Profinet và Profibus là gì? Ứng dụng truyền thông mạng công nghiệp

Profinet và Profibus | [KIẾN THỨC] Truyền thông tín hiệu mạng chuẩn công nghiệp

Trong tiêu chuẩn truyền thông mạng công nghiệp thường sẽ được nhắc tới hai thể loại đó là Profinet và Profibus. Đây là hai dạng truyền thông tín hiệu với tốc độ truyền tín hiệu nhanh. Tránh được sự nhiễu tín hiệu và một số những ảnh hưởng gây nhiễu tín hiệu.

Bên cạnh đó, dạng truyền thông này hay thường dùng cho hệ thống giám sát các thiết bị đo lường. Cũng như dùng để điều khiển các thiết bị động cơ. Vậy Profinet và Profibus là gì? Bài viết dưới đây sẽ cung cấp thêm cho các bạn những kiến thức trong lĩnh vực mạng.

Profinet là gì?

Process Field Net hay Profinet là thể loại truyền thông bằng cách sử dụng loại đường dây mạng. Đường dây mạng này nó cũng tương tự như mạng wifi nhà chúng ta hay dùng. Tuy nhiên, trong lĩnh vực mạng truyền thông chúng ta sẽ gọi nó là “Ethernet”.

Xerox Palo Alto Research Center ở California
Xerox Palo Alto Research Center ở California

Ethernet được phát triển từ thập niên 70 ở trung tâm Xerox Palo Alto Research Center ở California. Điều đặc biệt của phương thức truyền thông tín hiệu này đó là vận tốc truyền tải tín hiệu. 10Mbit/s, 100 Mbit/s, 1000 Mbit/s và thậm chí là 10 Gbit/s là tốc độ truyền đối với Ethernet trong Profinet ngày nay.

Ngoài tốc độ truyền tín hiệu ra, thì Ethernet còn có thể truyền thông tín hiệu với khoảng cách xa nhất là hơn 1000m. Chính vì tốc độ truyền tín hiệu nhanh và khoảng cách truyền tín hiệu xa. Do đó, trong công nghiệp người ta thường dùng Ethernet để giao tiếp giữa các Master-Slave với nhau.

Và khi dùng nhiều kiểu loại truyền thông này trong công nghiệp. Process Field Net đã được hình thành, sẽ được hiểu là khu vực truyên thông mạng Etherent. Tên ngắn gọn của nó là Profinet.

Khác với kiến thức Ethernet cũng với Profinet ngày xưa. Hiện nay, đối với dạng giao thức Profinet nó sẽ được sử dụng một cách triệt để hơn. Tức là ngoài việc bạn truyền thông giưa Master-Slave. Master thường là các bộ Module PLC của Mitsubishi, Siemen hay DCS…

Dùng để giám sát thiết bị bằng ModBus TCP/IP
Dùng để giám sát thiết bị bằng ModBus TCP/IP

Còn đối với Slave có thể là các bộ chuyển đổi tín hiệu, thiết bị đo lường… Vậy sau dùng giao thức Profinet, bạn còn có thể kết nối chúng đế bộ Module của wifi. Và sau đó bạn sẽ đọc được dữ liệu từ thiết bị nhưng không điều khiển được. Phần này chúng ta được hiểu là giao thức ModBus TCP/IP.

Việc truyền thông giữa Master – Slave cũng dùng giao thức ModBus TCP/IP để giao tiếp. Để hiểu rõ hơn phần này, các bạn đọc thêm phần đặc điểm Profinet nhé!

Một số loại truyền thông Profinet

Profinet CBA

Profinet CBA – Component based automation, là kiểu loại truyền thông dựa trên thành phần. Truyền thông dựa trên thành phần nghĩa là truyền thông theo địa chỉ IP cài đặt trên từng Slave hoặc Module. Hay chính xác hơn là giao thức ModBus TCP/IP.

Profinet CBA dùng TCP/IP trong việc đọc dữ liệu từ xa với nhau
Profinet CBA dùng TCP/IP trong việc đọc dữ liệu từ xa với nhau

Đối với giao thức ModBus TCP/IP, trong lĩnh vực kỹ thuật gọi là giao thức tất định. Bạn sẽ hiểu nó như sau, mỗi thiết bị truyền thông ModBus RS485 sẽ cài đặt địa chỉ một địa chỉ. Đối với cảm biến, địa chỉ của nó sẽ là dạng 1, 2, 3, 4…

Còn đối với slave, địa chỉ của nó sẽ là dạng 192.168.1.XXX. Giá trị XXX này chúng ta có thể thay đổi được. Và hiển nhiên, địa chỉ của mỗi cái này không được bao giờ trùng với nhau. Nếu không sẽ bị lỗi truyền thông.

Profinet IO

Profinet IO (Input – Output) được hiểu là truyền thông trao đổi dữ liệu vào và ra. Đối với phương thức này, sẽ dùng để kết nối các thiết bị ngoại vi có tính phân tán (không tập trung). Hiểu đơn giản về phần truyền thông này, đó là dạng truyền tín hiệu từ cảm biến dạng on-off hoặc tuyến tính, relay…

Profinet IO dùng truyền thông dữ liệu Input-Output sang Ethernet
Profinet IO dùng truyền thông dữ liệu Input-Output sang Ethernet

Một ví dự như sau. Tín hiệu từ cảm biến tiệm cận điện dung (báo mức On-Off). Sau khi kết nối với module mở rộng R-8AI-8DIDO (Profinet IO) lên với PLC để hiển thị HMI. Thì tín hiệu cảm biến sẽ hiện mức ON hoặc OFF. Như vậy quá trình truyền thông từ cảm biến lên màn hình gọi là profinet IO.

Đối với truyền thông Profinet IO này sẽ có thêm một số loại giao thức nữa. Đó là UDP/IP (User data protocol) và giao thức RT (Real time Protocol).

Đặc điểm nổi bật truyền thông Profinet

Đối với truyền thông mạng Profinet sẽ có những đặc điểm nổi bật sau. Chính vì những đặc điểm này mà Profinet được sử dụng nhiều hơn so với Profibus trong việc giám sát thiết bị từ xa.

  • Tốc độ truyên tải dữ liệu: 10 Mbit/s, 100 Mbit/s, 1000 Mbit/s, 10 Gbit/s
  • Pham vi truyền tải dữ liệu trên 1000m
  • Truyền thông tín hiệu thông qua dạng Wifi. Dựa vào giao thức ModBus TCP/IP
  • Truyền thông được một lần lên đến 128 địa chỉ IP.

Những thiết bị nào hay dùng Profinet để truyền thông?

Truyền thông Profinet luôn yêu cầu các thiết bị hoặc Modules sẽ có thêm cổng Ethernet. Các loại cổng này nhìn giống với dạng cổng (port) của modules wifi. Nhìn chung, loại cổng ethernet sẽ có trên cả Master và Slave.

Đối với Master, truyền thông Profinet sẽ giúp cho Master truy cập được nhiều thiết bị hơn. Đồng thời dữ liệu được ổn định, không bị nhiễu hoặc những ảnh hưởng của tần số gây hại xung quanh.

Những bộ Master này, thông thường chủ yếu là các PLC Siemens, Weecon, Wago, Mistubishi…Hoặc có thể thậm chí là một số bộ datalogger V-Box (wecon), RD500 (Siemens), Z-LTE-WW (Seneca)…Đối với Datalogger sẽ là dạng thiết bị dùng để ghi và lưu trữ dữ liệu bằng Clouds.

Còn đối với các bộ Slave. Những dạng thiết bị slave này sẽ thường dưới dạng Profinet IO. Tức là nó chỉ dùng cho việc truyền tín hiệu Input hoặc Output của Slave đó đến Master. Thông qua địa IP đã cài đặt

Tuy nhiên, có một bộ Slave – Profinet IO nó sẽ không cần phải giao tiếp với Master. Nó sẽ truyền thông trực tiếp được với Modules wifi. Nghĩa là slave đó sẽ cho chúng ta đọc trạng thái tín hiệu bằng Wifi thông qua việc cài đặt địa chỉ IP 192.168.1.XXX.

Một số bộ Modules dạng Slave mà bạn có thể tham khảo như:

>>>Tham khảo thiết bị: Bộ chuyển đổi tín hiệu 8 kênh Analog/Digital sang Ethernet | Profinet IO

>>>Tham khảo thiết bị: Bộ chuyển đổi tín hiệu 2 kênh Analog sang Ethernet – Slave | Profinet IO

Profibus là gì

Profibus là phương thức truyền thông cơ sở để xây dựng nên Profinet. Process Field Bus hay ProfiBus là dạng truyền thông dữ liệu dựa trên giao thức RS485, RS232, RS422.

Đối với truyền thông này cũng được sử dụng tương tự với Profinet. Dùng để truyền thông dữ liệu dữa các Master-Slave hoặc Slave-Slave. Giao thức RS485 hiện nay chủ yếu sẽ có 3 dây tín hiệu. Tương ứng với các chân A, B và GND.

Đặc điểm đối với giao thức RS485 đó chính là nó cho phép kết nối đa tín hiệu. Nghĩa là sẽ có nhiều bộ module sẽ kết nối nối tiếp được với nhau. Tuy nhiên, dạng giao thức này cũng phải cài địa chỉ slave cho nó. Để khi Master đọc thì sẽ phân biệt rõ từng slave qua địa chỉ.

Profibus bao gồm RS485 và RS232
Profibus bao gồm RS485 và RS232

Đối với giao thức RS232 thì hiện nay dây tín hiệu của có thường có sẽ là 6 dây. Hoặc có thêm dạng jack cắm. Tuy nhiên đối với giao thức này chỉ dùng giao tiếp giữa 1 bộ này với 1 bộ khác. Không dùng để kết nối nhiều thiết bị như RS485.

Tóm lại, trong việc truyền thông tín hiệu Profibus cơ bản sẽ sử dụng các giao thức trên. Hiện nay, trong các nhà máy công nghiệp thì họ sẽ dùng RS485 nhiều hơn là RS232 hoặc RS422. Tuy tốc độ truyền không nhanh bằng RS232 và RS422.

Nhưng RS485 lại có thể truyền tín hiệu đi xa hơn và các thiết bị có thể kết nối trực tiếp với nhau.

Các loại Profibus mà bạn nên biết

Cũng giống như Profinet, thì đối với Profibus nó sẽ được phân chia thành 3 dạng. Đó là Profibus-PA, Profibus-DP và Profibus-FMS

Profibus – DP

Process Fied Bus Dezentrale Perippherie hay Profibus -DP là dạng truyền thông ngoại vi phân tán hay truyền thông theo chu kỳ. Trong phạm vi ứng dụng của Profibus thì đây là dạng Profin được sử dụng nhiều nhất hiện nay. Và đồng thời các Module cũng chủ yếu sử dụng loại profin này.

Profibus DP sẽ dùng giao diện RS485 dùng để truyền tải dữ liệu/tín hiệu giữa các bộ Module với nhau. Tức là, đối với giao thức này nó cho phép chúng ta kết nối dạng phân nhánh.

Profibus DP dùng giao thức RS485 để giao tiếp
Profibus DP dùng giao thức RS485 để giao tiếp

Đặc điểm của loại Profibus-DP có thể truyền thông tín hiệu xa lến đến khoảng 500m. Tương ứng với tốc độ truyền tín hiệu <93,75 kbit/s. Tuy nhiên, để có thể đảm bảo cho đường tín hiệu ổn định thì vẫn nên dùng thêm bộ Repeater. Repeater sẽ được dùng với nhiệm vụ khuếch đại tín hiệu, như vậy tín hiệu có thể đi xa thêm 800m

Profibus DPV1 là dạng phân nhánh trong truyền thông Profibus-DP. Đây là kiểu loại truyền thông theo không chu kỳ. Tức là khi hệ thống vận hành thì chúng ta có thể thay đổi thông số khi máy đang chạy thuận tiện cho việc điều khiển. Để làm được điều này, thì phải cần thêm bộ Master cấp 1 và Master cấp 2. Đồng thời Slave cũng phải được hỗ trợ theo chức năng này. Còn có Profibus-DPV2 thì được ứng dụng trong việc điều khiển nhiều động cơ cùng lúc (đồng bộ hóa).

Profibus – PA

Profibus Pocess Automation – Probibus PA hoặc với một cái tên khác là Profibus – MBP (Manchester Bus Powerd). Loại truyền thông này được tiêu chuẩn hóa IEC-61158-2 và cho phép truyền tải dữ liệu và nguồn trên cùng một đường dây.

Cơ chế truyền tải tín hiệu của Profinet-PA
Cơ chế truyền tải tín hiệu của Profinet-PA

Bên cạnh đó, Profibus PA có thể hỗ trường đường dây tối đa 1900m. Chỗ này, các bạn nên hiểu rằng trong một phương thức truyền thông này. Còn có sự rẽ nhánh sang các đường dây khác. Đường dây tối đã sẽ tính bằng tổng cộng của các đường dây rẽ nhánh này.

Nếu đường dây phân nhánh cằng ngắn thì có thể kết nối được nhiều thiết bị. Ví dụ như trong phạm vi 1m, có thể kết nối hơn 24 thiết bị. Còn nếu phạm vi dài 120m, thì chỉ có thể từ 1-12 thiết bị. Tốc độ truyền tải trung bình là 31,25 kbit/s.

Profibus – FMS

Profibus FieldBus Message Specification là loại truyền thông bus được sử dụng để giao tiếp thông minh trong PLC, DCS. Chủ yếu dạng truyền thông này sẽ dùng cho việc điều khiển bởi vì hiệu suất trao đổi dữ liệu cao. Tuy nhiên, ngày nay nó không còn phổ biến nữa và thay vào đó là Profinet có nhiều tiện lợi hơn.

Đặc điểm truyền thông Profibus

Đối với kiểu loại truyền thông Profibus sẽ có một số đặt điểm sau đây:

  • Thiết bị này dùng để kết nối nhiều thiết bị modules lại với nhau.
  • Tốc độ truyền và chống nhiễu hơn tín hiệu 4-20mA.
  • Một số loại sensor có hỗ trợ thêm dạng giao thức RS485.
  • Dùng được cho cả truyền thông giữa Master-Slave và Slave-Slave.

Các loại thiết bị dùng kết nối dạng Profibus

Thiết bị nào hay dùng dạng truyền thông Profibus. Hiện nay, việc dùng tín hiệu Rs485 để cho các Module có thể giao tiếp được với nhau khác nhiều. Bên cạnh đó, cũng có một số loại cảm biến cũng dùng loại giao thức RS485 để truyền tín hiệu.

  • Đối với Master: Các loại PLC Siemens, Mistubishi…
  • Một số modules chuyển đổi: Z-4AI, Z-8AI, Z-4RTD…
  • Cảm biến đo mức: Cảm biến siêu âm ULM-53 RS485, cảm biến radar RS485…

Ngoài ra, bạn có thể tham khảo thêm một số bài viết thiết bị như:

>>> Biến dòng 0-600A sang ModBus RS485 | T201DCH

>>> Bộ chuyển đổi ModBus RTU sang ModBus TCP/IP

Tổng kết

Profinet và Profibus là những dạng truyền thông mạng được dùng nhiều nhất hiện nay. Hai loại dạng truyền thông nay được sử dụng nhiều đối với trong các hệ thống giám sát. Không những thế vì các dạng truyền thông này còn hỗ trợ truy cập bằng Website, wireless…Nên chính vì lý do đó các dạng Profinet và Profibus được phát triển mạnh.Cảm ơn các bạn đã đọc bài viết của mình. Chúc các bạn một ngày tốt lành.

 

Consulting Solutions Engineer

Nguyễn Thành Đạt



Bài viết liên quan

Relay là gì

Relay là gì? | Tìm hiểu Ứng dụng – Nguyên lý – Cấu tạo – Các loại Relay

Tóm Tắt Nội Dung1 Relay là gì?    1.1 Ứng dụng thường dùng của Relay1.2 Ký hiệu Relay trong bản vẽ               1.3 Cấu tạo cơ bản của Relay là gì?1.4 Nguyên lý hoạt động của Relay là gì?1.5 Hướng dẫn nối dây cho Relay2 Phân biệt được các dạng Rơ le hiện nay2.1 Relay chốt – Relay […]

Các loại cảm biến đo chiều dài công nghiệp

{ Tìm Hiểu } Các loại cảm biến đo chiều dài trong công nghiệp

Tóm Tắt Nội Dung1 Cảm biến đo chiều dài là gì?2 Cách chọn cảm biến đo chiều dài2.1 Cảm biến đo chiều dài bằng dây rút2.2 Cảm biến đo bằng Lasers2.3 Cảm biến cảm ứng từ2.4 Cảm biến siêu âm không tiếp xúc3 Mua các loại cảm biến đo chiều dài ở đâu? Cảm biến […]

Công tắc cảm biến mức nước 3 que DINEL

Công tắc cảm biến mực nước 3 que | DINEL

Tóm Tắt Nội Dung1 Công tắc cảm biến mực nước 3 que1.1 Bộ điều khiển cảm biến mực nước 3 que1.2 Nguyên lý cảm biến mực nước1.3 Ưu và nhược điểm của công tắc2 Ứng dụng công tắc cảm biến mực nước 3 que2.1 Dùng báo mức trong bình chứa Inox2.2 Dùng báo mức trong […]