Chiến lược cung cấp hệ thống cáp quang ứng dụng trong công nghiệp potx

Chiến lược cung cấp hệ thống cáp
quang ứng dụng trong công nghiệp
Lần đầu tiên hệ thống trao đổi tín hiệu bằng cáp quang hoặc cáp đồng trục hay cáp xoắn
đôi, gọi là Ethernet, xuất hiện vào những năm 1970, giao thức mạng cục bộ này được
xem như một cách truyền thông tin ở cấp cơ sở với tốc độ cao hơn và có thể trao đổi
lượng lớn dữ liệu cũng ở tốc độ tốt hơn. Dung lượng lớn và tốc độ cao này của hệ thống
trao đổi tín hiệu với mạng Ethernet là một giải pháp hoàn hảo cho mạng lưới cục bộ vì
trong những trường hợp này, đa số người sử dụng phải dùng cùng một mạng lưói để chia
sẻ thông tin.
Máy tính cá nhân là hệ thống lý tưởng để
thiết lập hệ trao đổi Ethernet, một số mạng
lưới công nghiệp cấp thấp ví dụ như
DeviceNet hoặc PROFIBUS, là các giao thức
truyền thống phù hợp nhất để quản lý dữ liệu
đầu ra cũng như các dữ liệu đầu vào và cung
cấp dữ liệu này cho việc điều khiển các máy
móc thiết bị trong nhà máy. Để hỗ trợ các
thiết bị này hoạt động khi chế tạo một bộ
chuyển mạch, giao thức điều khiển cho phép chuyển giao dữ liệu, hoặc giao thức mạng
chung trên toàn cầu (TCP/IP) cung cấp một bộ các dịch vụ để các thiết bị này có thể liên
kết thông qua mạng lưới hệ thống Ethernet. Giao thức TCP/IP đang ngày càng phổ biến
và được sử dụng rất rộng rãi, hầu như trong tất cả các hệ điều hành máy tính hiện nay và
mạng nội bộ cụ thể là hệ thống phân phối thông tin nội bộ. Khi kết nối với các tầng thiết
bị tương thích, hệ thống phân phối này mở rộng phạm vi các trạm trung chuyển và cho
phép các trạm này kết nối với nhau, từ hệ quản lí cấp cao tới các đối tác trên toàn thế giới

và các tổ chức đối ngoại. Mục đích của vấn đề này là hiển thị dữ liệu và tình trạng máy
móc. Nó cũng có thể được sử dụng cho các chương trình bảo dưỡng, giám sát điều khiển,
lưu giữ các sự kiện, báo động và dự phòng liên kết cho các giao thức điều khiển.
Lựa chọn giao thức

Ethernet đang nhanh chóng trở thành mạng lưới tốt nhất cho nhiều ứng dụng điều khiển
trong công nghiệp ở cấp cao như kết nối tầng PLCs, máy tính và hệ màn hình hiển thị
HMI. Các phiên bản của kỹ thuật Ethernet rất đa dạng phong phú, nó có giá trị sử dụng
trong công nghiệp bao gồm địa chỉ EtherNet/IP và Modbus TCP. Dữ liệu thay đổi khi sử
dụng Ethernet dựa trên một mô hình liên kết chuẩn “chủ - khách”, bằng rất nhiều thiết bị
thành phần. Dữ liệu đầu vào, dữ liệu đầu ra và tình trạng thiết bị - các thông tin cần thiết
đảm bảo cho quá trình hoạt động liên tục, hiệu suất điều khiển của các tầng thiết bị -
được truyền đi từ một thiết bị điều khiển tới một hoặc nhiều địa chỉ ở tầng PLCs, và sau
đó xử lí dữ liệu và truyền dữ liệu này đến máy tính cá nhân hay các thiết bị đã được xác
định ở mức cao hơn.
Ưu điểm cơ bản nhất trong việc sử dụng mạng Ethernet trong công nghiệp là khả năng
liên kết và xử lí dữ liệu nhanh chóng và chuyển tới máy tính cá nhân hay hệ PLC hoặc tới
bất cứ đâu trên thế giới. Sử dụng mạng lưới Ethernet này, các thiết bị có thể dùng chung
một địa chỉ IP được sắp xếp theo hệ thống, vì thế người sử dụng có thể nhìn thấy địa chỉ
này trên kết cấu của hệ thống. Ưu điểm mang tính quyết định của việc sắp xếp này là sử
dụng một mạng lưới có khả năng xử lí được mọi thông tin trong các doanh nghiệp.
Cùng mạng lưới, nhiều thông tin
Trong các giao thức khác nhau dựa trên kĩ thuật Ethernet (như EtherNet/IP và Modbus
TCP) sử dụng cùng một lớp địa chỉ vật lí và chúng có thể điều khiển được trên cùng hệ
cáp, chúng không nhất thiết phải liên thông với các địa chỉ khác nhau. Nhiều thông tin và
các giao thức viễn thông xác định rõ sự khác biệt của mỗi hệ thống này, vì thế loại thiết
bị Modbus TCP không thể liên kết với thiết bị EtherNet/IP. Điều này có thể ví như
trường hợp hai người cố gắng nói chuyện với nhau nhưng nói bằng hai loại ngôn ngữ
khác nhau – trong đó cả hai cùng sử dụng một đường dây âm thanh, nhưng các qui tắc về
ngôn ngữ của họ không giống nhau. Một hạn chế khác của mạng Ethernet là nó không có
khả năng liên kết nguồn với các tín hiệu trên cùng một đường cáp quang.
Lớp địa chỉ vật lí của mạng Ethernet tạo điều kiện thuận lợi cho việc trao đổi khối lượng
lớn dữ liệu và cho phép một số thiết bị kết nối với các thiết bị khác qua một khoảng cách
rất lớn. Độ rộng băng thông của hệ thống mạng này khoảng 100Mbaud, nó có thể điều
khiển số lượng lớn dữ liệu dư thừa và truy cập tốc độ nhanh tới các thiết bị cá nhân. Tuy

nhiên, hầu hết lượng dữ liệu luân chuyển này đều phải được ưu tiên và sự ưu tiên này
được thiết lập thông qua bộ chuyển đổi Ethernet.
Không giống với các mạng lưới cấp
thấp, mỗi thiết bị sử dụng mạng
Ethernet phải được kết nối thông qua
một bộ chuyển đổi để đưa các thiết bị
truy cập vào mạng lưới đang sử dụng.
Điều này được biết như một chuẩn
mực trong mô hình tô-pô. Các bộ
chuyển đổi này bao gồm yếu tố phần
mềm để phân chia dữ liệu, giới hạn
băng thông tới vùng ưu tiên cho phép
duy nhất các dữ liệu theo yêu cầu
được phép truyền với tốc độ cao. Có quan điểm cho rằng mạng Ethernet là bộ phận ít đắt
tiền hơn so với mạng cấp độ thấp, chi phí phải tốn thêm cho các bộ chuyển đổi còn nhiều
hơn so với lợi ích thu được từ mạng Ethernet. Thực tế này cho thấy, thời gian bổ sung
khi định dạng các địa chỉ của thiết bị truy cập trên hệ thống sẽ lâu hơn và mỗi thiết bị có
phần lõi riêng biệt, phần này sẽ nối trực tiếp thông qua bộ chuyển đổi. Điều này chứng
minh khả năng tương thích và tính ưu việt của hệ thống mạng Ethernet với các hệ thống
mạng phức tạp khác, và cả những hệ thống máy móc thiết bị cung cấp dữ liệu trọng điểm
trong các phân xưởng và nhà máy lớn.
Mặc dù việc sử dụng mạng Ethernet như một mạng lưới duy nhất và thông suốt trong hệ
thống các phân xưởng mang lại nhiều lợi ích đáng kể, nhưng hệ mạng cấp thấp vẫn còn
nhiều ứng dụng nổi trội trong sản xuất công nghiệp. Nhận định trước hết dựa trên thực tế
về sự đa dạng phong phú của các sản phẩm thích ứng với các hệ thống máy móc thiết bị
khác nhau khi sử dụng hệ mạng cấp độ thấp và kĩ thuật sử dụng cũng tương thích với các
hệ thiết bị máy móc.
Mạng lưới cấp thấp cũng cho phép sử dụng một đường truyền tô-pô, ở đó các thiết bị có
thể kết nối với tất cả các thiết bị khác (theo dãy hoặc chuỗi) khác với mạng Ethernet buộc
phải sử dụng bộ chuyển đổi và các đường dây phụ. Một số người sử dụng tốc độ truy cập

nhanh thay thế cho việc thiết lập trạng thái làm giảm bớt thời gian kết nối với các địa chỉ

của mỗi thiết bị thành phần và như thế sẽ giảm bớt chi phí phụ. Xét về cơ bản thì người
sử dụng phải xác định điều gì là quan trọng hơn: đó là việc cho phép các dữ liệu truy cập
với tốc độ nhanh tại mọi thời điểm, tại mọi nơi trên toàn thế giới, hay việc lựa chọn phổ
cập sản phẩm và giảm bớt vốn đầu tư ban đầu.
Lựa chọn tốt nhất cho tất cả các hệ thống
Giờ đây người sử dụng có cơ hội trải nghiệm hệ thống tốt nhất trong các hệ thống mạng
lưới bằng cách thuê một số cổng kết nối có nhiệm vụ gửi các dữ liệu cấp thấp lên đường
truyền mạng Ethernet. Giải pháp này đặc biệt hữu ích cho phần lớn các công ty hiện tại
đang sử dụng mạng lưới cấp độ thấp thông qua hệ chuyển đổi thông thường, tuy nhiên, hệ
này phải bao gồm cả những đường liên kết của mạng Ethernet và sau đó cho phép dữ liệu
truy cập tới bộ chuyển đổi làm việc trực tiếp với hệ thống mạng này khi nó đang kết nối
với đường truyền Ethernet. Hơn nữa người sử dụng có thể tiếp cận các loại dữ liệu thành
phần thông qua máy tính cá nhân trên đường Internet mà không cần địa chỉ IP cho mỗi
thiết bị.
Một sự tiến bộ khác tích hợp trong hệ thống là các mô-đun đầu vào và đầu ra được sử
dụng trong các bộ chuyển đổi Ethernet. Việc hợp nhất giữa bộ chuyển đổi này và các mô-
đun phủ nhận các yêu cầu kết nối của tất cả các thiết bị với bộ chuyển đổi Ethernet riêng
biệt, điều này cũng cho phép thiết bị kết nối với đường truyền tô-pô. Kĩ thuật này hay các
kĩ thuật khác đã và đang dần dần trở nên phát triển hơn, hoàn thiện hơn giúp cho người
sử dụng có thể vượt qua những rào cản và hạn chế khi sử dụng hệ thống Ethernet. Ngoài
ra, hiện nay chúng còn cho phép ngày càng nhiều các công ty tận dụng cơ hội thu lợi
nhuận từ việc sử dụng Ethernet trong môi trường tự động hóa.
Ethernet đang ngày càng trở thành mạng lưới được ưa thích với nhiều ứng dụng điều
khiển trong công nghiệp cao cấp. Với mạng lưới mang tính công nghiệp này, dữ liệu
trong mọi quá trình có thể kết nối một cách nhanh chóng tới các máy tính cá nhân hay hệ
PLC ở bất cứ đâu trên thế giới.