Với sự tập trung ngày càng tăng vào số hóa, tính bền vững và an toàn cho người lao động, PROFINET đang chứng kiến sự hồi sinh trong việc sử dụng Hồ sơ ứng dụng. Trong loạt bài gồm ba phần này, chúng ta sẽ xem xét ba cấu hình ứng dụng thúc đẩy sự hồi sinh – PROFIsafe, PROFIenergy và PROFIdrive.
Đối với những người không quen thuộc với Hồ sơ ứng dụng, điều chúng tôi đang nói đến khi nói về Hồ sơ ứng dụng là tăng mức độ tương thích giữa các thiết bị trong mạng. Như có thể thấy trong hình bên dưới, đặc tả PROFINET cung cấp mức độ tương thích đầu tiên bằng cách chuẩn hóa giao thức, giao diện và truy cập dữ liệu. Ở đây, chúng ta có thể đạt được sự cùng tồn tại và khả năng kết nối ở cấp độ giao tiếp. Hồ sơ ứng dụng tiến thêm một bước nữa bằng cách tiêu chuẩn hóa các loại dữ liệu, ngữ nghĩa và chức năng. Ở đây, chúng ta không chỉ có thể đạt được khả năng tương tác mà còn có thể thay thế cho nhau các thiết bị. Mỗi Hồ sơ ứng dụng được PI chỉ định và viết, giống như giao thức PROFINET.
Hồ sơ ứng dụng hoạt động bằng cách cấu trúc dữ liệu theo định dạng đối tượng nhất quán cho một dòng thiết bị. Nói cách khác, một dòng thiết bị luôn có dữ liệu được mô hình hóa theo cùng một cách. Hầu như mọi bước trong quy trình sản xuất đều có Hồ sơ ứng dụng. Trong PI chúng tôi có tổng cộng khoảng hai chục. Có Hồ sơ ứng dụng dành cho thiết bị chuyển mạch điện áp thấp, một dành cho RFID, một dành cho truyền động, một dành cho bộ mã hóa, v.v. Cách thức hoạt động của nó là như sau: nếu tệp mô tả của thiết bị được ghi vào Hồ sơ ứng dụng của nó thì không phụ thuộc vào nhà cung cấp hoặc loại, các thông số như điện áp, vị trí hoặc RPM luôn được đưa vào công cụ kỹ thuật của bạn theo cùng một cách để dễ dàng tích hợp. Và mặc dù Hồ sơ ứng dụng cực kỳ hữu ích nhưng chúng là tùy chọn – nhà sản xuất thiết bị không cần làm cho sản phẩm của họ tương thích mà hầu hết đều làm như vậy vì nhu cầu thị trường. Chúng ta hãy xem hồ sơ ứng dụng đầu tiên trong số ba hồ sơ ứng dụng đang có đà phát triển với nhu cầu thị trường mới nhất này: PROFIsafe.
PROFIsafe
Chúng tôi bắt đầu với hồ sơ ứng dụng liên quan đến an toàn chức năng. An toàn chức năng chính xác là như vậy: nó bảo vệ con người và mọi thứ khỏi hoạt động không chính xác. Nhưng đó chỉ là một phần của sự an toàn tổng thể của hệ thống hoặc máy móc – chúng ta không nói về việc bảo vệ bản thân khỏi những thứ như lửa hoặc bức xạ. Chúng tôi đặc biệt tập trung vào việc bảo vệ khỏi – ví dụ – một robot đi xung quanh và va vào ai đó hoặc vật gì đó và gây ra thiệt hại. Để làm được điều đó, chúng tôi có Hồ sơ ứng dụng được gọi là PROFIsafe. PROFIsafe cung cấp chức năng an toàn qua mạng bằng cách đảm bảo truyền tải các thông báo an toàn một cách đáng tin cậy – và đó là tất cả những gì nó làm được – nhưng điều này rất quan trọng trong những gì nó mang lại.
Đó không phải là một ý tưởng mới. Chẳng hạn, trước đây khi bạn muốn nối dây cho một nút e-stop, bạn cần rất nhiều dây, dải đầu cuối, giá đỡ sắp xếp và rơle, tất cả đều bên trong một tủ lớn như trong hình bên dưới. Khi nhấn nút e-stop, bất cứ điều gì được lập trình trong rơle đều thực sự xảy ra – có thể giống như tắt robot hoặc băng chuyền. Nếu chúng ta nhìn lại thời gian trước PROFIsafe, đã có một mạng chuyên dụng dành cho tự động hóa – hồi đó, vào thời điểm đó, đó là PROFIBUS – và một mạng hoàn toàn riêng biệt dành cho chức năng an toàn.
Nhưng với PROFIsafe, thay vì đi dây cứng và chạy tất cả các cảm biến an toàn và bộ truyền động an toàn trở lại tủ, bạn hãy kết nối chúng với PROFINET. Các thiết bị được kết nối này gửi và nhận thông báo an toàn trên cùng một mạng PROFINET với lưu lượng tự động hóa. Và sau đó thay vì thực hiện an toàn trong rơ le cứng, an toàn được lập trình vào bộ điều khiển. Hoặc như chúng ta nói: ‘An toàn trong logic’. Điều này cho phép bạn loại bỏ tất cả các dải thiết bị đầu cuối, giá đỡ sắp xếp và rơle, tiết kiệm năng lượng, không gian và thời gian – đặc biệt là khi mọi thứ thay đổi trong tương lai.
Bây giờ, nếu nút dừng khẩn cấp đó được kết nối lại với rơle, bạn biết tận đáy lòng rằng khi nhấn nút e-stop, rơle sẽ lật. Nhưng điều gì sẽ xảy ra bây giờ nếu chúng ta gửi thông báo an toàn qua mạng PROFINET là của mình? Tất nhiên, mọi thứ có thể không như ý muốn – chẳng hạn như tin nhắn có thể bị lặp lại hoặc bị xóa hoặc có thể không theo thứ tự. Nó có thể bị hỏng hoặc bị trì hoãn hoặc bộ chuyển mạch hoặc bộ định tuyến Ethernet thậm chí có thể gây ra lỗi nhập trước xuất trước. Vì vậy, PROFIsafe sử dụng 4 biện pháp khắc phục để giảm thiểu mọi loại lỗi có thể xảy ra như trong bảng bên dưới. Đầu tiên, chúng ta đánh số liên tiếp mọi tin nhắn PROFIsafe. Thứ hai, chúng ta sử dụng bộ đếm thời gian chờ hoặc bộ đếm thời gian theo dõi. Thứ ba, chúng ta sử dụng tên mã duy nhất giữa người gửi và người nhận tin nhắn PROFIsafe. Và cuối cùng, chúng ta hãy thực hiện kiểm tra tính nhất quán của dữ liệu hoặc CRC. Với bốn biện pháp khắc phục này, chúng ta có thể đảm bảo việc truyền tải các thông báo an toàn qua mạng một cách đáng tin cậy.
Cách thức hoạt động như sau: Thông báo PROFIsafe chỉ là thông báo PROFINET thông thường nhưng có thêm một số dữ liệu không an toàn được thêm vào để hỗ trợ bốn biện pháp khắc phục được xác định trong bảng trên. Và sau đó, PROFIsafe sử dụng nguyên tắc kênh đen để gửi thông báo an toàn từ đầu mạng này đến đầu kia. Nguyên tắc kênh đen có nghĩa là chúng tôi không quan tâm đến lớp vật lý hoặc vận chuyển cơ bản. Tất cả những gì chúng ta quan tâm là các thông báo PROFIsafe nhận được từ Điểm A đến Điểm B. Vì vậy, chẳng hạn, giống như chúng ta đang thể hiện trong hình bên dưới, nơi chúng ta đang gửi dữ liệu an toàn từ màn chắn sáng đến PLC an toàn và sau đó từ thiết bị an toàn. PLC tới drive. Lưu ý rằng các tin nhắn PROFIsafe có thể truyền qua các thiết bị không liên quan đến an toàn như bộ chuyển mạch I/O hoặc Ethernet từ xa và nó vẫn an toàn do nguyên tắc kênh đen. Tin nhắn PROFIsafe cũng có thể di chuyển qua bất kỳ lớp vật lý nào. Lớp vật lý có thể là đồng, có thể là cáp quang, thậm chí có thể là không dây. Và nói rõ hơn, về bản thân phần cứng an toàn – như đầu vào an toàn, kiểm soát an toàn và đầu ra an toàn – phần cứng này vẫn phải trải qua quá trình kiểm tra độ tin cậy của hệ thống riêng, nhưng điều này nằm ngoài phạm vi của PROFIsafe.
Trong số tiếp theo, chúng ta sẽ xem xét Phần 2, hồ sơ ứng dụng thứ hai đang có đà phát triển: PROFIenergy.