Cat5 và Cat5e, Cat6 không bị ảnh hưởng nhiều bởi nhiễu điện từ và nhiễu xuyên âm. Bên cạnh đó, đặc điểm vật lý của cáp Cat6 đáp ứng tốt hơn yêu cầu hoạt động trong môi trường công nghiệp. Các môi trường công nghiệp như chất lỏng, hóa chất, bụi bẩn và nhiễu điện từ luôn diễn ra vô cùng khắc nghiệt đòi hỏi các linh kiện, hạ tầng dây cáp Ethernet phải đáp ứng độ bền vượt trội, chắc chắn hơn rất nhiều khi so sánh với cáp Ethernet dân dụng. Trong khi cáp Ethernet dùng trong dân dụng chỉ cần sử dụng dòng Cat5 hoặc Cat5e thì cáp Ethernet công nghiệp thường có khổ lớn hơn (22AWG) để có thể chịu nhiệt cao, ngăn chặn mài mòn, chống nhiễu điện từ hiệu quả cao. Với những đặc điểm trên, không lạ gì khi cáp Ethernet công nghiệp sẽ có giá thành cao hơn khá nhiều so với cáp Ethernet dân dụng. Tổng kếtBài viết đến đây là kết thúc, hi vọng rằng bạn đoc đã có những thông tin quan trọng về mạng Ethernet công nghiệp cùng sự khác biệt của mô hình này với mạng Ethernet dân dụng. Đừng quên theo dõi các bài viết tiếp theo của Việt Tuấn, hứa hẹn sẽ có những chủ đề bổ ích đang chờ đón bạn! |
