Trọng tâm chiến lược của chuyển đổi số nằm ở bảo trì dự đoán, sản xuất thích ứng và kiểm soát chất lượng tích hợp. Việc sử dụng các giải pháp kỹ thuật số tiên tiến như phân tích dựa trên AI và mô hình song sinh kỹ thuật số mang lại lợi ích về năng suất và tiết kiệm mọi chi phí.
Tất cả các công nghệ này đều có điểm chung: chúng hoạt động ở cấp độ CNTT và yêu cầu truy cập vào lượng dữ liệu khổng lồ từ quy trình sản xuất, được tạo ra bởi các thiết bị hiện trường ở cấp độ OT. Do đó, giao tiếp dọc này là điều kiện tiên quyết thiết yếu cho nhà máy thông minh trong tương lai.
Tuy nhiên, cấu trúc kim tự tháp trong tự động hóa hiện tại, với sự phân tách thứ bậc cứng nhắc giữa CNTT và OT cùng các mạng truyền thông riêng biệt, cho đến nay đã cản trở sự phát triển này. Xét cho cùng, việc trao đổi dữ liệu linh hoạt đòi hỏi các đường cao tốc dữ liệu mở và liên tục – các mạng hội tụ.
PROFINET hiện đã đáp ứng nhiều yêu cầu này và do đó, không phải ngẫu nhiên mà nó là lựa chọn số một trong thế giới OT.
Bảo mật và ngữ nghĩa trở thành trọng tâm
Tuy nhiên, đối với giao tiếp dọc, ngoài khả năng kết nối, hai chủ đề khác cũng vô cùng quan trọng là an ninh mạng và ngữ nghĩa. Trong nhà máy truyền thống chúng ta sẽ thấy, ranh giới giữa CNTT và OT hoạt động như một lớp bảo vệ ngầm và vấn đề kiểm soát truy cập, do đó được xử lý bởi các cổng và tường lửa với cấu hình phức tạp tương ứng. Với mạng hội tụ, những rào cản này được loại bỏ. Việc kiểm soát truy cập phải được xử lý trực tiếp tại điểm cuối giao tiếp: thiết bị hiện trường. Các tính năng bảo mật PROFINET về xác thực và kiểm soát truy cập có sẵn cho mục đích này. Điều này tạo ra tiền đề cho việc quản lý người dùng nhất quán và tập trung.
Ngoài ra, ngữ nghĩa dữ liệu dễ dàng là điều bắt buộc đối với giao tiếp theo chiều dọc. Ngược lại, khi truy cập dữ liệu thông qua bus trường nối tiếp cổ điển, người dùng chỉ nhận được giá trị dữ liệu. Ngữ nghĩa được ẩn giấu trong sách hướng dẫn sử dụng. Tuy nhiên, các ứng dụng CNTT mong đợi các đối tượng dữ liệu bao gồm dữ liệu và siêu dữ liệu. Ngày nay, OPC UA là phần mềm trung gian chiếm ưu thế trong lĩnh vực CNTT khi nói đến mô hình thông tin và trao đổi thông tin. Vì vậy, khi dữ liệu được truyền lên trên thông qua bus trường, trước tiên nó phải được làm giàu ngữ nghĩa trong thiết bị biên và chuyển đổi thành OPC UA. Ở đây, cần phân biệt giữa ngữ nghĩa nội bộ và ngữ nghĩa bên ngoài:
- Ngữ nghĩa nội bộ bao gồm tất cả siêu dữ liệu phát sinh từ mô hình thiết bị nội bộ; đối với một giá trị đo được, điều này bao gồm như loại dữ liệu, đơn vị vật lý hoặc phạm vi giá trị.
- Ngữ nghĩa bên ngoài bao gồm thông tin cụ thể của ứng dụng được lấy từ kỹ thuật ứng dụng, ví dụ: giá trị đo được liên quan đến lưu lượng của hệ thống sưởi cho nồi hơi 3.
Trong các ứng dụng biên hiện nay, việc làm giàu ngữ nghĩa dữ liệu này phần lớn được thực hiện thủ công. Điều này đòi hỏi nỗ lực đáng kể và do đó thiếu linh hoạt.
Khả năng tương tác ngữ nghĩa
Ngữ nghĩa nội bộ là đặc thù của thiết bị và do đó có thể được nhập tự động từ tệp mô tả thiết bị (PROFINET GSD). Với OPC UA Phần 30144, các từ khóa mở rộng có sẵn trong GSD để mô tả dữ liệu có sẵn trên thiết bị, cùng với ánh xạ ngữ nghĩa của chúng đến một mô hình thông tin. Điều này cho phép một mô hình thông tin chung và xử lý tự động ở biên.
Công cụ kỹ thuật của nhà máy là nguồn chính cho ngữ nghĩa bên ngoài. Việc nhập tự động cho giao tiếp dọc có thể thực hiện được thông qua dữ liệu tham số hóa tương ứng của thiết bị. Những dữ liệu này chuẩn hóa Hồ sơ PROFINET với Đặc tả bổ sung OPC liên quan.
Trong khi đó, các thiết bị lớn hơn như robot và bộ truyền động cũng đang được đưa ra thị trường, ngoài PROFINET, chúng còn tích hợp máy chủ OPC UA để giao tiếp dọc. Ở đây, các nhà sản xuất thiết bị và nhà phát triển ứng dụng cũng được hưởng lợi từ các mô hình thông tin được chuẩn hóa bắt nguồn từ Đặc tả bổ sung PROFINET. Những mô hình này đảm bảo khả năng tương tác ngữ nghĩa và do đó giảm chi phí cho các thiết bị và ứng dụng.
Giải pháp thông qua thiết bị biên
Nhưng điều gì xảy ra trong các hệ thống hiện có với các thiết bị cũ hoặc với các thiết bị hiện trường mới sử dụng Ethernet đơn cặp (SPE) và cấp nguồn qua đường dây hai dây (P0DL)? Đối với các thiết bị bị hạn chế như vậy, giao tiếp dọc thông qua các thiết bị biên là lựa chọn duy nhất.
Với sự ra mắt của SXP trong PROFINET V2.5, các yêu cầu về giao tiếp dọc cũng được giải quyết. Nó cung cấp các kênh giao tiếp mới, mạnh mẽ và cho phép giao tiếp hiệu quả dựa trên dữ liệu và sự kiện.
Bộ công cụ giải pháp hiện bao gồm thiết bị biên, máy chủ OPC UA trên thiết bị và các mô hình thông tin được tiêu chuẩn hóa. Thiết bị biên là một thành phần quan trọng để tích hợp các thiết bị bị hạn chế, chẳng hạn như các thiết bị SPE hiện đang xuất hiện trên thị trường. Điều này cũng cho phép chuyển đổi dần từ các hệ thống hiện có sang các nhà máy thông minh hơn.
Với các thành phần mới này trong hệ sinh thái PROFINET, dữ liệu có thể được cung cấp linh hoạt và tiết kiệm chi phí hơn, mở đường cho các giải pháp kỹ thuật số thông minh. Điều này áp dụng cho dù bạn đang lên kế hoạch cho một nhà máy thông minh hay muốn phát triển hơn nữa sản xuất hiện có của mình thông qua việc sử dụng các giải pháp kỹ thuật số tiên tiến. Với PROFINET và hệ sinh thái liên quan, một giải pháp có khả năng mở rộng bao trùm mọi khía cạnh của truyền thông theo chiều dọc đã có sẵn. Điều này cũng rất quan trọng đối với các nhà sản xuất thiết bị, bởi với PROFINET, họ đang dựa vào một giải pháp vừa tương thích vừa có khả năng đáp ứng nhu cầu trong tương lai.
Tiến sĩ Andreas Uhl
Trưởng ban Ủy ban PI C3