Trong tự động hóa công nghiệp, việc lựa chọn kiến trúc hệ thống phù hợp sẽ quyết định hiệu quả, chi phí và khả năng tồn tại trong tương lai. Việc giao tiếp thông minh giữa PLC và các thành phần tự động hóa như bộ truyền động, cảm biến và cụm van không chỉ có thể giảm đáng kể tổng chi phí mà còn đảm bảo tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống. Ngày nay, người dùng có nhiều lựa chọn thiết kế khác nhau: từ hệ thống dây điện rời rạc đến hệ thống bus trường có I/O từ xa cho đến các liên kết khí nén tập trung và phân tán. Trong bài đăng trên blog này, chúng tôi sẽ xem xét các lĩnh vực ứng dụng, ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp kiến trúc khác nhau, tập trung vào chi phí và tính linh hoạt.
Với hệ thống dây điện riêng biệt, từng thành phần riêng lẻ như cảm biến và bộ truyền động được liên kết trực tiếp với bộ điều khiển trung tâm trong tủ điều khiển. Mỗi đầu vào và đầu ra đều cần có cáp riêng. Mặc dù điều này loại bỏ nhu cầu về các giao thức truyền thông và nút bus phức tạp và tốn kém, nhưng kiến trúc này nhanh chóng đạt đến giới hạn của nó và khi kích thước tăng lên, công sức di dây cũng mất nhiều hơn và cần nhiều không gian trong tủ điều khiển hơn. Khi hệ thống được mở rộng, nó nhanh chóng trở nên cực kỳ phức tạp và dễ xảy ra lỗi hơn. Tuy nhiên, chỉ cần chi phí và yêu cầu về không gian được giữ trong giới hạn thì hệ thống này vẫn đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật của những máy và hệ thống có đầu vào và ra không quá phức tạp.
Hệ thống fieldbus là mạng kỹ thuật số kết nối nhiều thiết bị với bộ điều khiển thông qua một đường truyền thông duy nhất. Ví dụ là ProfiNET, EtherNET/IP hoặc EtherCAT. Những điều này có liên quan đến các hệ thống vừa và lớn với số lượng đầu vào và đầu ra lớn. Fieldbus làm tăng đáng kể tính linh hoạt và khả năng mở rộng của hệ thống: cần ít cáp hơn vì giờ đây chỉ cần một đường dữ liệu duy nhất giúp giảm nhiều kết nối rời rạc. Các thiết bị mới có thể dễ dàng tích hợp vào mạng và các thành phần khác nhau có thể giao tiếp qua cùng một bus. Chẩn đoán cũng dễ dàng hơn vì lỗi hiện có thể được xác định dễ dàng hơn.
Đồng thời, các nút bus trường cần thiết rất tốn kém và khả năng tương thích trở thành một vấn đề quan trọng: Bởi vì không phải mọi thiết bị đều có thể giao tiếp với mọi fieldbus. Trong kiến trúc, tính phụ thuộc vào giao thức fieldbus được sử dụng trong PLC.
IO từ xa di chuyển các mô đun IO có cấp bảo vệ IP65 trở lên, đến các vị trí từ xa gần cảm biến và cơ cấu truyền động. Các mô đun này giao tiếp với bộ điều khiển trung tâm thông qua hệ thống filedbus. I/O từ xa rất cần thiết cho các hệ thống lớn và phức tạp khi các mô đun được đặt bên ngoài tủ điều khiển và gần các thành phần. Công sức đi dây được giảm thiểu hơn nữa, tốc độ dữ liệu được tăng lên và công suất tủ điều khiển được giảm đáng kể. Bằng cách đặt máy tại hiện trường, khả năng mở rộng quy mô của máy trở nên dễ dàng hơn nhiều và tiết kiệm chi phí hơn, đồng thời việc bảo trì cũng dễ dàng hơn vì có thể chẩn đoán và sửa lỗi trực tiếp tại chỗ.
Việc sử dụng I/O từ xa đã trở thành một phần không thể thiếu của kiến trúc tự động hóa hiện đại và mang lại lợi ích to lớn cho lĩnh vực tự động hóa. Tuy nhiên, công nghệ này ban đầu có chi phí tốn kém nhất. Hệ thống phụ thuộc nhiều hơn vào kết nối mạng ổn định và đòi hỏi nhiều kiến thức chuyên môn về lập kế hoạch cũng như tích hợp.
Tích hợp các van cụm và các thành phần khí nén vào hệ thống tự động hóa mang lại nhiều tiềm năng, nhưng cũng đi kèm rủi ro về việc kích thước tăng do các liên kết ống dài và phức tạp, cũng như chi phí cao do cần thêm các giao diện bổ sung. Tuy nhiên, với các thành phần phù hợp và ngôn ngữ giao tiếp được thống nhất nhất có thể, liên kết phi tập trung hoặc kết hợp (mô đun và phi tập trung) có thể được thực hiện. Điều này làm giảm số lượng nút bus và địa chỉ IP, qua đó đơn giản hóa quá trình chẩn đoán.