EKI-1221D và EKI-1222D là hai mã cổng Modbus của Advantech có sẵn chức năng switch bên trong. Điểm khác biệt này thay đổi cách đi dây cho cả nhà máy: thay vì kéo mỗi tủ một sợi cáp về switch trung tâm, cáp chạy từ tủ này sang tủ kế tiếp. Bài viết bàn phần kiến trúc và ứng dụng; phần nguyên lý dịch giao thức cùng các giới hạn kỹ thuật nằm ở bài trụ cổng Modbus Advantech.
EKI-1221D và EKI-1222D khác gì bản không nối chuỗi
| Mã | Cổng nối tiếp | Cổng mạng | Đặc điểm theo tài liệu công bố |
|---|---|---|---|
| EKI-1221D | 1 | 2 | Cổng Modbus một cổng có sẵn chức năng nối chuỗi mạng, tự bỏ qua khi thiết bị mất nguồn, cấu hình bằng trình duyệt |
| EKI-1222D | 2 | 2 | Cùng bộ tính năng với bản một cổng, thêm một tuyến nối tiếp tách biệt |
| EKI-1221 | 1 | 2 | Theo thông số công bố: ghép mạng Modbus TCP với Modbus RTU và ASCII, tới 921,6 kbps, 16 kết nối và 32 yêu cầu đồng thời, 31 trạm phụ mỗi cổng, chống tĩnh điện 15 kV, tự dò địa chỉ trạm phụ |
| EKI-1224 | 4 | 2 | Bản bốn cổng nối tiếp, dùng khi một tủ có nhiều tuyến tách biệt |
Sự khác nhau không nằm ở số cổng mà nằm ở vai trò của cổng mạng thứ hai. Trên bản không có hậu tố D, hai cổng mạng dùng cho dự phòng đường lên: đấu lên hai switch khác nhau, mất một đường thì còn đường kia. Trên bản có hậu tố D, cổng thứ hai là cổng ra để nối sang thiết bị kế tiếp, đúng vai trò của một switch hai cổng.
Hệ quả về chi phí khá rõ. Một tuyến mười tủ đi kiểu hình sao cần mười sợi cáp về tủ trung tâm và mười cổng switch. Cùng tuyến đó đi kiểu chuỗi chỉ cần một sợi chạy dọc và một cổng switch ở đầu tuyến. Ở nhà máy có các trạm nằm rải trên diện rộng, khoản tiết kiệm này lớn hơn chênh lệch giá thiết bị nhiều lần.
Bốn cách đấu mạng cho cổng Modbus trong nhà máy
- Hình sao. Mỗi cổng Modbus một sợi cáp riêng về switch trung tâm. Hỏng một sợi chỉ mất một tủ, dễ khoanh vùng sự cố. Đổi lại tốn cáp và tốn cổng switch. Hợp với khu vực tập trung, khoảng cách ngắn.
- Nối chuỗi. Cáp chạy từ tủ này sang tủ kế tiếp qua hai cổng của bản có hậu tố D. Tiết kiệm cáp rõ rệt. Rủi ro là một điểm hỏng làm đứt phần còn lại của chuỗi, nên chức năng tự bỏ qua khi mất nguồn là điều kiện bắt buộc.
- Vòng khép kín. Chuỗi được nối vòng về switch quản lý ở đầu tuyến, switch chạy giao thức chống vòng lặp và tự chuyển hướng khi đứt cáp. Đây là cách thường dùng cho tuyến quan trọng, chi tiết phần switch nằm ở bài switch công nghiệp Advantech.
- Hỗn hợp theo khu. Mỗi khu vực dùng một chuỗi ngắn, các chuỗi đấu hình sao về switch lõi. Đây là cách cân bằng nhất cho nhà máy vừa và lớn: giữ được cái lợi tiết kiệm cáp trong khu, đồng thời giới hạn phạm vi ảnh hưởng khi một chuỗi hỏng.
Nguyên tắc chọn gọn trong một câu: chuỗi càng dài thì hậu quả của một điểm hỏng càng lớn, nên giới hạn số tủ trên một chuỗi và luôn khép vòng khi tuyến phục vụ công đoạn không được dừng.
Ứng dụng trong dầu khí và khu vực nguy hiểm
Trạm dầu khí và khu chứa hoá chất có hai đặc điểm định hình cách chọn thiết bị. Thứ nhất, khu vực có nguy cơ cháy nổ nên thiết bị phải đạt chứng nhận cho khu vực nguy hiểm loại một phân nhóm hai. Thứ hai, các cụm thiết bị nằm rải trên diện rộng, đi cáp trong khu vực này tốn kém vì phải qua nhiều thủ tục an toàn.
Hai đặc điểm đó khiến kiểu nối chuỗi trở thành lựa chọn tự nhiên. Cáp chạy dọc theo tuyến ống hoặc theo giá đỡ có sẵn, mỗi trạm đấu vào rồi đi tiếp. Chức năng tự bỏ qua khi mất nguồn giữ cho tuyến không đứt trong lúc một trạm được cắt điện để bảo trì, đây là tình huống xảy ra thường xuyên chứ không phải trường hợp hiếm.
Việc cần làm thêm ở nhóm ứng dụng này là hồ sơ. Mọi thiết bị đặt trong vùng nguy hiểm đều phải có giấy chứng nhận kèm theo và phải ghi rõ trong hồ sơ hoàn công. Chọn thiết bị đúng nhưng thiếu giấy tờ vẫn không qua được nghiệm thu.
Ứng dụng trong nhà máy xử lý nước và nước thải
Nhà máy xử lý nước có cấu trúc trải rộng: bể lắng, bể lọc, trạm bơm và nhà hoá chất nằm cách nhau hàng trăm mét. Phần lớn thiết bị đo tại chỗ nói Modbus RTU trên tuyến nối tiếp: đồng hồ đo lưu lượng, đầu đo độ đục, đầu đo nồng độ và biến tần bơm.
Cách dựng thường gặp gồm ba lớp. Lớp một, mỗi khu có một tủ với cổng Modbus gom các thiết bị trong bán kính vài chục mét. Lớp hai, các tủ nối chuỗi theo tuyến đường nội bộ về nhà điều hành. Lớp ba, phần mềm giám sát ở nhà điều hành đọc toàn bộ qua Modbus TCP mà không cần biết phía dưới là thiết bị của hãng nào.
Điểm đáng lưu ý riêng của ngành nước là môi trường ẩm và ăn mòn. Tủ đặt gần bể phải kín nước và có hút ẩm, các chân tín hiệu cần mức bảo vệ tĩnh điện cao vì tuyến nối tiếp đi ngoài trời. Đây là chỗ phân biệt thiết bị công nghiệp với bộ chuyển đổi văn phòng giá thấp.
Danh sách kiểm khi nghiệm thu tuyến Modbus
- Hồ sơ tham số tuyến. Ghi rõ tốc độ truyền, số bit dữ liệu, kiểu kiểm chẵn lẻ và số bit dừng của từng tuyến. Bốn tham số này phải giống nhau trên mọi thiết bị cùng tuyến.
- Bảng địa chỉ trạm. Chạy chức năng tự dò địa chỉ trạm phụ, đối chiếu với danh sách thiết bị rồi ghi bảng vào hồ sơ tủ kèm tên và vị trí từng thiết bị.
- Phép đọc liên tục. Đọc đủ mọi trạm trong ba mươi phút, ghi lại số lần lỗi. Có lỗi lẻ tẻ nghĩa là tuyến chưa ổn định, thường do thiếu điện trở kết thúc hoặc do nhiễu.
- Đo chu kỳ quét thực tế. So sánh với yêu cầu về độ tươi số liệu của phần mềm phía trên. Chu kỳ dài hơn yêu cầu thì phải chia tuyến chứ không nên tăng tốc độ truyền.
- Thử mất nguồn giữa chuỗi. Cắt nguồn một thiết bị ở giữa và kiểm tra các thiết bị phía sau còn đọc được hay không.
- Thử đứt đường mạng. Rút đường lên chính và kiểm tra thời gian phục hồi qua đường dự phòng.
- Sao lưu cấu hình. Xuất tệp cấu hình của từng cổng Modbus, lưu cùng hồ sơ và ghi kèm phiên bản phần mềm điều khiển đang chạy.
Chọn thiết bị cho tuyến Modbus có nối chuỗi
Bốn thông tin quyết định cấu hình: số tuyến nối tiếp tách biệt trong mỗi tủ, cách đi dây mạng theo hình sao hay theo chuỗi, có yêu cầu chứng nhận khu vực nguy hiểm hay không, và điều kiện môi trường tại vị trí lắp. Khi chỉ cần đưa cổng nối tiếp lên mạng mà không cần dịch giao thức, dùng bộ chuyển đổi EKI-1524; theo thông số công bố, mã này cho phép tối đa năm máy chủ truy cập một cổng nối tiếp và có chứng nhận khu vực nguy hiểm loại một phân nhóm hai.
Khi điểm đo chưa có thiết bị nói Modbus mà chỉ có cảm biến thô, phần mô-đun thu thập trình bày ở bài ADAM-4000 cho tuyến nối tiếp và ADAM-6000 cho mạng Ethernet. Phần máy tính chạy phần mềm giám sát ở đầu hệ thống liệt kê tại danh mục máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247. Khi cấu hình máy chưa chốt, dùng công cụ chọn máy theo yêu cầu.
Câu hỏi thường gặp về EKI-1221D
EKI-1221D khác EKI-1221 ở điểm nào?
Hai mã cùng có một cổng nối tiếp và hai cổng mạng. Khác biệt nằm ở chức năng switch tích hợp: bản có hậu tố D cho phép nối chuỗi thiết bị từ tủ này sang tủ kế tiếp, cổng mạng thứ hai đóng vai trò cổng ra thay vì chỉ là đường dự phòng. Bản không hậu tố dùng hai cổng cho dự phòng đường lên.
Nối chuỗi thì một tủ mất nguồn có làm đứt cả tuyến không?
Theo tài liệu công bố, các bản EKI-1221D và EKI-1222D có chức năng tự bỏ qua khi thiết bị mất nguồn, nên tín hiệu mạng vẫn đi tiếp sang tủ kế. Đây là điều kiện bắt buộc để dám dùng kiểu nối chuỗi. Vẫn nên giới hạn số tủ trên một chuỗi và bố trí đường về từ hai phía khi tuyến dài.
Chứng nhận cho khu vực nguy hiểm loại một phân nhóm hai nghĩa là gì?
Đây là chứng nhận cho phép đặt thiết bị ở nơi khí cháy chỉ xuất hiện khi có sự cố, chứ không có thường xuyên trong điều kiện vận hành bình thường. Thiết bị được thiết kế để không tạo tia lửa hay bề mặt nóng đủ gây cháy trong điều kiện đó. Chứng nhận này thường được yêu cầu ở trạm dầu khí và khu chứa dung môi.
Nên chọn mấy cổng nối tiếp cho một tủ?
Đếm số tuyến nối tiếp tách biệt chứ không đếm số thiết bị. Các thiết bị cùng tốc độ truyền, cùng kiểu kiểm chẵn lẻ và cùng yêu cầu về độ tươi số liệu thì gom vào một tuyến. Thiết bị khác tham số hoặc cần đọc nhanh hơn hẳn thì tách sang tuyến riêng, mỗi tuyến chiếm một cổng.
Cấu hình cổng Modbus bằng trình duyệt có an toàn không?
Chỉ an toàn khi cổng quản trị nằm trong vùng mạng riêng và đã đổi mật khẩu mặc định. Không nên để giao diện quản trị nhìn thấy được từ mạng văn phòng hay từ Internet. Sau khi cấu hình xong nên xuất tệp cấu hình ra lưu cùng hồ sơ tủ.
Làm sao biết một tuyến Modbus đã chạy đúng trước khi bàn giao?
Cần bốn phép thử: đọc đủ mọi trạm trong ba mươi phút liên tục không lỗi, đo chu kỳ quét thực tế và so với yêu cầu, rút nguồn một thiết bị giữa chuỗi để kiểm chức năng bỏ qua, và ngắt đường mạng chính để kiểm đường dự phòng. Kết quả bốn phép thử ghi vào biên bản nghiệm thu.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
