BÁO CÁO HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP GIỚI THIỆU VỀ PROFINET

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC  BÁO CÁO HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP Đề tài: GIỚI THIỆU VỀ PROFINET GVHD : PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG SVTH : PHẠM TRƯỜNG GIANG_CB110615 TRẦN PHƯƠNG NHUNG_CB110620 Lớp : 11BKTĐT Hà Nội, tháng 6 năm 2012 2 Mục lục 3 Lời mở đầu Công nghệ tự động hóa đang trải qua những thay đổi liên tục do những tiến bộ ngày càng nhanh chóng trong việc nghiên cứu và phát triển sản phẩm. Việc sử dụng các kỹ thuật Fieldbus (một họ các giao thức mạng máy tính trong công nghiệp) trong những năm gần đây tiêu biểu cho sự đổi mới rõ ràng trên. Những công nghệ này cho phép chuyển đổi các hệ thống tự động hóa từ hệ thống trung tâm thành hệ thống phân cấp. Trong lĩnh vực này, có thể nói PROFIBUS chính là một trong những chuẩn chung nhất và đã dẫn đầu thị trường trong hơn 15 năm. Hơn thế nữa, công nghệ thông tin (CNTT) đang ngày càng được ứng dụng sâu hơn vào hệ thống tự động hóa (HTTĐH). Với những chuẩn của mình như TCP/IP hay XML, CNTT tin đang thay đổi hoàn toàn HTTĐH. Tích hợp CNTT vào TĐH đem lại những ưu thế lớn về truyền thông giữa HTTĐH với việc điều khiển, phân tích hệ thống và các dịch vụ mạng rộng lớn. Những chức năng này chính là một mảng của PROFINET. PROFINET, giải pháp Ethernet công nghiệp của PI, đã tiếp tục có thể phát triển trong năm khó khăn 2009 – so với 460.000 thiết bị năm 2008. Kết quả, về cơ bản đã lên đến 2.1 triệu thiết bị. Xu hướng cho thấy thị trường PROFINET đã không bị ảnh hưởng xấu khủng hoảng kinh tế, ngược lại còn theo chiều hướng tốt hơn. PI xem nó như là một thành công lớn. Jörg Freitag, chủ tịch PI, cũng nhìn thấy tiềm năng phát triển lớn trong tương lai: “ Trong khủng hoảng kinh tế, để thu được hơn 10% sản lượng bán ra so với 2008 là một dấu hiệu phát triển tốt của PROFINET. Các giải pháp Ethernet cung cấp cho người dùng giá trị gia tăng và nó càng tăng hơn nữa với các giải pháp tiết kiệm năng lượng “PROFIenergy”. Không có gì nghi ngờ về tương lai tươi sáng của PROFINET.” Số lượng các sản phẩm PROFIBUS bán ra thị trường thế giới tăng 3.1 triệu với tổng các thiết bị hiện nay là 31.4 triệu. Jörg Freitag giải thích: “Công nghiệp tự động hóa đã vượt qua khủng hoảng kinh tế trong năm 2009. Lượng các thiết bị lắp đặt tăng 11% so với năm 2008. Đó là một thành công chính khác của PI và công nghệ mạng”. Có tất cả 31.4 triệu thiết bị, 5.1 triệu đã được sử dụng trong các quá trình tự động hóa trong nhà máy. Kết quả, PROFIBUS đóng một vai trò quan trọng trong công nghiệp. PA Profile V3.02 sẽ nhanh chóng đưa PROFIBUS vào hơn nữa trong các quá trình tự động hóa công nghiệp, vì nó có nhiều đặc tính quan trọng có lợi cho người dùng cuối. 220,000 thiết bị PROFIsafe được bán ra năm 2009 bằng với lượng sản phẩm bán ra trong năm trước. Với lắp đặt cơ bản 850.000 thiết bị, PROFIsafe đã khẳng định vị trí hàng đầu các hệ thống truyền thông công nghiệp mạng. 4 1. Giới thiệu PROFINET là một chuẩn mở của HTTĐH dựa trên nền tảng Ethernet công nghiệp. PROFINET cung cấp những chức năng như tự động phân phối, tích hợp các thiết bị có sẵn, các hoạt động điều hành, các ứng dụng thời gian thực (như điều khiển chuyển động). Thêm vào việc sử dụng CNTT, việc bảo vệ sự đầu tư cũng đóng vai trò quan trọng đối với PROFINET. PROFINET cho phép tích hợp các hệ thống có sẵn như PROFIBUS mà không cần phải thay đổi các thiết bị khác trong hệ thống. Điều này đảm bảo việc đầu tư vào các thiết bị không trở nên lãng phí do việc không tương thích với nhau. Profinet có thể đáp ứng được tất cả những yêu cầu về mặt CNTT của HTTĐH. Toàn bộ những kinh nghiệm của Profibus trong nhiều năm về việc chuẩn hóa đã được chuyển giao cho Profinet. Việc sử dụng chuẩn mở, những khả năng xử lý đơn giản, và khả năng tích hợp nhiều hệ thống có sẵn đã được định nghĩa ngay từ đầu trong Profinet. Profinet hiện được tích hợp trong IEC 61158. Một trong những điểm mạnh của Profinet là có tầm nhìn dài hạn trong việc phát triển công nghệ. Nhờ đó, chi phí phát sinh bởi hệ thống máy móc trong quá trình cài đặt, khởi động và vận hành được giảm xuống tối đa. Điểm mạnh của Profinet chính là giúp cho việc mở rộng sự kết nối máy móc trở nên dễ dàng hơn nhiều, đồng thời việc hoạt động hoàn toàn độc lập, không phụ thuộc vào nhau. Những sản phẩm của Profinet được chứng nhận đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng cao từ tổ chức người dùng Profibus. 5 2. Tổng quan về Profinet 6 2.1. Tổn g qu an Profinet là tiêu chuẩn tự động hóa của Profibus và Profinet quốc tế (PI). Profinet tương thích hoàn toàn với chuẩn Ethernet của IEEE.Với Profinet, những yêu cầu tối thiểu về truyền thông dữ liệu cần được thiết lập tự động như sau: _ 100 Mbps dữ liệu dùng dây đồng hoặc cáp quang (100 Base TX và 100 Base FX) _ Chuyển mạch Ethernet _ Tự động cân bằng giữa các thông số truyền _ Switch có tính năng tự động gửi và nhận _ Kết nối không dây (Wlan và Bluetooth) Profinet sử dụng giao thức UDP/IP cho các lệnh giao tiếp dữ liệu. UDP có đặc tính không bảo mật, không bảo đảm tin cậy trong truyền broadcast khi kết hợp với IP. Song song với việc sử dụng UDP/IP, các vòng giao tiếp dữ liệu trong Profinet dựa trên khái niệm thời gian thực có khả năng mở rộng. 7 2.2. Ưu điể m Bốn ưu điểm chính của Profinet là: _ Hiệu năng: Tự động hóa trong thời gian thực _ An toàn: Truyền thông đảm bảo an toàn _ Phân tích: Do vận hành nhanh chóng và khả năng xử lý sự cố hiệu quả _ Đầu tư hiệu quả: Tích hợp liền mạch các hệ thống fieldbus Ngoài ra, Profinet còn cung cấp các chứng năng sau: _ Thiết bị có thể thay thế mà không cần dùng đến công cụ ES _ Khả năng về mặt kỹ thuật _ Các thông số của từng thiết bị đều được bảo vệ và tách biệt không chịu ảnh hưởng bởi các thiết bị khác _ Tạo ra một sơ đồ topo của thiết bị _ Quản lý thiết bị _ Truyền tải dữ liệu chính xác theo thời gian _ Cung cấp hệ thống dự phòng _ Dễ dàng thay thế thiết bị 8 2.3. Chu ẩn hóa Profinet IO đã được giới thiệu trong IEC 61158. IEC 61784 giới thiệu về các tập con của đặc tính dịch vụ được áp dụng cho Profinet. Khái niệm Profinet được định nghĩa gần gũi cho người dùng cuối, thêm vào chuẩn giao thức Ethernet được định nghĩa trong IEEE 802. 9 2.4. Phạ m vi ứn g dụ ng của Profi net Profinet đáp ứng được tất cả yêu cầu của TĐH. Nhiều năm kinh nghiệm của Profibus và sự mở rộng của Ethernet công nghiệp đã và đang tiếp tục được đưa vào Profinet. Việc sử dụng các chuẩn CNTT, xử lý đơn giản, và việc tích hợp các hệ thống sẵn có đã dẫn đến định nghĩa Profinet ngay từ đầu. Hình dưới đây cho thấy phạm vi ứng dụng của Profinet. Có thể kể đến một số ứng dụng chính sau đây: _ Quá trình tự động hóa _ Ứng dụng vận chuyển _ Tích hợp nền web _ Quản lý dữ liệu _ Fieldbus _ Kết nối không dây _ Điều khiển từ xa _ Truyền thông thời gian thực _ Bảo mật dữ liệu _ Kiểm tra và chứng thực _ Tự động phân phối _ Điều khiển chuyển động Hiện nay có rất nhiều nơi sử dụng Profinet, trong đó có một số ví dụ như sau: _ Một khu giải trí tại Thụy Điển đang sử dụng mạng không dây PROFINET và PROFIBUS để điều khiển một khoang vận chuyển 80 người lên đỉnh của tòa tháp 10 [...]... khiển đa hệ thống và độ sẵn sàng của hệ thống cao hơn Các tính năng mới cũng cung cấp chức năng chuẩn đoán được cải thiện thông qua các trang web định dạng người dùng và hỗ trợ chế độ đẳng thời thông qua PROFINET Với tính năng Shared Device , một vài bộ điều khiển có thể tiếp cận thiết bị vào ra hỗ trợ PROFINET như hệ thống I/O phân tán Điều này làm cho việc cấu hình hệ thống dễ dàng hơn, ví dụ như trong... xuất ra các hệ thống TĐH phân tán Điều này có thể được thực hiện nhờ Profinet bằng việc tách các đơn vị máy móc ra thành các module công nghệ tách biệt với nhau 15 3.1 Cácmoduleônghệ Chức năng của một thiết bị TĐH là sản xuất theo một phương thức đã được định nghĩa sẵn, dưới tác động của cơ khí, điện, và các khối điều khiển logic của phần mềm Theo nguyên tắc này, Profinet định nghĩa các vấn đề về: _ Cơ... có thể thấy hệ thống gồm 2 phần chính là: _ Profinet CBA (Component Based Automation): Là hệ thống TĐH dựa trên các thành phần tách biệt nhau, được thiết kế phù hợp cho việc truyền thông giữa các thành phần thiết bị, với yêu cầu phải đáp ứng được những vấn đề về thời gian Thiết kế này có đặc điểm là đơn giản cho máy móc và dựa trên sự phân phối một cách hợp lý sử dụng đồ họa thiết kế _ Profinet IO... vấn đề về: _ Cơ khí _ Điện _ Phần mềm điều khiển logic cho một module công nghệ Một module công nghệ là một module được mô hình hóa bởi một thành phần phần mềm – thành phần Profinent 16 2.3 Quátrìnhiếkcàpầ Các thành phần được tạo thành theo hình ảnh các module công nghệ Các thiết bị được lập trình và cấu hình ngay từ đầu với các công cụ được cung cấp bởi nhà sản xuất thiết bị Theo cách đó, các chương... ra: Các thiết bị được kết nối với Profinet IO 13 2.6 Profinetvàsựphụuộcờga Bên trong Profinet IO, quá trình xử lý dữ liệu và cảnh báo luôn luôn được truyền đi theo thời gian thực Khái niệm thời gian thực trong Profinet dựa trên định nghĩa của IEEE và IEC đối với việc tra đổi dữ liệu vào ra hiệu suất cao Việc liên lạc thời gian thực tao thành cơ sở cho truyền dữ liệu của Profinet IO Các dữ liệu thời gian... truyền thông chung Bộ điều khiển IO-Controller có khả năng làm việc giống như bộ điều khiển và I-Device cùng lúc Giao thức Media Redundancy Protocol (MRP, IEC 62439) làm tăng tính sãn sàng của nhà máy Điều này đòi hỏi cơ sở hạ tầng mạng xây dựng theo cấu trúc mạch vòng (ring topology) sử dụng các bộ chuyển mạch Ethernet công nghiệp hoặc thông qua 20 giao diện PROFINET được tích hợp trên bộ điều khiển PROFINETvà... được tích hợp trên bộ điều khiển PROFINETvà các hệ thống I/O phân tán Nếu truyền thông bị ngắt trong 1 phân đoạn của mạch vòng thì chỉ phân đoạn này bị ảnh hưởng mà không gây ngừng hoạt động của nhà máy Điều này có nghĩa là việc bảo trì và sửa chữa có thể được thực hiện mà không chịu áp lực về thời gian Giao thức MRP đảm bảo thời gian cấu hình lại hệ thống nhỏ hơn 200 ms Với các tính năng mới này,... mới của PROFINET làm cho các tác vụ tự động hóa linh hoạt và hiệu quả hơn Hiện có các tính năng mới trên thị trường như Shared Device, Intelligent Device (I-Device) và Media Redundancy Protocol (MRP) Những tính năng này làm cho cấu hình hệ thống thuận tiện và dễ dàng hơn, chẳng hạn trong các ứng dụng đảm bảo an toàn, kiến trúc hình mạng đơn giản và phức tạp hơn với các bộ điều khiển đa hệ thống và... thực hiện khả năng phân tán thông minh tại thiết bị cấp trường 21 Tham khảo 1 http://iavietnam.net/detailnews/M45/N254 /profinet- hien-nay-co-21-trieu-thiet-bitren-thi-truong-so-nut-profibus-cung-tang-len.htm 2 http://www.iavietnam.net/detailnews/M61/N551 /profinet- la-nhat.htm 3 Profinet System Description - Open Solutions for the World of Automation 4 Principles and Features of PROFINET 5 http://iavietnam.net/detailnews/M45/N112/cap-nhat-cong-nghe... này tiết kiệm tối ưu hóa trong thời gian vài giây _ IO Thiết bị công bố của họ sẵn sàng để thiết lập thông tin liên lạc thay vì phải chờ đợi cho IO để kiểm soát hoặc tìm kiếm Nó có thể lưu bộ nhớ một trong hai cách sau Những cải tiến loại bỏ bất kỳ giao thức đặc trưng cho sự chậm trễ Hơn nữa khi bắt đầu lên của một thiết bị có thể được thông qua tối ưu hóa việc sử dụng phù hợp với phần cứng Đầy đủ chi . TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC  BÁO CÁO HỆ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP Đề tài: GIỚI THIỆU VỀ PROFINET GVHD : PGS.TS. NGUYỄN VĂN KHANG SVTH : PHẠM TRƯỜNG GIANG_CB110615 TRẦN. khẳng định vị trí hàng đầu các hệ thống truyền thông công nghiệp mạng. 4 1. Giới thiệu PROFINET là một chuẩn mở của HTTĐH dựa trên nền tảng Ethernet công nghiệp. PROFINET cung cấp những chức năng. tính trong công nghiệp) trong những năm gần đây tiêu biểu cho sự đổi mới rõ ràng trên. Những công nghệ này cho phép chuyển đổi các hệ thống tự động hóa từ hệ thống trung tâm thành hệ thống phân