Công nghệ truyền động với PROFINET 

PROFINET, hệ thống truyền thống “Ethernet công nghiệp” dựa trên chuẩn Ethernet kết hợp với PROFIdrive drive profile được sử dụng thành công với PROFIBUS khoảng vài thập kỉ trước cũng như các công nghệ khác có các ứng dụng và thiết bị, để hình thành cơ bản cho công nghệ truyền động tương lai và hiệu suất thật sự cao.

“Công nghệ truyền động với PROFINET” có 1 dãy ứng dụng hoàn chỉnh, hiệu suất có khả năng mở rộng với thời gian ngắn khoảng vài μs, và thân thiện với người dùng, yếu tố hiệu quả chi phí. Điều này đem đến giải pháp hay cho các tác vụ truyền động.

Tất cả các công nghệ được sử dụng có nguồn gốc và được hỗ trợ bởi nhóm làm việc hết mình từ PROFIBUS và PROFINET International (PI), cộng đồng lớn nhất thế giới của các nhà sản xuất và người sử dụng công nghệ tự động hóa.

Công nghệ truyền động

Trong hai thập kỷ qua, công nghệ truyền động điện đã trải qua một sự cải tiến đáng kể về mặt giai đoạn đổi mới và kết quả là đã góp phần tối ưu hóa khác nhau trong các ngành công nghiệp sản xuất và quá trình, trong đó đạt được mục tiêu đầy tham vọng cho tiết kiệm năng lượng. Tầm quan trọng của điều này được nhấn mạnh bởi thực tế là các thiết bị điện cho các máy, băng tải, máy bơm, máy nén khí.. lên đến 70% tổng tiêu thụ năng lượng công nghiệp.

Mục tiêu của bài báo này là trình bày sự kết hợp của công nghệ truyền thông PROFINET phát triển và hỗ trợ bởi PROFIBUS và PROFINET International (PI) với cấu hình PI PROFIdrive (ngoài ra có PROFIsafe và PROFIenergy) để tạo thành một hiệu suất cao, linh hoạt, và công nghệ truyền động mở rộng. Điều này sẽ dẫn đến khả năng hoạt động của các bộ truyền động PROFINET của các nhà sản xuất khác nhau có hoặc không có hồ sơ thiết bị thông tin liên lạc với khả năng mở rộng (chuẩn Ethernet, RT, hoặc IRT). Cùng với đó, bus PROFINET phổ quát cũng sẽ chứng minh mình là một bus truyền thông hiệu suất cao (Hình 1)

Hình 1: PROFINET sử dụng bus truyền động

PROFINET là mạng truyền thông Ethernet công nghiệp dựa trên chuẩn Ethernet, được tiêu chuẩn hóa trong IEC 61158 và IEC 61784.
PROFIdrive là 1 PI drive profile, được chuẩn hóa trong IEC 61800-7 và được sử dụng thành công trong 20 năm, hình thành một giao thức truyền thông trung tính cho các bộ truyền động. Với 6 lớp ứng dụng của nó, PROFIdrive cung cấp các giải pháp mở rộng liền nhau cho các ứng dụng công nghệ truyền động.
PROFIenergy là phần ứng dụng PI cho các ứng dụng quản lý năng lượng để tối thiểu hóa lượng năng lượng dùng.
PROFIsafe là ứng dụng PI cho hoạt động an toàn và các ứng dụng tiêu chuẩn trên cùng cáp.
Encoder là thiết bị PI cho hoạt động thống nhất của các encod¬er trên PROFIBUS và PROFINET. Encoder profile là 1 phần của PROFIdrive profile cho các encoder độc lập.

Công nghệ truyền động trước Fieldbus era

Giao diện sớm nhất cho hệ thống truyền động là giao diện tương tự rời rạc với các terminal I/O được dùng để chuyển đổi các lệnh điều khiển và tin nhắn trạng thái với tín hiệu điện áp hoặc dòng để chuyển các điểm setpoints cho bộ biến tần.

Với sự chuyển đổi của điều khiển vòng kín và xử lý tín hiệu trong biến tần thành công nghệ kỹ thuật số, giao diện nối tiếp như RS422 và RS232 tìm thấy cách vào công nghệ truyền động trong những năm 1980. Ban đầu, chúng được sử dụng chủ yếu để kết nối một máy tính để giao tham số hoặc các mục đích vận hành. Giao diện thứ 2 kích hoạt kết nối với một bộ điều khiển hoặc hệ thống kiểm soát tổng thể. Cuối cùng, một giao diện thứ ba được sử dụng để nhanh chóng chuyển biến quá trình tương tự cho các truyền động hạ lưu. Ba con đường thông tin liên lạc cùng tồn tại bên cạnh nhau trong nhiều năm.

Công nghệ truyền động trong khoảng và sau năm 2000

“Công nghệ truyền động” được hiểu thông thường là 1 biến tần hoặc 1 bộ khuếch đại servo điều khiển motor dựa trên các setpoint tốc độ. Tất cả các thành phần được yêu cầu cho điều này (motor, convert¬er, encoder và bộ điều khiển vòng kín) là những phần của bộ truyền động (hình 2), trong khi chỉ có thiết lập điểm và giám sát giá trị thật sự được điều khiển bởi bộ controller sử dụng truyền thông Fieldbus (PROFIBUS, PROFINET). Từ góc độ công nghệ, do đó, một mối quan hệ theo chiều dọc 01:01 tồn tại giữa bộ điều khiển và bộ truyền động mà không có khả năng, ví dụ, để giao tiếp trực tiếp giữa các nút mạng. Chức năng bổ sung chẳng hạn như kỹ thuật an toàn và quản lý dự phòng phải được thực hiện sử dụng giám sát bổ sung và hệ thống điều khiển riêng biệt.

Hình 2: Công nghệ truyền động trong khoảng và sau năm 2000.

Ảnh hưởng của công nghệ truyền thông Fieldbus mới lần đầu tiên để được nhìn thấy trên giao diện hệ thống tự động hóa, nơi mà nó cho phép các tín hiệu I/O phân phối được đọc vào hệ thống điều khiển và đầu ra từ đó sử dụng truyền thông theo chu kỳ. Nhiều fieldbus bổ sung thông tin truyền thông mạch hở ngay sau đó, cũng thay thế giao diện trước đó thông số và vận hành. Sự giới thiệu sau đây cho việc trao đổi dữ liệu trực tiếp trong PROFIBUS, nó đã có thể thay thế giao diện thứ ba giữa các bộ truyền động cũng như với một giao diện duy nhất trên bộ drive.

Các bộ truyền động servo trong các ứng dụng điều khiển chuyển động, tuy nhiên, các hệ thống Fieldbus tiêu chuẩn nói chung quá chậm hoặc thiếu khả năng thời gian thực. Đặc biệt, sự đồng bộ giữa ứng dụng đúng theo chu kỳ chuyển động kiểm soát trong hệ thống điều khiển và vị trí kín đều có tính chu kỳ và kiểm soát tốc độ truyền động cần khả năng giao tiếp đẳng, nghĩa là, đồng bộ hóa chu kì. Nhiều nhà sản xuất drive phát triển hệ thống truyền thông đặc biệt này, mà vẫn còn có sẵn trên thị trường hiện nay.

Các trục cơ khí và cam thường dùng đến thời điểm đó ngày càng được thay thế bằng chức năng drive điện. Điều này đặc biệt rõ ràng trong PROFIBUS. Để hoạt động số lớn hơn các drive trong một chu kỳ thời gian chấp nhận được trong khoảng 1-10 mili giây, tốc độ truyền đã được tăng từ 1,5 đến 12 Mbps. Đồng thời, thông tin liên lạc đẳng thời và đồng bộ hóa thời gian đã được thêm vào cho các ứng dụng điều khiển chuyển động. Điều này cho phép PROFIBUS thay thế hệ thống bus chuyên dùng và để nhận ra tất cả các ứng dụng của bộ drive tiêu chuẩn lên đến và bao gồm cả máy công cụ với một hệ thống duy nhất.

Công nghệ truyền động trong năm 2012

Một tính năng đặc trưng của công nghệ drive trong năm 2012 là sự kết hợp của drive điển hình và các chức năng công nghệ bổ sung và ứng dụng ngày càng quan trọng như an toàn kỹ thuật và quản lí năng lượng trong các drive (hình 3). Drive là như vậy, phát triển thành một nền tảng cho các chức năng tự động hóa khác nhau liên quan đến drive. Theo đó, giao diện Fieldbus duy nhất của drive được nâng cấp lên một “đa chức năng truyền thông điểm nút” giữa các chức năng tự động phân phối giữa các drive và bộ điều khiển.

Hình 3: Công nghệ truyền động trong năm 2012.

Tiến bộ khác là sự thay thế ngày càng tăng của fieldbus thông thường với hệ thống Ethernet công nghiệp tương thích, chẳng hạn như PROFINET, như bus tự động hóa. Điều này đã đẩy mạnh thực hiện bằng nhiều cách, và không chỉ là kết quả của thời gian chu kỳ ngắn hơn và đơn giản hóa mạng với mức độ cao hơn.

Quan điểm công nghệ (hình 3) trong những tiến bộ chỉ định các chương trình – so với hình 2 – một vài mối quan hệ theo chiều dọc và ngang giữa một hoặc nhiều bộ điều khiển với chức năng khác nhau. Về mặt kiểm soát, không chỉ có bộ điều khiển drive mà còn điều khiển cho quản lý năng lượng và / hoặc an toàn. Về phía bên điều khiển, có quản lý năng lượng và chức năng kỹ thuật an toàn trong ngoài các chức năng drive.

Với công nghệ PROFIBUS và PROFINET, khách hàng được trang bị nhiều hơn với các thử thách ngày nay trên các bộ drives và các ứng dụng thân thiện với môi trường.

Bài tiếp theo chúng tôi sẽ đi sâu hơn về các ứng dụng của PROFIdrive Profiles!

MT