Trước khi nói tới phần mềm hay bảng theo dõi, một nhà máy muốn dùng IoT công nghiệp Advantech phải chuẩn bị xong phần hạ tầng: tín hiệu đã ở dạng số, thiết bị đời cũ đã lên được mạng, mạng nhà máy đã tách khỏi mạng văn phòng và dữ liệu đã có chỗ dừng. Bài này đi theo năm bước đó, mỗi bước kèm thiết bị cụ thể và dấu hiệu để biết bước đã xong.
Bài viết bàn phần hạ tầng kết nối. Phần chia lớp thiết bị cho một nhà máy số hoá nằm ở bài xây dựng nhà máy thông minh với phần cứng Advantech.
Năm bước chuẩn bị hạ tầng cho nhà máy
Thứ tự các bước quan trọng không kém nội dung từng bước. Làm ngược thứ tự thường dẫn tới việc mua phần mềm xong rồi phát hiện không có dữ liệu để đưa vào.
| Bước | Câu hỏi phải trả lời | Dấu hiệu bước đã xong |
|---|---|---|
| 1. Số hoá tín hiệu | Trạng thái máy và các đại lượng chính có đọc được dưới dạng số không | Một máy tính trong xưởng đọc được trạng thái chạy, dừng, lỗi mà không cần người ghi sổ |
| 2. Đưa thiết bị cũ lên mạng | Thiết bị dùng cổng nối tiếp có tham gia mạng được không | Cân, biến tần, đồng hồ đo trả dữ liệu về qua mạng Ethernet |
| 3. Tách lớp mạng | Đường truyền của thiết bị có bị lưu lượng văn phòng chen vào không | Mạng thiết bị chạy trên switch riêng, chỉ nối lớp trên qua một điểm |
| 4. Chọn nơi dữ liệu dừng lại | Dữ liệu lưu ở máy biên, ở máy chủ tại chỗ hay đẩy ra ngoài | Có một máy đảm nhiệm việc gom và lưu, mất mạng vài giờ vẫn không mất số liệu |
| 5. Công cụ nền web và quản trị thiết bị | Người xem số liệu có phải cài phần mềm riêng không, ai biết máy nào sắp hỏng | Mở trình duyệt là thấy số liệu, danh sách máy tính trong xưởng có trạng thái theo dõi được |
Bước 1: số hoá tín hiệu đang có trong tủ điện
Nguồn dữ liệu đầu tiên của nhà máy nằm ngay trong tủ điện hiện có: tiếp điểm báo chạy, tiếp điểm báo lỗi, tín hiệu cảm biến nhiệt độ và áp suất. Cách lấy nhanh nhất là đấu song song vào module thu thập, không động vào phần điều khiển đang chạy.
Module ADAM-6060 có sáu đầu vào số và sáu ngõ ra rơ le, hỗ trợ Modbus TCP cùng các giao thức mạng thông dụng, đủ cho một trạm đọc trạng thái máy. Đại lượng tương tự dùng ADAM-6017 với tám kênh vào nhận tín hiệu mV, V hoặc mA và hai ngõ ra số. Bảng so sánh các dòng module trong họ này nằm ở bài module ADAM-6000.
Vị trí khó kéo dây thì dùng bản không dây. Bộ WISE-4012E chạy trên chuẩn không dây 2,4 GHz, có hai kênh vào 0–10 V, hai kênh vào số và hai ngõ ra rơ le, hỗ trợ Modbus TCP kèm dịch vụ web. Bộ này thường dùng cho điểm đo lẻ hoặc cho giai đoạn khảo sát trước khi lắp cố định.
Bước 2: đưa thiết bị cổng nối tiếp lên mạng Ethernet
Phần lớn nhà máy đang có một lớp thiết bị chỉ nói chuyện qua RS-232, RS-422 hoặc RS-485: cân điện tử, biến tần, đồng hồ đo điện, đầu đọc mã. Không cần thay lớp này, chỉ cần đặt bộ chuyển đổi ở giữa.
| Tình huống | Thiết bị dùng | Điểm cần chú ý |
|---|---|---|
| Phần mềm cũ chỉ biết đọc cổng COM | ADAM-4571 tạo cổng COM ảo qua mạng, hỗ trợ RS-232, RS-422 và RS-485 | Cho tối đa năm máy chủ cùng truy cập một cổng nối tiếp, có bảo vệ tĩnh điện 15 kV cho các chân tín hiệu |
| Mạng Modbus RTU cần ghép vào hệ Modbus TCP | EKI-1221 làm cổng nối giữa hai mạng | Hỗ trợ tối đa 31 thiết bị tớ trên mỗi cổng nối tiếp, có hai cổng Ethernet cho đường mạng dự phòng |
| Nhiều thiết bị nối tiếp gom về một chỗ | EKI-1524 với bốn cổng nối tiếp | Cấu hình được bằng trình duyệt, chọn kiểu RS-232, RS-422 hay RS-485 bằng phần mềm |
Sau bước này, mọi thiết bị trong xưởng đều có một địa chỉ trên mạng. Đây là điều kiện để phần mềm phía trên đọc dữ liệu mà không phải kéo thêm dây tín hiệu.
Bước 3: tách mạng nhà máy khỏi mạng văn phòng
Vòng quét đọc thiết bị cần độ trễ ổn định, trong khi lưu lượng mạng văn phòng thay đổi theo giờ và không kiểm soát được. Dùng chung hạ tầng khiến số liệu bị trễ vào giờ cao điểm và rất khó tìm nguyên nhân.
Switch công nghiệp giải quyết cả bài toán đường truyền lẫn bài toán môi trường. Model EKI-7710G-2C có tám cổng Gigabit cùng hai cổng kết hợp cáp đồng hoặc quang, hỗ trợ vòng dự phòng với thời gian phục hồi dưới 20 ms, nhận hai đầu vào nguồn 12–48 V một chiều và có ngõ rơ le báo lỗi. Bản chịu nhiệt mở rộng làm việc trong dải –40 đến 75 độ C, dùng cho tủ ngoài trời.
Nguyên tắc đấu nối gọn trong một câu: mạng thiết bị và mạng quản lý là hai nhánh riêng, chỉ gặp nhau tại máy biên hoặc tại một điểm có kiểm soát. Cách chọn thiết bị mạng cho xưởng có ở bài switch công nghiệp Advantech.
Bước 4: chọn nơi dữ liệu dừng lại
Câu hỏi này quyết định chi phí đường truyền và mức rủi ro. Ba phương án thường gặp, khác nhau ở chỗ dữ liệu được lưu và xử lý.
- Dừng ở máy biên trong tủ: máy không quạt gom dữ liệu của một cụm thiết bị, lọc và quy đổi tại chỗ, chỉ đẩy phần tổng hợp lên trên. Hợp với xưởng có đường truyền yếu hoặc cụm thiết bị đặt xa phòng máy.
- Dừng ở máy chủ đặt tại nhà máy: toàn bộ lịch sử nằm trong nội bộ, người dùng mở trình duyệt trong mạng công ty là xem được. Đây là phương án phổ biến nhất cho một nhà máy đơn lẻ.
- Đẩy tiếp ra ngoài: chỉ cần khi doanh nghiệp có nhiều nhà máy phải gom số liệu về một đầu mối, hoặc khi người phụ trách phải xem từ xa thường xuyên.
Dù chọn phương án nào, máy gom dữ liệu phải có bộ nhớ đệm tại chỗ. Mạng gián đoạn nửa ngày mà số liệu vẫn ghi tiếp rồi đồng bộ sau là yêu cầu tối thiểu, không phải tính năng tuỳ chọn.
Bước 5: công cụ nền web và quản trị thiết bị
Bước cuối là lớp người dùng nhìn thấy. Phần mềm giám sát WebAccess dựng giao diện trên nền web nên trạm xem chỉ cần trình duyệt, thêm một người xem không phải thêm một lần cài đặt. Chi tiết kiến trúc phần mềm có ở bài WebAccess là gì.
Đi kèm là phần quản trị chính các máy tính trong xưởng: nhiệt độ, dung lượng ổ, phiên bản phần mềm, tình trạng kết nối. Khi số máy công nghiệp trong nhà máy vượt quá mười, việc đi từng máy để kiểm tra không còn khả thi và phần quản trị tập trung trở thành bắt buộc.
Ví dụ chuẩn bị cho một phân xưởng ép nhựa
Phân xưởng có mười hai máy ép, mỗi máy có tủ điều khiển riêng và một đồng hồ đo điện dùng cổng RS-485. Trình tự chuẩn bị đi đúng năm bước ở trên.
- Mỗi máy gắn một module đọc trạng thái chạy, dừng, lỗi và tín hiệu đếm chu kỳ ép, đấu song song với tiếp điểm sẵn có trong tủ.
- Mười hai đồng hồ đo điện nối chung một nhánh RS-485, đưa lên mạng qua một cổng nối Modbus đặt ở tủ đầu chuyền.
- Toàn bộ nhánh gom về hai switch công nghiệp đặt hai đầu xưởng, nối vòng để đứt một đoạn cáp vẫn còn đường đi.
- Một máy không quạt trong tủ trung tâm gom dữ liệu, lưu tại chỗ, tính sản lượng theo ca và suất tiêu hao điện trên mỗi tấn nhựa.
- Quản đốc mở trình duyệt xem sản lượng theo ca, bộ phận kỹ thuật nhận cảnh báo khi một máy dừng quá thời gian đặt trước.
Sau khi chạy ổn định, phần mở rộng chỉ là lặp lại bước một và bước hai cho phân xưởng kế tiếp. Hạ tầng mạng và máy gom dữ liệu đã có sẵn.
Chọn thiết bị chuẩn bị cho IoT công nghiệp
Danh mục thiết bị theo từng bước nằm trong các nhóm sản phẩm của website: module thu thập tín hiệu, bộ chuyển đổi và switch ở nhóm thiết bị mạng, máy gom dữ liệu ở nhóm máy tính không quạt. Bối cảnh chọn máy tính công nghiệp theo môi trường lắp có ở bài máy tính công nghiệp Advantech trên IPC247.
Khi đã biết số điểm tín hiệu và điều kiện lắp đặt, lọc model bằng công cụ chọn máy theo yêu cầu, gửi kèm số máy cần đọc, loại tín hiệu và khoảng cách từ tủ tới phòng máy để bên tư vấn tính đúng số cổng.
Câu hỏi thường gặp về IoT công nghiệp Advantech
Nhà máy cũ có nối lên mạng được không?
Được, và không phải thay bộ điều khiển. Tín hiệu trong tủ điện đấu song song vào module thu thập, thiết bị dùng cổng nối tiếp đi qua bộ chuyển đổi sang Ethernet. Dây chuyền vẫn chạy trong lúc lắp vì phần điều khiển không bị động vào.
Có bắt buộc đưa dữ liệu lên đám mây không?
Không. Phần lớn nhà máy dừng dữ liệu ở máy biên và máy chủ đặt tại chỗ, vì báo cáo và cảnh báo đều xử lý trong nội bộ. Đám mây chỉ cần khi doanh nghiệp có nhiều nhà máy phải gom số liệu về một chỗ hoặc phải xem từ xa thường xuyên.
Thiết bị dùng cổng RS-485 có tham gia được không?
Có. Bộ chuyển đổi nối tiếp sang Ethernet như ADAM-4571 hoặc EKI-1524 tạo cổng ảo trên máy tính, còn EKI-1221 ghép mạng Modbus RTU với Modbus TCP. Thiết bị đời cũ vì vậy tham gia mạng nhà máy mà không phải thay mới.
Mạng nhà máy có nên dùng chung với mạng văn phòng không?
Không nên. Lưu lượng của mạng văn phòng thay đổi theo giờ và không kiểm soát được, trong khi vòng quét đọc thiết bị cần độ trễ ổn định. Tách bằng switch công nghiệp riêng, chỉ nối hai lớp qua một điểm có kiểm soát.
Bước nào nên làm trước khi tính tới phần mềm?
Số hoá tín hiệu. Khi tủ điện đã xuất được trạng thái chạy, dừng, lỗi và các đại lượng chính ra dạng số, mọi phần mềm phía trên đều có dữ liệu để làm việc. Mua phần mềm trước khi có nguồn dữ liệu là thứ tự ngược.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
