PROFINET hỗ trợ tính sẵn sàng cao như thế nào 

Tính sẵn sàng cao

PROFINET hỗ trợ tính sẵn sàng cao, dù trong tự động hóa quy trình hay các ứng dụng khác, với Dự phòng hệ thống và Dự phòng phương tiện. Khi nói về dự phòng hệ thống, chúng ta thực sự muốn nói đến dự phòng hệ thống có khả năng mở rộng vì nó không chỉ là một yếu tố. Đây là nơi chúng ta thêm các thành phần vào mạng để tăng mức độ sẵn sàng của hệ thống – Có 4 khả năng: S1, S2 và R1, R2. Chữ cái cho biết có Điểm truy cập mạng (NAP) Đơn (S) hay Dự phòng (R), và số cho biết có bao nhiêu Quan hệ ứng dụng (AR) được hỗ trợ bởi mỗi NAP (1 hoặc 2).

Dự phòng hệ thống

Hãy coi Điểm truy cập mạng như một giao diện vật lý với mạng, và coi Quan hệ ứng dụng như một kết nối mạng để thực hiện cả trao đổi dữ liệu tuần hoàn và không tuần hoàn giữa các bộ điều khiển và thiết bị. Vì vậy, hãy tham khảo Hình 1, đối với S1, chúng ta có thể thấy nó có các NAP Đơn (S) với một Quan hệ ứng dụng (1) được kết nối với một Bộ điều khiển. Đối với S2, hãy lưu ý rằng nó cũng có các NAP đơn, nhưng có hai AR, mỗi AR được kết nối với các bộ điều khiển khác nhau. Điều này giúp hệ thống tiếp tục hoạt động trong trường hợp một trong các bộ điều khiển dự phòng bị lỗi vì tất cả các thiết bị vẫn có kết nối với bộ điều khiển. Khái niệm này cũng tương tự khi chúng ta có các NAP dự phòng. Đối với R1, nó có các NAP dự phòng, nghĩa là mỗi thiết bị có hai kết nối vật lý (dự phòng), với một AR cho mỗi NAP. Các NAP này cung cấp kết nối đến các bộ điều khiển khác nhau. Đối với R2, nó cũng có các NAP dự phòng, nhưng có hai AR cho mỗi NAP, cung cấp nhiều kết nối đến các bộ điều khiển khác nhau.

Hình 1 – Các loại Dự phòng Hệ thống khác nhau

Dự phòng Mạng

Giờ đây, bạn có thể thấy dự phòng hệ thống hỗ trợ tính khả dụng cao cũng như tăng tính khả dụng của hệ thống bằng cách sử dụng NAP và AR. Chúng ta cũng có thể hỗ trợ tính khả dụng cao bằng cách sử dụng dự phòng phương tiện. Khi nói về dự phòng phương tiện, chúng ta thực sự muốn nói đến dự phòng mạng. Và cách PROFINET hỗ trợ dự phòng phương tiện (mạng) là thông qua việc sử dụng các cấu trúc vòng. Lý do chúng ta sử dụng vòng là vì nếu cáp hoặc kết nối vật lý bị đứt, hoặc một thiết bị bị lỗi, mạng có thể trở lại cấu trúc đường dây – duy trì hoạt động của hệ thống. Tuy nhiên, việc hỗ trợ dự phòng mạng bằng vòng đồng nghĩa với việc chúng ta không thể sử dụng các giao thức thường được sử dụng trong mạng CNTT như Giao thức Cây Mở rộng (STP) và Giao thức Cây Mở rộng Nhanh (RSTP). Điều này là do STP và RTSP thực sự ngăn chặn dự phòng mạng bằng cách chặn các đường dẫn dự phòng để ngăn các khung dữ liệu lưu thông mãi mãi trong mạng.

Hình 2 – Các thành phần của một vòng MRP

Vì vậy, để PROFINET hỗ trợ các vòng, chúng ta cũng cần một cách để ngăn chặn các khung dữ liệu lưu thông mãi mãi trong mạng. Và để làm được điều này, chúng ta sử dụng một giao thức gọi là Giao thức Dự phòng Phương tiện (MRP). MRP sử dụng một Trình quản lý Dự phòng Phương tiện (MRM) cho mỗi vòng, và các thiết bị còn lại được gọi là Máy khách Dự phòng Phương tiện (MRC) như được hiển thị trong Hình 2. MRM thường là bộ điều khiển hoặc bộ chuyển mạch PROFINET, và máy khách thường là thiết bị. MRM định kỳ gửi các khung dữ liệu kiểm tra để kiểm tra tính toàn vẹn của vòng. Nếu MRM không nhận được khung dữ liệu kiểm tra, tức là đã có lỗi ở đâu đó trong vòng thông tin. Sau đó, MRM sẽ thông báo cho các MRC về lỗi và thiết lập mạng hoạt động như một cấu trúc tuyến cho đến khi các lỗi được khắc phục.

Dự phòng Hệ thống + Dự phòng Mạng

Giờ đây, chúng ta có thể thấy dự phòng hệ thống và dự phòng phương tiện hỗ trợ tính khả dụng cao như thế nào. Dự phòng hệ thống thực hiện điều này bằng cách tăng tính khả dụng của hệ thống, trong khi dự phòng phương tiện thực hiện điều này bằng cách tăng tính khả dụng của mạng. Hiển nhiên, chúng ta có thể sử dụng một trong hai mà không cần dùng đến cái còn lại, nhưng bằng cách kết hợp dự phòng phương tiện và dự phòng hệ thống, chúng ta có thể tăng độ tin cậy tổng thể của hệ thống. Ví dụ, Hình 3 cho thấy các cấu trúc liên kết khác nhau cho S1 và S2. Lưu ý rằng chúng ta chỉ có thể sử dụng dự phòng phương tiện cho S1 vì không có bộ điều khiển thứ cấp nào cung cấp dự phòng hệ thống. Đối với S2, chúng ta kết hợp dự phòng hệ thống và dự phòng mạng bằng cách thêm một vòng MRP, nhưng vẫn có những cấu trúc liên kết khác khả thi.

Hình 3 – S1 và S2 với Dự phòng Phương tiện

Hình 4 cho thấy hai cấu trúc liên kết để thêm dự phòng phương tiện cho R1 và R2. Đối với R1, chúng tôi thêm một vòng MRP cho mỗi NAP dự phòng. Đối với R2, chúng tôi cũng có một vòng MRP cho mỗi NAP dự phòng, nhưng chúng tôi cũng thêm một vòng MRP thứ ba cho các bộ điều khiển. Tuy nhiên, một lần nữa, có rất nhiều cấu trúc liên kết có thể áp dụng, tùy thuộc vào số lượng cổng trên mỗi thiết bị và số lượng bộ chuyển mạch trong mạng.

Hình 4 – R1 và R2 với Dự phòng Phương tiện

Kết luận

Vậy là bạn đã có kết quả. PROFINET hỗ trợ tính khả dụng cao bằng cách sử dụng dự phòng hệ thống và dự phòng mạng. Các khả năng này mang lại sự linh hoạt để kết hợp kiến ​​trúc mạng OT với các yêu cầu về độ tin cậy của hệ thống.