Giao thức truyền thông xác định cách các thiết bị hiện trường—cảm biến, bộ truyền động hoặc rô-bốt—trao đổi dữ liệu với các bộ điều khiển như PLC hoặc máy tính biên. Chúng làm giảm hệ thống dây điện, tiết kiệm thời gian lắp đặt và giảm nguy cơ lỗi đồng thời giúp máy móc thông minh hơn, đáng tin cậy hơn. Với các giao thức, thiết bị chia sẻ dữ liệu chẩn đoán, trạng thái I/O và dữ liệu hiệu suất, hỗ trợ giám sát từ xa, phân tích dựa trên AI, dịch vụ đám mây và các mô hình kinh doanh mới thúc đẩy hiệu quả và đổi mới dịch vụ.
Ban đầu, PLC dựa vào liên kết nối tiếp RS232 để kết nối các thiết bị như màn hình hoặc máy in. Vào cuối những năm 1980, công nghệ bus trường đã thay thế hệ thống dây song song phức tạp bằng truyền dẫn kỹ thuật số, sau đó được chuẩn hóa trong IEC 61158. Kể từ 1999, nhiều hệ thống fieldbus đa dạng đã được sử dụng rộng rãi, với giao thức dựa trên Ethernet, một phần theo thời gian thực hình thành nên thế hệ tiếp theo. Ngày nay, kết nối đám mây, hồ dữ liệu và sự hội tụ CNTT/OT định hình truyền thông công nghiệp hiện đại—với bảo mật hiện là mối quan tâm cốt lõi.
Công nghệ thông tin (CNTT) quản lý dữ liệu và ứng dụng, chẳng hạn như hệ thống thông tin, máy tính văn phòng và mạng. Công nghệ vận hành (OT) giám sát và kiểm soát các thiết bị vật lý như thiết bị sản xuất. Sự hội tụ CNTT/OT tích hợp cả hai, thường thông qua các giao thức chung. Tuy nhiên, các công nghệ lại khác nhau: Ethernet công nghiệp phải chịu được những điều kiện khắc nghiệt hơn như rung động, bụi và nhiệt, đòi hỏi độ bền cao hơn. Nó được thiết kế để ngăn ngừa lỗi và phản hồi nhanh chóng với các sự cố gián đoạn, sử dụng các giao thức được xây dựng cho tốc độ dữ liệu cao, quản lý va chạm và — quan trọng nhất — giao tiếp xác định để đảm bảo dữ liệu được truyền đúng thời gian và tránh được các lỗi sản xuất.
Nhưng những công nghệ hàng đầu 10 nào đang định hình tự động hóa công nghiệp hiện nay?
Hơn 30 giao thức đã được phát triển trong thế hệ đầu tiên, nhưng các tiêu chuẩn như Profibus, Interbus, CANopen, DeviceNet và CC-Link đã sớm thu hẹp phạm vi xuống còn một vài công ty chủ chốt.
1. Profibus. Profibus đã được chuẩn hóa trên phạm vi quốc tế (ví dụ: EN 50170) và kết nối các bộ điều khiển, cảm biến và bộ truyền động. Các biến thể như Profibus DP và PA phục vụ các nhu cầu tự động hóa khác nhau. Đây là một trong những giao thức tự động hóa ban đầu được sử dụng rộng rãi nhất.
2. Xe buýt liên tỉnh. Interbus, một tiêu chuẩn công nghiệp ban đầu, kết nối các thiết bị theo cấu trúc vòng để truyền dữ liệu nhanh chóng và đáng tin cậy trong môi trường công nghiệp.
3. CANopen và 4. Mạng thiết bị. Cả hai đều dựa trên CAN, ban đầu được phát triển cho mạng lưới ô tô. DeviceNet cho phép tích hợp đơn giản, nhanh chóng, phổ biến ở Hoa Kỳ, trong khi CANopen cung cấp tính linh hoạt cao hơn và các tính năng quản lý tiên tiến.
5. Liên kết CC. CC-Link là một bus trường mở tốc độ cao, thời gian thực được sử dụng rộng rãi và chuẩn hóa ở Châu Á.
6. Mạng Profinet. Profinet được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp vì hiệu suất cao, khả năng mở rộng và khả năng tương thích với Ethernet. Nó hỗ trợ chuẩn TCP/IP, truyền dữ liệu thời gian thực (RT) và thời gian thực đồng bộ (IRT), lý tưởng cho các ứng dụng phức tạp, quan trọng về thời gian. Profinet cũng hỗ trợ Công nghiệp 4.0 bằng cách tích hợp tự động hóa với hệ thống CNTT, hỗ trợ chẩn đoán, cấu hình và bảo trì.
7. EtherNet/IP. EtherNet/IP được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa công nghiệp vì khả năng tương tác, khả năng mở rộng và dựa trên Ethernet chuẩn (TCP/IP). Được xây dựng trên Giao thức công nghiệp chung (CIP), nó cung cấp một khuôn khổ giao tiếp nhất quán cho các thiết bị như cảm biến, bộ truyền động và bộ điều khiển. Hỗ trợ cả giao tiếp thời gian thực và không thời gian thực, phù hợp với các ứng dụng từ điều khiển đơn giản đến sản xuất phức tạp.
8. EtherCAT. EtherCAT (Ethernet cho Công nghệ tự động hóa điều khiển) là một bus trường Ethernet hiệu suất cao, thời gian thực được thiết kế cho tự động hóa công nghiệp. Nó xử lý dữ liệu ngay lập tức khi khung hình đi qua thiết bị, giảm thiểu độ trễ và tối đa hóa hiệu quả. Được biết đến với độ trễ thấp, khả năng đồng bộ hóa chính xác và khả năng mở rộng, EtherCAT lý tưởng cho điều khiển chuyển động, robot và sản xuất tốc độ cao.
9. Liên kết nguồn. Powerlink là giao thức Ethernet mở, thời gian thực dành cho tự động hóa công nghiệp, cung cấp khả năng giao tiếp tốc độ cao và xác định. Nó sử dụng cơ chế chủ-tớ theo lịch trình thời gian để đảm bảo trao đổi dữ liệu chính xác với độ trễ và độ nhiễu thấp, lý tưởng cho các tác vụ như điều khiển chuyển động và robot.
10. CC-Link IE. CC-Link IE là một fieldbus mở, tốc độ cao dựa trên Ethernet được Hiệp hội đối tác CC-Link phát triển. Nó cung cấp tốc độ gigabit và khả năng giao tiếp xác định theo thời gian thực cho tự động hóa công nghiệp. Được sử dụng rộng rãi ở Châu Á, nó cho phép tích hợp thiết bị liền mạch trên các mạng phức tạp và hỗ trợ các ứng dụng Công nghiệp 4.0 như nhà máy thông minh và IIoT.
Ngoài các giao thức tự động hóa công nghiệp hàng đầu 10, có bốn bổ sung quan trọng nổi bật.
Nhà máy thông minh sử dụng công nghệ số, tự động hóa và trao đổi dữ liệu để tạo ra quy trình sản xuất linh hoạt, hiệu quả và kết nối. Nó tích hợp IoT, AI, robot, dữ liệu lớn và hệ thống mạng vật lý để giám sát thời gian thực, đưa ra quyết định tự động và giao tiếp liền mạch giữa máy móc, hệ thống và con người. Giao thức truyền thông thế hệ thứ 2 và thứ 3 cung cấp nền tảng kỹ thuật cho phân tích dữ liệu và mô hình kinh doanh mới. Các tổ chức như trường kinh doanh và trường đại học sử dụng các nhà máy thực tế ảo từ Festo Didactic để đào tạo về các công nghệ này.
Sản phẩm thông minh là vật phẩm vật lý được tăng cường cảm biến, phần mềm, khả năng kết nối và trí thông minh để thu thập, xử lý và trao đổi dữ liệu. Điều này cho phép thực hiện các tính năng như giám sát từ xa, tự chẩn đoán, hành vi thích ứng và tích hợp vào hệ sinh thái kỹ thuật số. Các ví dụ ban đầu bao gồm Festo Motion Terminal VTEM, Mô-đun hiệu quả năng lượng (MSE6-E2M) và các đầu cuối van thông minh (CPX/MPA, CPX/VTSA, VTUX) hỗ trợ MQTT và OPC UA. Các ứng dụng AI công nghiệp Festo AX cho phép phân tích nâng cao ngay cả với người dùng không có chuyên môn về AI.
Nhà máy và sản phẩm thông minh là cốt lõi của Công nghiệp 4.0, thúc đẩy năng suất, giảm thời gian chết, cải thiện chất lượng và đẩy nhanh phản ứng của thị trường. Chúng cho phép sản xuất bền vững, thúc đẩy đổi mới và mở ra các mô hình kinh doanh mới.
Máy tính biên, PLC và giao thức truyền thông tiên tiến cung cấp cho các kỹ sư các công cụ để tạo nền tảng vững chắc cho phân tích dữ liệu mạnh mẽ và các giải pháp sẵn sàng cho tương lai. Những nhà tiên phong về đổi mới như Festo thúc đẩy xu hướng này bằng cách cung cấp các giải pháp toàn diện, trọn gói.