43 lượt xem
Ngày nay, với sự bùng nổ của công nghệ và sự phát triển không ngừng của ngành công nghiệp, việc kết nối và truyền thông giữa các thiết bị và hệ thống trong môi trường công nghiệp trở nên cực kỳ quan trọng. Để đảm bảo sự hoạt động mạnh mẽ và hiệu quả của các quy trình sản xuất và điều khiển, các chuẩn giao tiếp và giao thức truyền thông công nghiệp đóng vai trò không thể thiếu. Hãy cùng tìm hiểu về những chuẩn giao tiếp, giao thức truyền thông quan trọng trong ngành công nghiệp.
Những điều cần biết về chuẩn giao tiếp, giao thức truyền thông công nghiệp
Định nghĩa
Trong môi trường công nghiệp, chuẩn giao tiếp và giao thức truyền thông đóng vai trò quan trọng trong việc quản lý và điều khiển các thiết bị và hệ thống.
- Chuẩn giao tiếp: Là các quy định và nguyên tắc được thiết lập để đảm bảo sự tương thích và khả năng làm việc cùng nhau của các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Các chuẩn này cung cấp các hướng dẫn về cách thiết lập kết nối, giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa các thiết bị, giúp tạo ra một môi trường làm việc hiệu quả và linh hoạt.
- Giao thức truyền thông: Là các quy tắc cụ thể được thiết lập để quản lý việc truyền thông dữ liệu giữa các thiết bị và hệ thống trong một mạng công nghiệp. Các giao thức này xác định cách thức truyền thông, cấu trúc dữ liệu, và quy trình trao đổi thông tin giữa các thiết bị, đảm bảo tính tin cậy và hiệu suất của hệ thống.
Việc tuân thủ các chuẩn giao tiếp và giao thức truyền thông không chỉ giúp đảm bảo tính linh hoạt và khả năng tương thích giữa các thiết bị, mà còn tạo ra một môi trường làm việc an toàn và hiệu quả trong các ứng dụng công nghiệp đa dạng.
Vai trò của chuẩn giao tiếp và giao thức truyền thông trong môi trường công nghiệp
Tăng cường tính tương thích giữa các thiết bị
Các chuẩn giao tiếp và phương thức truyền thông trong môi trường công nghiệp cung cấp một khung làm việc chung, giúp đảm bảo tính tương thích giữa các thiết bị từ các nhà sản xuất khác nhau. Bằng cách tuân thủ các chuẩn và giao thức như Modbus, Profibus,… các thiết bị có thể trao đổi dữ liệu một cách hiệu quả và nhất quán, không gặp phải sự cố không tương thích gây ra bởi sự đa dạng trong các giao thức truyền thông.
Tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống
Sử dụng các chuẩn và giao thức truyền thông giúp tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của hệ thống. Bằng cách sử dụng các phương pháp truyền thông tiên tiến và hiệu quả, hệ thống có thể truyền tải dữ liệu một cách nhanh chóng và đáng tin cậy, giảm thiểu độ trễ và tăng cường khả năng xử lý dữ liệu.
Giảm chi phí và thời gian triển khai
Tính chuẩn hóa của các chuẩn giao tiếp và phương thức truyền thông trong môi trường công nghiệp giúp giảm thiểu chi phí và thời gian triển khai. Thay vì phải phát triển và kiểm tra các giải pháp tùy chỉnh, việc sử dụng các chuẩn và giao thức đã được thử nghiệm và chứng minh sẽ giảm thiểu rủi ro và tăng tốc quá trình triển khai hệ thống mới.
Các chuẩn giao tiếp, giao thức truyền thông quan trọng trong công nghiệp
Cổng nối tiếp (Serial Port)
Serial port hoặc cổng nối tiếp là một thuật ngữ được sử dụng để chỉ các cổng hoạt động theo nguyên lý nối tiếp. Tuy nhiên, trong bài viết này, chúng ta sẽ tập trung vào các cổng nối tiếp phổ biến được sử dụng như COM, RS232/RS422/RS485. “RS” trong các tiêu chuẩn này đề cập đến “Recommended Standard” – các tiêu chuẩn được khuyến nghị.
Trong lĩnh vực kỹ thuật truyền thông, chúng ta cũng có thể phân loại theo khái niệm đơn công (simplex) và song công (duplex). Đơn công là truyền thông theo một chiều, nghĩa là dữ liệu chỉ di chuyển hoặc chỉ được nhận theo một hướng. Điều này có nghĩa là một thiết bị chỉ có thể là máy phát hoặc máy thu. Truyền thông đơn công thường rất hiệu quả khi cần truyền một lượng lớn thông tin đến một số lượng lớn máy thu một cách đồng thời.
Truyền thông song công khắc phục các hạn chế của truyền thông đơn công bằng cách cho phép các thiết bị hoạt động như bộ thu phát. Điều này có nghĩa là dữ liệu được truyền trên cả hai hướng, cho phép các thiết bị nhận và phát tín hiệu điều khiển đồng thời.
Trong truyền thông công nghiệp, RS232 và RS422 là các tiêu chuẩn truyền thông song công hoàn toàn, nghĩa là cả hai đều cho phép truyền và nhận dữ liệu trên cùng một đường truyền. Trong khi đó, RS485 hoạt động theo kiểu bán song công, có thể truyền và nhận dữ liệu trên cùng một đường truyền, nhưng không cùng một thời điểm.
UART (Universal Asynchronous Receiver – Transmitter)
UART là viết tắt của Universal Asynchronous Receiver – Transmitter, là một mạch tích hợp được dùng để truyền dữ liệu nối tiếp giữa máy tính và các thiết bị ngoại vi.
Chức năng chính của UART là truyền dữ liệu nối tiếp. Trong UART, giao tiếp giữa hai thiết bị có thể thực hiện theo hai phương thức: giao tiếp dữ liệu nối tiếp và giao tiếp dữ liệu song song.
UART thường được áp dụng trong các bộ vi điều khiển có yêu cầu chính xác và cũng được tích hợp trong các thiết bị liên lạc khác như giao tiếp không dây, thiết bị GPS, mô-đun Bluetooth và nhiều ứng dụng khác.
Trong giao tiếp chuẩn UART, các tiêu chuẩn truyền thông như RS422 & TIA thường được sử dụng (ngoại trừ RS232). Thông thường, UART được tích hợp trong một IC riêng biệt để sử dụng trong giao tiếp nối tiếp.
USB (Universal Serial Bus)
USB viết tắt của Universal Serial Bus, là một chuẩn kết nối có dây được sử dụng rộng rãi trong máy tính. Nó được thiết kế để kết nối các thiết bị như điện thoại di động, máy tính bảng, máy ảnh, máy quay phim, máy nghe nhạc và các thiết bị công nghiệp khác như bộ thu thập dữ liệu, remote I/O, với máy tính.
USB có hai loại, bao gồm cổng USB 2.0 và cổng USB 3.0, trong đó USB 3.0 là phiên bản nâng cấp của USB 2.0. Về lý thuyết, tốc độ ghi chép dữ liệu của USB 2.0 là khoảng 60 MB/s, trong khi USB 3.0 là từ 600 đến 625 MB/s. Tuy nhiên, trong thực tế, sự chênh lệch giữa hai loại này không lớn như vậy. Thông thường, tốc độ thực tế của USB 3.0 chỉ nhanh hơn khoảng 3 lần so với USB 2.0, thấp hơn nhiều so với sự khác biệt 10 lần trên giấy.
Hiện nay, ngoài hai loại trên, còn có các phiên bản và loại khác của USB được sử dụng rộng rãi. USB 3.1 là một phiên bản nâng cấp từ USB 3.0, cung cấp tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn và tính năng nâng cao. USB 3.1 thường được chia thành hai loại: USB 3.1 Gen 1 và USB 3.1 Gen 2, với tốc độ truyền dữ liệu lần lượt là 5 Gbps và 10 Gbps. USB 4 là tiêu chuẩn mới nhất của USB, với tốc độ truyền dữ liệu lên đến 40 Gbps và hỗ trợ các tính năng như dữ liệu, video và nguồn điện trên một kết nối duy nhất. USB-C là một loại cổng kết nối mới, với ưu điểm nhỏ gọn, kết nối đảo chiều và hỗ trợ cho các tính năng nâng cao như sạc nhanh và truyền dữ liệu nhanh chóng.
RS422
RS422 là một tiêu chuẩn truyền dữ liệu theo phương thức nối tiếp trong công nghiệp. Tín hiệu được truyền qua 2 dây, và tốc độ truyền phụ thuộc vào khoảng cách truyền. Ví dụ, với chiều dài đường truyền 40 feet (khoảng 12m), tốc độ truyền tối đa có thể đạt 10 Mbits/s, 400 feet (khoảng 122m) là 1 Mbits/s và 4000 feet (khoảng 1219m) là 100 kbits/s. Mỗi đầu ra có khả năng kết nối và truyền dữ liệu tới 10 đầu nhận. Tuy nhiên, trong thời gian gần đây, chuẩn truyền thông công nghiệp RS422 đã gần như bị thay thế hoàn toàn bởi các công nghệ mới.
RS485
RS485 có thể được xem như một phiên bản tiên tiến hơn của RS422, điểm khác biệt chính là khả năng của RS485 cho phép kết nối và truyền dữ liệu với đến 32 cặp thiết bị trên cùng một đường truyền. Tương tự với RS422, tốc độ truyền dữ liệu của RS485 cũng phụ thuộc vào khoảng cách truyền. Ví dụ, với chiều dài đường truyền 40 feet (khoảng 12m), tốc độ truyền tối đa có thể đạt 10 Mbits/s, 400 feet (khoảng 122m) là 1 Mbits/s và 4000 feet (khoảng 1219m) là 100 kbits/s.
RS232
RS232 là một chuẩn giao tiếp nối tiếp, thường được coi như biểu tượng trong lịch sử công nghiệp. Trong quá khứ, cổng RS232, còn được gọi là DB9 hay COM, đã trở nên rất phổ biến và quen thuộc. Dù giao tiếp nối tiếp chậm hơn giao tiếp song song, nhưng RS232 vẫn được sử dụng rộng rãi do chi phí thấp. Giao tiếp nối tiếp truyền dữ liệu bit một cách tuần tự, trong khi giao tiếp song song truyền dữ liệu theo byte hoặc ký tự cùng một lúc. Tốc độ truyền thông thông thường của cổng RS232 thường là 9600, 14400, 28800 và 33600 bit/giây.
Ưu điểm của RS232:
- Phổ biến và chi phí thấp.
- Giao tiếp đơn giản, tương thích với nhiều thiết bị.
- Khả năng chống nhiễu tốt và tốc độ truyền nhanh.
- Có thể cấp nguồn cho thiết bị qua cổng RS232.
- Dễ dàng tháo lắp.
Nhược điểm của RS232:
- Tốc độ truyền dữ liệu thấp, chỉ khoảng 20 kb/s, so với các công nghệ hiện đại.
- Chiều dài cáp tối đa là 15 mét, vượt quá sẽ gây hiện tượng điện trở và sụt áp, không phù hợp cho các ứng dụng cần truyền dữ liệu xa.
Giao thức Modbus
Modbus là một chuẩn truyền thông công nghiệp do Modicon (nay là phần của Schneider Electric) phát triển từ năm 1979 để thay thế các chuẩn truyền thông truyền thống trước đó. Modbus hoạt động theo nguyên tắc Master – Slave (bên nhận – bên gửi tín hiệu), giúp truyền dữ liệu từ các thiết bị đầu cuối về PLC hoặc SCADA.
Modbus đã trở thành một chuẩn truyền thông công nghiệp phổ biến và tiêu chuẩn nhờ vào sự ổn định, đơn giản, dễ sử dụng và miễn phí. Sự miễn phí là một yếu tố quan trọng, giúp các nhà sản xuất tích hợp chuẩn Modbus vào sản phẩm của họ mà không cần trả phí bản quyền. Điều này giúp tăng tính linh hoạt trong việc giao tiếp giữa các thiết bị mà không cần quan tâm đến loại thiết bị hay hãng sản xuất.
Hiện nay, trong ngành công nghiệp, Modbus có những phiên bản phổ biến như Modbus RTU, Modbus ASCII, và Modbus TCP/IP.
MQTT (Message Queuing Telemetry Transport)
MQTT, viết tắt của “Message Queuing Telemetry Transport”, là một giao thức gửi tín hiệu theo phương thức publish/subscribe, được áp dụng cho các thiết bị Internet of Things (IoT). Tính đặc biệt của MQTT là khả năng truyền tín hiệu với băng thông thấp, độ tin cậy cao và khả năng hoạt động tốt trong mạng lưới không ổn định.
Với việc sử dụng băng thông thấp và khả năng hoạt động tốt trong môi trường có độ trễ cao, MQTT là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng M2M (Machine to Machine). Thậm chí, Facebook Messenger cũng sử dụng giao thức MQTT này. Hiện nay, hầu hết các thiết bị được sử dụng trong ngành công nghiệp truyền thông đều hỗ trợ MQTT, đó được coi là một tiêu chuẩn cần có.
Web Server
Phần cứng của một web server là máy tính được sử dụng để lưu trữ các thành phần của một trang web, bao gồm các tài liệu HTML, file ảnh, CSS và các file JavaScript, có khả năng phân phát chúng đến thiết bị của người dùng cuối. Web server này kết nối với Internet và có thể được truy cập thông qua một tên miền.
Phần mềm của một web server bao gồm các phần mềm điều khiển cách người dùng truy cập các file được lưu trữ trên một máy chủ HTTP. Máy chủ HTTP là một phần mềm có khả năng hiểu các URL (địa chỉ web) và giao thức HTTP (giao thức mà trình duyệt của bạn sử dụng để xem các trang web).
ProfiNet (Process Field Net)
ProfiNet, viết tắt của “Process Field Net”, là một tiêu chuẩn truyền thông công nghiệp dùng để truyền dữ liệu qua Ethernet nhằm thu thập và điều khiển các thiết bị trong hệ thống công nghiệp. Tiêu chuẩn này có khả năng cung cấp dữ liệu theo thời gian thực, với thời gian đáp ứng xuống đến 1ms. ProfiNet được duy trì và hỗ trợ bởi PROFIBUS & PROFINET International (PI), một tổ chức có trụ sở tại Karlsruhe, Đức.
ProfiBus (Process Field Bus)
Profibus, viết tắt của “Process Field Bus”, là một chuẩn truyền thông Fieldbus được sử dụng trong lĩnh vực tự động hóa, được phát triển ban đầu vào năm 1989 bởi BMBF (Bộ Giáo dục và Nghiên cứu của Đức) và sau đó được Siemens sử dụng rộng rãi. Chuẩn này cho phép các thiết bị từ nhiều nhà cung cấp khác nhau có thể giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt.
Họ Profibus bao gồm 3 loại giao thức: Profibus DP, PA và FMS, trong đó Profibus DP được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay.
- Profibus DP: Là một loại bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân tán. Nó được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng như hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần. Profibus DP truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbps đến 12 Mbps trong phạm vi từ 100-1200m. Được thiết kế để truyền dữ liệu tốc độ cao tại cấp thiết bị, PROFIBUS DP thường giao tiếp với các thiết bị hiện trường phân tán (I/O, drive, van…) thông qua một liên kết nối tiếp tốc độ cao.
- Profibus PA: là một loại fieldbus toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. Nó truyền thông với tốc độ 31,25 Kbps với phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn và được thiết kế cho các ứng dụng an toàn nội tại (Intrinsically Safe).
- Profibus FMS: là một loại bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.
Luci – Đơn vị cung cấp giải pháp tổng thể IoT tại Việt Nam
Hy vọng bài viết trên đã giúp bạn hiểu hơn về các chuẩn giao tiếp, giao thức truyền thông quan trọng trong môi trường công nghiệp. Từ việc kết nối và truyền dẫn dữ liệu đến việc điều khiển và giám sát các thiết bị trong quy trình sản xuất, các chuẩn giao tiếp, giao thức truyền thông đóng vai trò không thể phủ nhận trong việc tạo ra một hệ thống tự động hóa hoạt động mạnh mẽ và hiệu quả.
Luci là một trong những đơn vị hàng đầu tại Việt Nam trong lĩnh vực giải pháp tổng thể IoT và họ đã thể hiện sự xuất sắc trong việc áp dụng mạng LAN và Internet vào các giải pháp quản lý đô thị thông minh. Bằng cách kết hợp hai loại mạng này, Luci đã tạo ra các ứng dụng thông minh giúp quản lý đô thị hiệu quả hơn.
Với kinh nghiệm, sự chuyên nghiệp và tận tâm trong mỗi công trình, Luci đem đến giải pháp tối ưu cho nhiều dự án lớn trên khắp cả nước như: Giải pháp quản lý đô thị thông minh (Luci RMS); Giải pháp quản lý tòa nhà thông minh (Luci iBMS); Giải pháp đèn đường thông minh (Luci Lighting); Trung tâm điều hành thông minh (Luci IOC); Giải pháp quản lý tài sản thông minh (Luci AM). Luci không chỉ giúp ban quản lý đô thị quản lý dễ dàng với các giải pháp thông minh mà còn mang đến trải nghiệm sống thoải mái, tiện nghi cho cư dân đô thị.
Các giải pháp của Luci đã được triển khai thành công tại nhiều đô thị lớn trên cả nước, mang lại những hiệu quả tích cực. Để tìm hiểu và được tư vấn chi tiết về các giải pháp của Luci, vui lòng liên hệ với chúng tôi theo thông tin sau:
- Trụ sở Hà Nội: Tầng 2, toà New Skyline, Đường Nguyễn Khuyến, Phường Văn Quán, Quận Hà Đông, Tp. Hà Nội.
- Văn phòng Hồ Chí Minh: Tầng 8, Tòa nhà Pearl Plaza, Số 561A Điện Biên Phủ, P.25, Q.Bình Thạnh, TP.Hồ Chí Minh
- Hotline: 0888 729 119.
- Website: www.luci.vn.
- Email: info@luci.vn
