BÁO cáo môn học hệ THỐNG THÔNG TIN CÔNG NGHIỆP đặc điểm và tính năng của PROFINET

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC BÁO CÁO MÔN HỌC HỆ THỐNG THÔNG TIN CƠNG NGHIỆP Đặc điểm tính PROFINET ( Principles and Features of PROFINET) Giảng viên: Học viên Lớp KTVT16A: MỤC LỤC MỞ ĐẦU 102.1 Giới thiệu 102.2 PROFINET 102.3 Thiết bị phân tán 102.4 Tự động hóa phân phối .10 102.5 Truyền thông PROFINET 14 102.6 Kỹ thuật cài đặt PROFINET .17 102.7 Tích hợp IT .19 102 Tích hợp Hệ thống trạm trường .22 102 PNO Offer .24 LỜI CẢM ƠN 28 MỞ ĐẦU Trước trình bày vấn đề nghiên cứu chủ đề lần này, nhóm xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Văn Khang tận tình hướng dẫn, cung cấp kiến thức, thơng tin, tài liệu hữu ích để nhóm hồn thiện phần nghiên cứu Với ba triệu điểm lắp đặt, PROFINET từ lâu trở thành tính quen thuộc tự động hóa sản xuất xu hướng ứng dụng kỹ thuật PROFINET thu hút quan tâm ngành công nghiệp thực phẩm nước giải khát số lượng lớn quy trình thượng nguồn hạ nguồn Các ngành cơng nghiệp hóa chất, dầu khí dược phẩm bày tỏ quan tâm đến công nghệ PROFINET PROFIBUS PA sử dụng rộng rãi nhà máy lĩnh vực công nghiệp khác Tuy nhiên, hệ thống giao tiếp tích hợp PROFINET thực cần thiết để kích hoạt tính tích hợp tập trung thơng số q trình nhà máy với ứng dụng hạ nguồn kết hợp q trình riêng lẻ điền đầy đóng gói Vì lý mà PI (PROFIBUS & PROFINET International) thiết lập nhóm làm việc bao gồm cơng ty sản xuất (ABB, Emerson, Endress+Hauser, Pepperl+Fuchs, Siemens, Softing, Stahl, Yokogawa) với nhiệm vụ ban đầu xác định đặc điểm cụ thể các ngành công nghiệp q trình Ngồi ra, để đáp ứng đề xuất NAMUR (một hiệp hội người sử dụng toàn cầu cơng nghiệp q trình) Bên cạnh việc mở rộng chu kỳ sản xuất, vận hành nhà máy liên tục, cấu chấp hành cảm biến phức hợp thử thách số lượng thiết bị (lên đến 100000 tín hiệu I/O) Trước tình hình đó, nhóm giao thực nghiên cứu đề tài “Đặc điểm tính PROFINET” 102.1 Giới thiệu Cơng nghệ tự động hóa trải qua thay đổi liên tục chu kỳ đổi ngày ngắn cho sản phẩm Việc sử dụng công nghệ bus năm gần đại diện cho đổi đáng kể Nó cho phép dịch chuyển hệ thống tự động hóa từ tập trung vào hệ thống phân cấp Về vấn đề này, PROFIBUS thiết lập tiêu chuẩn 15 năm Hơn nữa, cơng nghệ tự động hóa ngày nay, công nghệ thông tin (CNTT) với tiêu chuẩn thiết lập, chẳng hạn TCP/IP XML, mệnh lệnh ngày thay đổi Tích hợp cơng nghệ thơng tin vào tự động hóa mở tiến đáng kể việc lựa chọn giao tiếp hệ thống tự động hóa, cấu hình cách chuẩn đoán, chức dịch vụ mở rộng Các chức thành phần cố định PROFINET từ đầu PROFINET tiêu chuẩn mở cho tự động hóa cơng nghiệp dựa Ethernet cơng nghiệp PROFINET cho phép tự động hóa phân phối, tích hợp thiết bị có, hoạt động yêu cầu, ứng dụng thời gian quan trọng (như kiểm sốt chuyển động) Ngồi việc sử dụng cơng nghệ IT, bảo hộ đầu tư đóng vai trò quan trọng với PROFINET PROFINET cho phép hệ thống bus trường có PROFIBUS tích hợp mà không sửa đổi với thiết bị có Điều bảo vệ khoản đầu tư nhà khai thác nhà máy, công ty máy móc/xây dựng nhà máy, nhà sản xuất thiết bị u cầu cơng nghệ tự động hóa bao phủ hồn tồn PROFINET Đó chuyển năm nhiều kinh nghiệm lĩnh vực PROFIBUS đến PROFINET tiêu chuẩn hóa Việc sử dụng tiêu chuẩn mở, khả xử lý đơn giản, tích hợp thành đơn vị nhà máy xác định PROFINET từ đầu PROFINET tích hợp IEC 61158 102.2 PROFINET Thiết bị phân tán (PROFINET IO) Thiết bị trường đơn giản tích hợp PROFINET sử dụng PROFINET IO mô tả quan điểm IO quen thuộc PROFIBUS DP Các tính thiết yếu hội nhập việc sử dụng thiết bị trường phân cấp với đầu vào đầu liệu họ, xử lý chương trình người dùng PLC (Hình 102.1) PROFINET IO mơ tả mơ hình thiết bị để phân biệt khe kênh cách tương tự mơ hình cho PROFIBUS DP Các tài sản thiết bị mô tả tập tin mô tả dựa XML (GSD) Thiết bị PROFINET IO thiết kế cách sử dụng phương pháp tương tự mà từ lâu quen thuộc với nhà tích hợp hệ thống PROFIBUS DP Điều bao gồm phân công thiết bị lĩnh vực phân cấp cho điều khiển cấu hình liệu sản xuất sau trao đổi điều khiển thiết bị lĩnh vực giao Phân phối tự động hóa Hệ thống tự động phân phối thường bao gồm nhiều phần có hoạt động độc lập đối, phối hợp với tín hiệu sử dụng khác cho đồng hóa, điều khiển trình tự, thơng tin trao đổi, giao dịch Hình 102.1 Kiến trúc PROFINET IO Các mơ hình thành phần PROFINET đề cập đến môđun công nghệ Các mô-đun công nghệ tạo thành đơn vị chức thông minh Thông qua việc sử dụng công nghệ chứng minh lĩnh vực CNTT, chức tổng thể mơ-đun cơng nghệ gói gọn thành phần phần mềm liên quan thành phần mô đối tượng coi hộp đen Một giao diện thành phần công nghệ bên xác định theo thứ tự cho thành phần giao tiếp với thành phần khác hệ thống phân phối Một mô-đun công nghệ mơ tả PROFINET mơ hình thành phần sử dụng PROFINET mô tả hợp phần (PCD) PCD dựa XML sản xuất, máy phát điện thành phần cơng cụ cấu hình nhà sản xuất cụ thể PROFINET phần biên tập Kỹ thuật hệ thống tự động phân phối phân biệt lập trình logic điều khiển cho mơ-đun riêng cơng nghệ (cơng cụ cấu hình nhà sản xuất cụ thể) cấu hình kỹ thuật tồn hệ thống Một ứng dụng tồn hệ thống hình thành ba bước: tạo thành phần, thành phần kết nối, thông tin tải kết nối Truyền thơng Thơng số, liệu cấu hình thơng tin kết nối mà quan trọng thời gian chuyển giao PROFINET qua kênh tiêu chuẩn dựa TCP/UDP IP Điều đáp ứng điều kiện tiên mức tự động hóa với mạng khác (MES, ERP) Để chuyển liệu trình nhà máy sản xuất, kênh thời gian thực có sẵn Kênh thực phần mềm sở điều khiển có Cài đặt hệ thống Cài đặt mạng PROFINET hướng tới yêu cầu cụ thể cho mạng Ethernet môi trường công nghiệp Các "Phướng dẫn lắp đặt" cung cấp kỹ sư xây dựng nhà máy vận hành nhà máy với quy tắc đơn giản để cài đặt mạng Ethernet cáp kèm Hướng dẫn cung cấp cho nhà sản xuất thiết bị với thông số kỹ thuật rõ ràng cho giao diện thiết bị Tích hợp IT Việc quản lý mạng lưới bao gồm chức để quản lý thiết bị PROFINET mạng Ethernet Điều bao gồm cấu hình thiết bị, cấu hình mạng, chẩn đốn mạng Trong trường hợp tích hợp web, PROFINET làm cho việc sử dụng công nghệ dựa Ethernet cho phép truy cập vào thành phần PROFINET công nghệ Internet chuẩn Để trì kết nối mở với loại hệ thống khác, PROFINET hỗ trợ OPC DA DX Tích hợp Bus Một khía cạnh quan trọng PROFINET chuyển đổi liền mạch từ giải pháp xe buýt lĩnh vực có PROFIBUS DP để PROFINET Ethernet-based Điều góp phần đáng kể vào việc bảo vệ khoản đầu tư nhà sản xuất thiết bị, kỹ sư hệ thống khí xây dựng nhà máy, người dùng cuối (Hình 102.3)  Tích hợp thiết bị Bus trường phương tiện proxy: Các proxy người đại diện cho thiết bị mức thấp Ethernet Thông qua nguyên tắc proxy, PROFINET cung cấp trình chuyển đổi hoàn toàn suốt từ cho đơn vị nhà máy cài đặt  Tích hợp ứng dụng tồn Bus: Một đoạn bus trường đại diện cho thành phần khép kín Đại diện cho thành phần thiết bị PROFINET mà hoạt động Bus lĩnh vực PROFIBUS DP mức độ thấp Mechanical Intelligent field device Control software Hình 102.3 Hệ thống PROFIBUS 102.3 Thiết bị phân tán Các chức PROFINET IO phân biệt ba loại thiết bị: PN-IO điều khiển, thiết bị PN-IO, PNIO giám sát (Hình 102.4):  PN-IO điều khiển: PLC mà chương trình tự động chạy  Thiết bị PN-IO: thiết bị trường phi tập trung gán cho điều khiển PN-IO (như IO từ xa, thiết bị đầu cuối van, chuyển đổi tần số)  PN-IO giám sát: thiết bị máy tính Lập trình với vận hành chức chẩn đốn Dữ liệu chuyển giao điều khiển IO thiết bị IO phương tiện kênh sau:  Dữ liệu người dùng Cyclic qua kênh thời gian thực  Event-kích hoạt ngắt (chẩn đốn) thơng qua kênh thời gian thực  Giao thơng số cấu đọc thơng tin chẩn đốn thơng qua kênh tiêu chuẩn dựa UDP / IP Lúc đầu, mối quan hệ truyền thông gọi ứng dụng quan hệ (IO-AR) thiết lập điều khiển IO thiết bị IO dựa kênh UDP / IP mạch hở Sau đó, điều khiển IO chuyển liệu cấu hình cho thiết bị IO kênh thành lập Dựa liệu cấu hình: (1) chế độ hoạt động xác xác định, ví dụ, thiết bị IO xác định nhất, (2) tốc độ cao, chu kỳ hữu dụng trao đổi liệu thông qua thời gian thực kênh (IO-CR) bắt đầu Nếu chẩn đoán kiện xảy (chẳng hạn break dây), ngắt gửi đến điều khiển IO thông qua tốc độ cao, mạch hở thời gian thực kênh (gián đoạn CR) để chế biến chương trình PLC nằm điều khiển IO (Hình 102.5) Hình 102.4 Loại thiết bị PROFINET IO Hình 102.5 Giao tiếp PROFINET IO Mơ hình thiết bị Một mơ hình thiết bị đồng quy định cho thiết bị PROFINET IO Mơ hình hướng tới tính PROFIBUS DP mở rộng lợi tính tương lai (Hình 102.6) Một thiết bị có cấu hình mơ-đun IO gồm khe mơ-đun lắp Các module có chứa kênh q trình tín hiệu đọc đọc Đại diện thiết bị IO module giao diện, mà nhận liệu từ điều khiển IO chuyển tiếp đến mơ-đun thơng qua xe bt backplane Ngược lại, nhận q trình thơng tin chẩn đốn từ mô-đun thông qua xe buýt bảng nối đa chuyển tiếp thông tin để điều khiển IO Mỗi thiết bị IO nhận dạng thiết bị toàn cầu gán khuôn khổ PROFINET IO số thiết bị ID 32-bit chia thành định sản xuất 16-bit dạng thiết bị 16-bit ID thiết bị phân công tổ chức sử dụng PROFIBUS (PNO) Miêu tả thiết bị Mơ tả (GSD), có chứa tất thông tin cần thiết:      Thuộc tính thiết bị IO (ví dụ, thơng số liên lạc) Số loại Dữ liệu cấu hình cho mơ-đun riêng (ví dụ, 4-20 mA đầu vào tương tự) Các thông số mô-đun Văn lỗi cho chẩn đốn (ví dụ, nghỉ dây, ngắn mạch) XML sở mô tả cho GSD thiết bị PROFINET IO Vì XML chuẩn mở, rộng rãi, chấp nhận để mô tả liệu, công cụ thích hợp tài sản có nguồn gốc tự động có sẵn, bao gồm:  Sáng tạo xác nhận thơng qua cơng cụ tiêu chuẩn,  Tích hợp ngơn ngữ nước ngồi,  Thứ bậc cấu trúc Cấu trúc GSD tương ứng với ISO 15.745 bao gồm tiêu đề, mô tả thiết bị lớp ứng dụng (ví dụ, liệu cấu hình thơng số mơ-đun), thuộc tính truyền thơng mơ tả lớp truyền tải Hình 102.6 Mơ hình PROFINET IO tương đương với PROFIBUS DP Cấu hình trao đổi liệu Các tập tin mô tả thiết bị IO nhập vào công cụ cấu hình địa IO gán cho kênh IO cá nhân thiết bị trường Các địa đầu vào IO chứa giá trị trình nhận Các chương trình người dùng đánh giá xử lý giá trị Các chương trình người dùng tạo giá trị đầu IO xuất chúng đến q trình thơng qua địa đầu IO Ngồi ra, thơng số gán cho module IO cá nhân kênh công cụ cấu hình, ví dụ, 4-20 mA phạm vi cho kênh analog 10 Mơ hình PROFINET run-time định nghĩa chức tiện ích mà đòi hỏi phải phối hợp thành phần tự động để thực nhiệm vụ tự động Mơ hình thiết lập giám sát mối liên kết thành phần PROFINET cấu hình Mơ hình thời gian chạy PROFINET thiết lập mơ hình cung cấp dịch vụ người tiêu dùng, nhà cung cấp tạo gửi liệu người tiêu dùng tiếp nhận, xử lý liệu 102.5 Truyền thông PROFINET Việc sử dụng Ethernet PROFINET làm tăng khả mở rộng, với ba mức độ hiệu khác biệt sau: TCP / UDP IP cho liệu không nhạy cảm với thời gian, chẳng hạn tham số gắn kết liệu cấu hình SRT sử dụng cho liệu nhạy cảm với thời gian, dùng việc tự động IRT cho yêu cầu ứng dụng đặc biệt, chẳng hạn việc điều khiển chuyển động Ba mức hiệu suất truyền thông PROFINET bao gồm phổ ứng dụng tự động Các tiêu chuẩn truyền thông PROFINET đặc trưng điều sau:  Sử dụng đồng thời truyền thông thời gian thực TCP-based đường  Đồng việc sử dụng giao thức thời gian thực cho tất ứng dụng thành phần hệ thống phân phối cho truyền thông điều khiển thiết bị trường phân tán  Mở rộng khả truyền thông thời gian thực cho performant từ thấp đến cao, đẳng thời Khả mở rộng sở truyền thơng thống đại diện cho hai mạnh PROFINET Họ đảm bảo tính liên tục cho cấp quản lý doanh nghiệp thời gian đáp ứng nhanh q trình tự động hóa Truyền thơng chuẩn với TCP/UDP PROFINET sử dụng Ethernet TCP/UDP dùng IP làm sở cho truyền thông TCP/UDP với IP tiêu chuẩn truyền thông Tuy nhiên, với khả tương tác (VD, tương tác ứng dụng), thành lập kênh truyền thông phổ biến thiết bị trường, dựa TCP / UDP (lớp 4), không đủ TCP UDP tảng mà thiết bị Ethernet trao đổi liệu thông qua kênh vận chuyển mạng cục phân tán Vì vậy, thơng số kỹ thuật giao thức bổ sung cho TCP / UDP - gọi giao thức ứng dụng - yêu cầu Khả tương tác đảm bảo giao thức ứng dụng tương tự sử dụng thiết bị Giao thức ứng dụng điển hình SMTP (cho e-mail), FTP (truyền file), HTTP (được sử dụng Internet) 15 Truyền thông thời gian thực Các ứng dụng thời gian thực tự động hóa sản xuất địi hỏi phải cập nhật, thời gian đáp ứng, khoảng 5-10 ms Thời gian cập nhật tương ứng với thời gian trơi qua biến tạo ứng dụng thiết bị, sau gửi đến thiết bị ngang hàng thông qua hệ thống thông tin liên lạc, sau nhận cập nhật ứng dụng Đối với thiết bị, việc triển khai truyền thông thời gian thực gây tải trọng nhỏ vi xử lý để thực chương trình dùng tiếp tục ưu tiên Từ kinh nghiệm, trường hợp Fast Ethernet (100 Mb/giây Ethernet), tốc độ truyền tải đường dây theo tỷ lệ thực thiết bị bỏ qua Hầu hết thời gian bị tiêu tốn ứng dụng Thời gian cần để cung cấp liệu cho ứng dụng nhà cung cấp không chịu ảnh hưởng truyền thông Điều áp dụng để xử lý liệu nhận người tiêu dùng Kết là, cải tiến đáng ý cập nhật hiệu suất thời gian thực thu chủ yếu thơng qua việc tối ưu hóa ngăn xếp truyền thông nhà cung cấp người tiêu dùng Hình 102.13 Các kênh truyền PROFINET RT Để đáp ứng nhu cầu thời gian thực tự động hóa, PROFINET sử dụng kênh giao tiếp thời gian tối ưu hóa (Hình 102.13) Kênh triển khai Ethernet (lớp 2) Các giải pháp giảm thiểu đáng kể thời gian throughput ngăn xếp truyền thông làm tăng hiệu suất tốc độ cập nhật liệu Bằng cách bỏ bớt vài tầng giao thức, chiều dài khung thơng báo giảm Bởi khơng bao gồm tiêu đề lớp bổ sung, liệu truyền từ nhà cung cấp gửi sớm hơn, có sẵn trước để ứng dụng vào phía người tiêu dùng Đồng thời, điều giảm tải đáng kể cho xử lý thiết bị tham gia q trình truyền thơng tin Tối ưu hóa truyền liệu thơng qua việc ưu tiên Ngồi việc tối ưu lớp thiết bị tự động truyền thông, việc truyền liệu mạng tối ưu hóa PROFINET Để đạt kết tối ưu, gói tin ưu tiên PROFINET theo chuẩn IEEE 802.1Q Các thành phần mạng sử dụng ưu tiên để kiểm soát luồng liệu thiết bị Các ưu tiên tiêu chuẩn cho thời gian thực 16 liệu dựa Prio Như vậy, ưu tiên xử lý ứng dụng khác,chẳng hạn điện thoại Internet, đảm bảo họ sử dụng Prio IRT Các giải pháp trình bày khơng đáp ứng đầy đủ ứng dụng điều khiển chuyển động Những ứng dụng đòi hỏi tốc độ cập nhật khoảng ms với jitter cho chu kỳ cập nhật liên tục μsec cho trường hợp liên quan đến 100 trạm Để đáp ứng yêu cầu này, PROFINET xác định thời gian điều khiển slot cho trình truyền IRT lớp Fast Ethernet Điều có nghĩa thiết bị biết xác thời gian khe mà phép gửi liệu xe bus Thơng qua đồng hóa thiết bị liên quan (các thành phần mạng thiết bị PROFINET) với độ xác trên, khe thời gian xác định liệu quan trọng cho việc tự động chuyển giao Các chu trình truyền thơng chia thành phần xác định phần mở Các khung thời gian thực cyclic truyền kênh xác định, khung TCP/IP chuyển kênh mở Truyền thông PROFINET IO Đối với PROFINET IO, RPC dựa UDP/IP sử dụng giai đoạn khởi động cho việc bắt đầu trao đổi liệu thiết bị, thông số gắn kết thiết bị trường phân tán, chẩn đốn Thơng qua giao thức mở, chuẩn hóa RPC, trạm HMI hệ thống kỹ thuật (IO giám sát) truy cập vào thiết bị PROFINET IO Các PROFINET kênh thời gian thực sử dụng để truyền liệu người dùng báo động Trong cấu hình IO điển hình, có điều khiển IO trao đổi liệu người dùng theo chu kỳ phương tiện mối quan hệ giao tiếp thành lập giai đoạn khởi động với nhiều thiết bị trường phân phối (các thiết bị IO) Trong chu kỳ, liệu đầu vào gửi từ thiết bị lĩnh vực phân công điều khiển IO và, ngược lại, liệu đầu gửi lại cho thiết bị trường thích hợp Các mối quan hệ giao dõi cách theo dõi thông điệp theo chu kỳ Nếu, ví dụ, thơng điệp theo chu kỳ thất bại ba chu kỳ, điều khiển IO công nhận thiết bị IO tương ứng thất bại Các lớp truyền tải liệu PROFINET định nghĩa IEEE 802.3, mơ tả việc thiết kế giao thức cố giám sát Một khung thông báo sử dụng liệu bao gồm tối thiểu 64 byte tối đa 1500 byte Các giao thức tổng thể cho thời gian thực liệu 28 byte Giao tiếp module công nghệ TCP / IP DCOM tạo thành "ngôn ngữ" phổ biến mà sử dụng để bắt đầu giao tiếp thiết bị trường hợp Sau PROFINET kênh thời gian thực sử dụng để giao tiếp thời gian thực máy riêng biệt ứng dụng thời gian quan trọng Trong cơng cụ cấu hình, người dùng chọn thời gian cập nhật, gọi chất lượng dịch vụ, để xác định xem giá trị chuyển giao thành phần theo chu kỳ hoạt động có thay đổi Một vận chuyển cyclic thuận lợi cho việc cập nhật thường xuyên kể từ kiểm tra thay đổi thừa nhận xử lý cyclic gửi (Hình 102.14) 17 Hình 102.14 Truyền thơng PROFINET thành phần thiết bị IO PROFINET 102.6 Kỹ thuật cài đặt PROFINET Các tiêu chuẩn quốc tế ISO / IEC 11801 (tương đương châu Âu EN 50.173) xác định thông tin định hướng kết nối mạng tiêu chuẩn ứng dụng cho cho tòa nhà Các nội dung hai tiêu chuẩn giống hệt Cả hai tiêu chuẩn giả định tòa nhà tương tự mơi trường văn phịng có quyền yêu cầu để trở thành ứng dụng trung lập Các yêu cầu cụ thể sau cho mạng Ethernet môi trường công nghiệp không đưa vào xem xét hai tiêu chuẩn:  Cáp định tuyến  Mức độ cá nhân mạng cho máy/cây  Cấu trúc mạng tuyến tính  Cáp cơng nghiệp kết nối với yêu cầu đặc biệt cho EMC, nhiệt độ, độ ẩm, bụi, chống rung Hình 102.15 Cấu trúc mạng Ethernet hệ thống văn phịng Hình 102.16 Sự khác cài đặt cáp hệ thống văn phòng hệ thống tự động 18 Vì lý này, "Cơng nghệ truyền cáp PROFINET " hướng dẫn xác định cài đặt cáp công nghiệp cho ứng dụng "Fast Ethernet" dựa yêu cầu IEC 11801 (Hình 102,15 102,16) Lắp đặt cáp PROFINET Lắp đặt cáp đồng Lắp đặt PROFINET với cáp đồng đối xứng (xoắn đôi) 100BASE-TX với tốc độ truyền tải 100 Mbits (Fast Ethernet) Các phương tiện truyền dẫn cặp cáp xoắn, cáp đồng bọc (xoắn đôi) với trở kháng đặc tính 100 Ω Các thành phần riêng phải đáp ứng loại yêu cầu theo tiêu chuẩn IEC 11801 Các đường truyền tổng thể phải đáp ứng yêu cầu lớp D theo tiêu chuẩn IEC 11801 Kết nối tháo rời sản xuất sử dụng RJ45 hệ thống kết nối M12 Ổ cắm sử dụng kết nối thiết bị Cáp kết nối (cáp kết nối thiết bị, cáp marshaling) cung cấp với phích cắm phù hợp hai đầu Một thành phần mạng lưới hoạt động sử dụng để kết nối tất thiết bị Để đảm bảo lắp đặt đơn giản tốt, cáp truyền dẫn xác định giống hệt hai đầu Cáp kết nối đáp ứng chức cáp lắp ráp với hai đầu giống hệt (Hình 102.17) Chiều dài đoạn tối đa 100 m Hình 102.17 Các mạng Ethernet môi trường công nghiệp Lắp đặt cáp quang PROFINET hoạt động với sợi quang đa/đơn mode Tín hiệu truyền qua sợi quang phù hợp với chuẩn 100BASE-FX, tốc độ truyền tải 100 Mbits Các giao diện quang học theo tiêu chuẩn ISO/IEC 9314-3 (đa) ISO/IEC 9314-4 (đơn mode) Đối với ứng dụng bên để tủ điều khiển, vỏ phải đáp ứng yêu cầu áp dụng thời điểm sử dụng (cơ khí, hóa chất, nhiệt) Chiều dài đoạn tối đa km (đa mode), 14 km (đơn mode) Đầu cắm Connectors Đầu cắm cho M12 cho RJ45 có sẵn PROFINET (Hình 102.18) 19 RJ45 hay sử dụng tủ điều khiển PROFINET Nó tương thích với kết nối văn phịng Đầu cắm để tủ điều khiển đặc biệt phải phù hợp yêu cầu công nghiệp Các loại RJ45 IP65 IP67 loại M12 sử dụng trường hợp (Hình 102.19) Kết nối cáp quang thực theo tiêu chuẩn ISO/IEC 11801, tốt với hệ thống kết nối duplex SC Hệ thống mơ tả IEC 60874-14 Ngồi ra, sợi quang nối cắm BFOC / 2,5 phù hợp với IEC 60.874-10 sử dụng Các đầu cắm lai sử dụng tình mà module lĩnh vực phân cấp kết nối cách sử dụng kết nối cắm kết hợp có chứa liệu cung cấp điện Một kết nối bảo vệ vơ tình động chạm tới kết nối (Hình 102.20) Hình 102.18 Hình 102.19 Hình 102.20 Ví dụ đầu cắm RJ45 chuẩn IP20 (102.18), chuẩn IP67 (102.19), đầu cắm lai chuẩn IP67 (102.20) Thiết bị chuyển mạch PROFINET sử dụng thiết bị chuyển mạch thành phần mạng Thiết bị chuyển mạch thiết bị nằm đường dẫn truyền thiết bị đầu cuối tái tạo tín hiệu nhận được, sau chuyển tiếp qua cổng tương ứng Chúng sử dụng để cấu trúc mạng ISO/IEC 15.802-3 chứa thông số kỹ thuật Thiết bị chuyển mạch thích hợp cho PROFINET có tốc độ Fast Ethernet (100 Mbits/sec, IEEE 802.3u) truyền dẫn song công Trong thời gian hoạt động song công, switch nhận gửi liệu lúc cổng Khơng có va chạm xảy bị chuyển mạch sử dụng Kết khơng bị q trình va chạm Ethernet Cấu hình mạng đơn giản hóa đáng kể 102.7 Tích hợp IT Ngồi chức tự động hóa mơ tả, việc sử dụng Ethernet phương tiện truyền thông bối cảnh PROFINET cho phép chức IT tích hợp PROFINET tốt Như trường hợp giới bus, Ethernet đặt yêu cầu quản lý mạng kết nối với giao thức TCP/IP Để quản lý tất khía cạnh kỹ thuật thiết bị PROFINET mạng Một khái niệm quản lý mạng quy định PROFINET Các chủ đề sở hạ tầng mạng lưới, quản lý IP, chẩn đốn mạng, đồng hóa thời gian yếu tố khái niệm Quản lý mạng đơn giản hoá việc quản trị quản lý Ethernet thông qua việc sử dụng giao thức chuẩn IT Việc sử dụng công nghệ Internet hệ thống tự động 20 hóa đại diện cho khía cạnh khác PROFINET định khái niệm thuộc phạm vi hội nhập web cho phép truy cập vào thành phần PROFINET Truy cập đạt cách sử dụng tiện ích web (chuẩn http, XML HTML) Quản lý mạng Quản lý mạng lưới bao gồm tất chức để quản trị mạng, chẳng hạn cấu hình (phân bổ địa IP), lỗi giám sát (chẩn đốn), tối ưu hóa hiệu suất Quản lý IP Việc sử dụng giao thức TCP/IP PROFINET có nghĩa địa IP gán cho trạm mạng (tức thiết bị PROFINET) Phân bổ địa với hệ thống cấu hình nhà sản xuất cụ thể: Phương án cần thiết hệ thống quản lý mạng khơng phải lúc có sẵn Trong PROFINET, giao thức DCP (Discovery and Basic Configuration) quy định, cho phép thông số IP định sử dụng công cụ cấu hình/lập trình sản xuất cụ thể kỹ thuật plantwide (ví dụ, trình soạn thảo kết nối PROFINET) Việc sử dụng DCP bắt buộc thiết bị PROFINET Bằng cách này, hành vi thống thiết bị PROFINET đảm bảo Cấp phát địa tự động với DHCP (Dynamic Host configuration protocol – giao thức cấu hình host động) thiết lập để cấp phát quản lý địa IP hệ thống mạng văn phòng với ác hệ thống quản lý mạng PROFINET cung cấp việc sử dụng tiêu chuẩn mô tả cách DHCP áp dụng theo cách hữu dụng môi trường PROFINET Việc thực DHCP thiết bị PROFINET tối ưu Quản lý chẩn đoán Độ tin cậy vận hành hệ thống mạng ưu tiên cao quản lý mạng Giao thức quản lý Mạng đơn giản (SNMP) thiết lập mạng tồn tiêu chuẩn thực tế để trì giám sát phận mạng chức chúng Để cho thiết bị PROFONET giám sát hệ thống quản lý thiết lập hữu ích áp dụng SNMP Các thiết bị SNMP cung cấp việc truy nhập đọc từ (giám sát, chuẩn đoán) truy nhập viết đến thiết bị Các tiện ích mạng Ngồi việc sử dụng công nghệ tảng Ethernet đại PROFINET cịn truy nhập phận PROFINET cách sử dụng máy khách công nghệ Internet, chẳng hạn http, XML, HTML, scripting Dữ liệu truyền phát định dạng tiêu chuẩn hóa (HTML, XML), thơng qua đầu cuối tiêu chuẩn hóa (các trình duyệt Netscape, MS internet Exploer, 21 Opera v.v) Điều cho phép tích hợp thơng tin từ phận PROFINET hệ thống thông tin hỗ trợ đa phương tiện đại Các đặc điểm tính Tích hợp web cho PROFINET thiết kế trọng đến việc phát lệnh chuẩn đoán Các ý tưởng tảng web dùng hiệu lĩnh vực ứng dụng Các trường hợp xảy tích hợp web PROFINET lĩnh vực vận hành trì bao gồm: kiểm tra vận hành, đánh giá sở liệu thiết bị, chẩn đoán thiết bị, lập hồ sơ thiết bị nhà máy Các đặc tính kỹ thuật Bộ phận tích hợp web máy chủ web Máy chủ web hình thành giao diện mơ hình đối tượng PROFINET cơng nghệ cho tích hợp web Tích hợp web PROFINET điều chỉnh kích thước tùy theo hiệu suất tính chất máy chủ web Điều nghĩa là, thiết bị PROFINET với “máy chủ thông tin Internet MS “Apache webserver”, thiết bị PROFINET nhỏ có trang bị “máy chủ web tích hợp” tham gia q trình tích hợp web với đầy đủ quyền Phạm vi Thông số kỹ thuật tích hợp web PROFINET tạo cho việc truy nhập vào thiết bị PROFINET đồng xảy từ Internet hay Intranet Kết là, thu tất ưu điểm tích hợp web thân thiết bị không được liên kết Internet Hình 102.21 Tích hợp web cho phép truy nhập phận PROFINET OPC 22 Mơ hình phận PROFINET OPC có tảng cơng nghệ, tức DCOM Điều giúp mang lại tùy chọn thân thiện người dùng việc trao đổi liệu OPC giao diện sử dụng rộng rãi cho việc trao đổi liệu ứng dụng hệ thống tự động OPC cho phép lựa chọn linh hoạt trạm nhà sản xuất khác trao đổi liệu trạm mà khơng cần lập trình Truy nhập liệu OPC Truy nhập liệu (DA) OPC tiêu chuẩn ngành xác định giao diện người dùng đồng để truy nhập xử lý liệu Kết mà tiêu chuẩn mang lại truy nhập liệu thiết bị điều khiển xử lý, định vị máy chủ OCP, trình duyệt đơn giản trường tên máy chủ OPC liên kết với Trao đổi liệu OPC Trao đổi liệu (DX) OPC tiêu chuẩn giao tiếp cho việc trao đổi liệu người dùng không trọng cấp độ hệ thống điều khiển nhà sản xuất khác dạng (chẳng hạn PROFINET Ethernet/IP) Tuy nhiên OPC DX không cho phép truy nhập trực tiếp đến cấp độ trường hệ thống khác OPC DX PROFINET OPC DX phát triển với mục đích tạo mức độ tối thiểu khả hoạt động liên đới hệ thống trạm khác giao thức giao tiếp tảng Ethernet Để trì kết nối mở đến hệ thống khác, OPC DX tích hợp vào PROFINET Việc tích hợp thực sau: Mỗi nút PROFINET xem máy chủ OPC Mỗi máy chủ OPC vận hành nút PROFINET nhờ vào adater tiêu chuẩn Điều thực đối tượng hóa, phận SW thực thiết bị PROFINET tảng máy chủ OPC PC Bộ phận SW cần thi hành lần sau dùng cho tất máy chủ OPC Hình 102.22 Mặt cắt hệ thống DX với OPC DA OPC DX 23 102 Tích hợp Hệ thống trạm trường PROFINET đưa mơ hình cho tích hợp PROFIBUS hành hệ thống trạm trường khác Điều cho phép tạo kết hợp trạm trường hệ thống phụ phụ tảng Ethernet Theo này, việc truyền phát công nghệ liên tục từ hệ thống tảng trạm trường đến PROFINET Chiến lược dịch chuyển Qua đánh giá số lượng lớn hệ thống PROFIBUS hành ta thấy điều cốt lõi cho mục đích bảo vệ đầu tư mà hệ thống tích hợp dễ dàng vào PROFINET (được dịch chuyển) mà khơng có thay đổi Phải phân biệt trường hợp sau đây:    Người vận hành nhà máy phải có khả dịch chuyển dễ dàng việc cài đặt hành vào ý tưởng tự động PROFINET cài đặt Kỹ sư thi công nhà máy phải có khả sử dụng chuỗi thiết bị cho dự án tự động hóa PROFINET mà khơng gây thay đổi Nhà sản xuất thiết bị OEM phải có khả tích hợp thiết bị trường hành vào hệ thống PROFINET mà khơng phải tốn thêm có gắng cho thay đổi Tích hợp thơng qua proxy Ý tưởng proxy PROFINET cho phép tích hợp đồng cao, đơn giản hệ thống trạm trường Proxy đại diện Thernet cho nhiều thiết bị trạm trường (chẳng hạn PROFIBUS) Đại diện đảm bảo giao tiếp đồng (không tạo đường hầm giao thức) hệ thống mạng Ví dụ thi hành proxy, kiểm soát tảng PC PLC túy cổng thơng tin (hình 102.24) Các máy khách DP PROFIBUS kiểm soát thiết bị IO (đầu vào đầu ra) PROFINET IO Theo đánh giá phận máy khách DP thông tin dùng phận PROFINET độc lập Trong biên tập liên kết nối PROFINET, phận PROFIBUS phân biệt với phận Ethernet Việc sử dụng proxy cho phép giao tiếp đồng thiết bị hệ thống trạm khác 24 Hình 102.23 PROFINET cung cấp tính cơng khai bảo vệ đầu tư cho nhà sản xuất thiết bị khách hàng đầu cuối Hình 102.24 Các quy tắc tích hợp thiết bị trạm trường riêng lẻ cách sử dụng proxy: mẫu PROFIBUS Tích hợp ứng dụng trạm trường Một ứng dụng trạm trường tổng thể chép phận PROFINET khung làm việc mơ hình phận Hình 102.25 Các quy tắc tích hợp ứng dụng trạm trường: mẫu PROFIBUS Để giao tiếp với nhà máy hành cách sử dụng PROFINET, máy chủ trạm trường phận PROFINET phải có khả PROFINET Theo đó, chế trạm trường hành (chẳng hạn PROFIBUS DP) dùng phận chế PROFINET dùng phận PROFINET hệ thống trạm trường khác Ý tưởng proxy dùng để dịch chuyển hệ thống trạm trường khác bên cạnh PROFIBUS PROFINET (chẳng hạn Trạm trường tảng, DevideNet, CC-Link) hình ảnh mơ tả trạm giao diện phận phải xác định lưu trữ proxy cho tất truyền phát liệu trạm Điều cho phép tích hợp trạm trường PROFINET mà tốn cơng sức 102 PNO Offer 25 Hỗ trợ tùy chọn mà Tổ chức người dùng PROFINET đưa quan trọng cho việc phổ biến nhanh PROFINET thị trường Để đảm bảo điều này, người ta thiết lập dịch dịch vụ sản phẩm mạnh mẽ Phát triển công nghệ PROFINET IO Thông số kỹ thuật cho PRFONET IO, thiết bị cung cấp mô tả chi tiết mơ hình thiết bị hành vị thiết bị trường dạng chuỗi giao thức giao tiếp Dạng mô tả chứng minh phù hợp với PROFIBUS DP Mức độ chi tiết PROFINET IO cho phép việc tạo thành tiêu chuẩn phầm mềm cho nhà cung cấp khác Như phải tiên đoán trước có thi hành khác nơi số nhà máy Thông số kỹ thuật bao gồm tất mặt liên quan đến giao tiếp, model thiết bị, thiết kế, quản lý mạng, tích hợp web kết nối trạm trường Ngồi thơng số kỹ thuật Tổ chức Người dùng PROFIBUS đề xuất phần mềm PROFINET (dưới dạng mã nguồn) cho công nghệ phận Phần mềm PROFINET bao gồm giao tiếp run-time tổng thể Việc kết hợp thông số kỹ thuật phần mềm vận hành phụ thuộc hệ thống (như mã nguồn) tạo hội để tích hợp nhanh dễ PROFINET vào chuỗi môi trường hệ thống vận hành thiết bị Hình 102.26 Đề xuất tổ chức người dùng PROFINET Phần mềm PROFINET run-time cấu trúc theo cách hỗ trợ tích hợp đơn giản phần mềm ứng dụng hành mơ hình đối tượng run-time Các cổng mẫu cho Win, Linux, Vxworks, WinCE khả dụng cho PROFINET Phần mềm PROFINET run-time thiết kế dạng mô-đun bao gồm nhiều lớp khác tích hợp cho mơi trường hệ thống Những tích hợp xác định cho giao diện cổng cho phận chức khác môi trường, việc vận hành hệ thống (như WinCE), ứng dụng thiết bị (như PLC) Chỉ dẫn 26 nối cổng mang tính sẵn có, cho phép nhà phát triển thiết bị dễ dàng hiểu bước nối cổng riêng lẻ Các biện pháp chất lượng Từ lúc bắt đầu, Tổ chức Người dùng PROFIBUS phát triển PROFINET với đảm bảo tồn vịng đời từ thông số kỹ thuật PROFINET thiết kết nhà máy hỗ trợ cách biện pháp đảm bảo chất lượng cao cho công đoạn Quản lý chất lượng cho quy trình thi hành đặc tính kỹ thuật Đặc tính kỹ thuật PROFINET phần mềm tạo nhóm cơng tác đại diện đa cơng ty (Tổ nịng cốt PROFINET), trách nhiệm họ đảm bảo toàn quy trình phát triển từ lập mơ hình yêu cầu ban đầu phát hành phần mềm PROFINET tiến hành quản lý chất lượng nghiêm ngặt (QM) Các biện pháp chất lượng kiểm sốt sổ tay QA tích hợp cho điều kiện tổ phát triển đa công ty Điều đảm bảo rằn mã nguồn tương ứng với nguyên tắc quản lý chất lượng thời điểm Kiểm tra chứng nhận Các kiểm định chứng nhận phịng thí nghiệm uy tín tổ chức người dùng PROFIBUS ủy quyền hình thành nên nịng cốt quy trình Việc kiểm định để giành chứng nhận kiểm định phịng thí nghiệm uy tín đảm bảo sản phẩm đề xuất thích hợp với đặc tính kỹ thuật không mắc lỗi Cơ sở liệu khiếm khuyết Để giải cách có hệ thống phát khiếm khuyết yêu cầu từ khách hàng nhà sản xuất thiết bị phần mềm run-time, sở liệu khiếm khuyết tổ chức người dùng PROFIBUS thiết lập Hỗ trợ kỹ thuật Một yếu tố quan trọng cho thành công PROFINET số lượng đầy đủ sản phẩm PROFINET từ nhà sản xuất khác có mặt thị trường thời gian ngắn Trung tâm phân tích Trung tâm phân tích PROFIBUS thiết lập để hỗ trợ quy trình phát triển sản phẩm Điều đảm bảo việc mở cổng kết nối với hệ thống vận hành khác tích hợp 27 điều kiện đặc thù cho sản phẩm thực theo cách tối ưu, giai đọa ban đầu cơng ty cịn thiếu kinh nghiệm Trung tâm phân tích tích hợp tính know-how cho công ty liên quan để phận phát triển phát triển sản phẩm bổ sung cách chuyên nghiệp mà không cần phải hỗ trợ thêm Dịch vụ trung tâm phân tích PROFINET bao gồm đường dây hotline trạm giao dịch Các công cụ Một công cụ cần thiết cho nhà sản xuất thiết bị để hình thành mô tả phận cho thiết bị Ethernet dạng file XML Tổ chức người dùng PROFIBUS đề xuất phần mềm PROFINET Component Editor – tương tự GSD editor PROFIBUS DP – tải website cơng ty Hình 102.27 Hình 102.27 PROFINET Component editor Để chuẩn bị cho sản phẩm phát triển lấy giấy phép, Tổ chức người dùng PROFIBUS cung cấp cơng cụ kiểm định PROFINET tải xuống từ website công ty Công cụ kiểm định PROFINET cho phép nhà sản xuất thiết bị thực kiểm định tình trạng trước đăn ký chứng nhận Hình 102.28 PROFINET test tool 28 LỜI CẢM ƠN Bám theo nội dung đề tài, nhóm thực theo nội dung phân công sau: - Nguyễn Ngọc Hiển (CA160391): Phần 102.1 đến 102.4 Download Nguyễn Trần Hiếu (CA160390): Phần 102.4 Mô tả thành phần (PCD) đến 102.7 Quản lý mạng Trần Thu Hương (CA160393): Phần 102.7 Quản lý chuẩn đoán đến 102.9 Trong nội dung nghiên cứu khơng tránh khỏi thiếu sót mong nhận góp ý thầy Cuối cùng, lần nữa, nhóm nghiên cứu “Đặc điểm tính PROFINET ” trân trọng cảm ơn quan tâm, định hướng, hỗ trợ PGS.TS Nguyễn Văn Khang! 29 ... lại cấu công nghệ mối quan hệ cục plant Ngược lại, cấu trúc topo hệ thống tự động tạo theo góc nhìn mạng Ở đây, thiết bị trường thiết bị tự động gắn vào một hệ thống truyền thông hệ thống bus,... Exploer, 21 Opera v.v) Điều cho phép tích hợp thông tin từ phận PROFINET hệ thống thông tin hỗ trợ đa phương tiện đại Các đặc điểm tính Tích hợp web cho PROFINET thiết kế trọng đến việc phát lệnh... tích hợp web, PROFINET làm cho việc sử dụng công nghệ dựa Ethernet cho phép truy cập vào thành phần PROFINET công nghệ Internet chuẩn Để trì kết nối mở với loại hệ thống khác, PROFINET hỗ trợ