Mạng máy tính công nghiệp Advantech thường được vẽ trên giấy thành ba lớp gọn gàng, nhưng lỗi ngoài hiện trường gần như luôn nằm ở lớp thấp nhất: sợi cáp, đầu bấm, đường nguồn và điểm nối đất. Bài viết đi từ lớp vật lý lên, nêu cách chọn môi trường truyền theo khoảng cách và mức nhiễu, các model chuyển đổi quang điện và switch có cổng quang của hãng, cách cấp nguồn DC và bố trí nối đất cho tủ mạng.
Mạng nhà máy khác mạng văn phòng ngay ở lớp vật lý
Mạng văn phòng chạy trong môi trường sạch: nhiệt độ có điều hòa, nguồn điện qua bộ lưu điện, cáp đi trong trần giả. Mạng nhà máy không có điều kiện nào trong số đó. Cáp chạy trong máng chung với dây động lực, tủ đặt cạnh biến tần, nguồn lấy từ bộ nguồn 24 VDC dùng chung với PLC, và nhiệt độ trong tủ giữa trưa có thể vượt 50 độ C.
Hệ quả là ba quyết định ở lớp vật lý quyết định phần lớn độ ổn định về sau: chọn đồng hay quang cho từng chặng, tách tuyến tín hiệu khỏi tuyến động lực, và xác định điểm nối đất duy nhất cho mỗi tủ. Ba việc này làm sai thì không có tính năng phần mềm nào bù lại được.
Chọn môi trường truyền theo khoảng cách và mức nhiễu
| Môi trường truyền | Khoảng cách một chặng | Ứng xử với nhiễu | Thiết bị Advantech đi kèm | Lưu ý thi công |
|---|---|---|---|---|
| Cáp đồng RJ45 | Dưới 100 m | Nhận nhiễu qua vỏ và qua đất, phụ thuộc mức bảo vệ của cổng | EKI-3528, EKI-7626C, EKI-7629C | Đi riêng máng, cắt ngang cáp động lực theo góc vuông |
| Cáp quang multi-mode | Vài trăm mét trong khuôn viên nhà máy | Không dẫn điện nên không truyền nhiễu và không truyền chênh áp đất | EKI-2541M, EKI-5525MI | Bán kính uốn cong theo tài liệu cáp, chừa vòng dự trữ tại hộp nối |
| Cáp quang single-mode | Tới 30 km theo tài liệu EKI-2526S | Như trên, thêm suy hao thấp cho tuyến dài | EKI-2526S, EKI-2541S | Đầu nối SC phải sạch, đo suy hao trước khi nghiệm thu |
| Khe SFP thay được | Theo module quang lắp vào | Theo module | EKI-7758F, EKI-7710G-2C, EKI-7629C | Giữ một module dự phòng cùng bước sóng trong tủ |
Nguyên tắc thực dụng: đồng cho chặng ngắn trong cùng một tủ hoặc cùng một khu, quang cho mọi chặng vượt ra ngoài phạm vi đó. Chi phí thêm cho một cặp bộ chuyển đổi quang điện nhỏ hơn nhiều so với chi phí dừng chuyền để dò một lỗi rớt gói ngẫu nhiên.
Bốn nguồn nhiễu thường gặp và cách xử lý
| Nguồn nhiễu tại hiện trường | Biểu hiện trên mạng | Cách xử lý ở lớp vật lý | Thông số cần đối chiếu |
|---|---|---|---|
| Biến tần và động cơ lớn khởi động | Rớt gói theo đúng chu kỳ máy chạy, đo bằng lệnh ping liên tục | Đổi chặng đó sang cáp quang, hoặc tách máng và tăng khoảng cách với cáp động lực | Mức bảo vệ tĩnh điện trên cổng Ethernet, ví dụ 4.000 VDC ở EKI-7626C và EKI-7629C |
| Xung trên đường nguồn khi đóng cắt contactor | Switch khởi động lại, mạng đứt vài giây rồi tự lên | Dùng bộ nguồn DC riêng cho tủ mạng, đấu thêm đường nguồn thứ hai | Bảo vệ xung nhanh trên đường nguồn, ví dụ 3.000 VDC ở EKI-7626C |
| Sét lan truyền vào tuyến chạy ngoài trời | Cổng chết hẳn sau một trận mưa giông | Toàn bộ đoạn ngoài nhà đi cáp quang, thiết bị hai đầu đặt trong nhà | Mức chống nhiễu cấp 3 cho môi trường ngoài trời ở EKI-5525SI và EKI-5524SSI |
| Chênh điện thế đất giữa hai nhà xưởng | Lỗi rời rạc, khó lặp lại, đổi switch không hết | Cắt liên kết đồng giữa hai khu, nối bằng quang để hai hệ đất độc lập | Chức năng truyền lỗi liên kết đặt bằng jumper trên EKI-2541M và EKI-2541S |
Thiết bị Advantech cho tuyến quang và tuyến đồng
| Model | Cổng đồng | Cổng quang | Nguồn cấp | Việc dùng đến |
|---|---|---|---|---|
| EKI-2541M | 1 cổng 10/100 RJ45 | 1 cổng 100 Mbps đầu SC | 12–48 VDC dự phòng | Kéo một chặng qua vùng nhiễu mà không đổi switch hai đầu |
| EKI-2541S | 1 cổng 10/100 RJ45 | 1 cổng 100 Mbps đầu SC | 12–48 VDC dự phòng | Tuyến single-mode dài giữa hai nhà xưởng |
| EKI-2526S | 4 cổng 10/100 RJ45 | 2 cổng single-mode 100 Mbps đầu SC | 12–48 VDC dự phòng | Gom bốn thiết bị tại chỗ rồi lên quang, tuyến tới 30 km |
| EKI-7758F | 4 cổng Gigabit | 4 khe SFP | Kép 12–48 VDC, 1 ngõ relay | Nút tập trung nhiều tuyến quang trong phòng kỹ thuật |
| EKI-5525SI | 4 cổng 10/100 | 1 cổng 100FX đầu SC hoặc ST | 8,4–52,8 VDC | Điểm lẻ ngoài trời, đọc được cả bằng Modbus/TCP lẫn SNMP |
| EKI-7629C | 8 cổng 10/100 | 2 cổng combo đồng hoặc SFP tốc độ Gigabit | Kép 12–48 VDC, 1 ngõ relay | Tủ đầu chuyền, uplink quang lên phòng máy |
Điểm chung của các model trên là gắn thanh DIN, nhận nguồn DC dải rộng và không có quạt. Đó là ba điều kiện để thiết bị nằm được trong tủ điện cùng với PLC thay vì phải dựng thêm một tủ rack riêng có điều hòa.
Cấp nguồn DC, nối đất và bố trí trong tủ
- Hai đường nguồn thật sự độc lập. Các dòng EKI-7000 và EKI-9000 nhận hai đầu vào nguồn, nhưng chỉ có tác dụng khi hai đầu đó lấy từ hai bộ nguồn khác nhau. Đấu chung một bộ nguồn rồi chia hai đầu là hình thức.
- Ngõ relay báo lỗi phải đấu đi đâu đó. Ngõ relay trên switch đóng khi mất một đường nguồn hoặc rớt liên kết đã cấu hình. Đưa tín hiệu này về một ngõ vào số của PLC, hoặc về mô-đun như ADAM-6060, để trạm vận hành thấy sự cố ngay thay vì đợi người đi kiểm tra tủ.
- Một điểm nối đất cho mỗi tủ. Thanh DIN tiếp đất về thanh cái của tủ, vỏ switch bám thanh DIN. Không tạo đường đất thứ hai qua vỏ cáp mạng chạy sang tủ khác.
- Khoảng hở nhiệt. Thiết bị không quạt tản nhiệt qua vỏ, cần chừa khoảng trống trên dưới. Tủ kín đặt ngoài trời nên chọn model có dải nhiệt rộng thay vì lắp thêm quạt hút bụi vào tủ.
- Đánh dấu hai đầu mọi sợi cáp. Việc mất nhiều thời gian nhất khi xử lý sự cố không phải là sửa, mà là tìm ra sợi nào đi đâu.
Ví dụ đi dây cho một xưởng dập kim loại
Xưởng có 6 máy dập, mỗi máy một tủ điều khiển; một khu kiểm tra chất lượng cách đó 180 mét; văn phòng điều độ nằm ở tòa nhà bên cạnh có trạm biến áp riêng. Phương án lớp vật lý:
- Trong mỗi tủ máy dập đặt một switch nhỏ gắn DIN rail, lấy nguồn 24 VDC của tủ, cáp đồng nối trong phạm vi tủ và sang tủ kề bên dưới 20 mét.
- Sáu tủ máy dập gom về một tủ đầu chuyền bằng cáp đồng đi trong máng tín hiệu riêng, cách máng động lực tối thiểu theo quy định thiết kế điện của nhà máy.
- Tủ đầu chuyền dùng EKI-7629C, lên phòng máy bằng cổng combo lắp module quang. Đoạn 180 mét sang khu kiểm tra chất lượng đi quang, hai đầu dùng cặp bộ chuyển đổi quang điện có truyền lỗi liên kết.
- Tuyến sang tòa nhà điều độ bắt buộc đi quang vì hai tòa có hệ nối đất riêng. Không kéo cáp đồng giữa hai tòa trong bất kỳ trường hợp nào.
- Toàn bộ thiết bị mạng lấy nguồn từ hai bộ nguồn DC đặt trong tủ mạng, không dùng chung bộ nguồn với cuộn hút contactor.
Chọn thiết bị mạng Advantech cho tuyến cáp
Trình tự lập danh mục vật tư cho phần cáp và thiết bị đầu cuối: đo lại chiều dài thật của từng chặng, đánh dấu chặng nào vượt 100 mét hoặc đi cạnh biến tần, đếm số cổng cần tại mỗi tủ rồi cộng thêm hai cổng dự phòng, cuối cùng ghi nhiệt độ đo được trong tủ nóng nhất để loại các model không đạt dải nhiệt.
Danh sách đầy đủ các model đang bán nằm trong chuyên mục switch công nghiệp. Phần chọn dòng switch theo quy mô mạng có trong bài switch công nghiệp Advantech, còn cách đưa tín hiệu cảm biến lên mạng thì xem bài ADAM-6000. Kiến thức nền về cấu hình máy tính điều khiển đi kèm có tại bài cấu hình máy tính công nghiệp trên IPC247. Khi cần chọn nhanh máy trạm cho phòng điều độ, dùng công cụ chọn máy theo nhu cầu để lọc theo số cổng mạng và kiểu gắn.
Câu hỏi thường gặp về mạng máy tính công nghiệp Advantech
Khi nào một chặng mạng trong nhà máy phải chuyển sang cáp quang?
Có ba dấu hiệu: chặng dài quá 100 mét, tuyến đi song song với cáp động lực hoặc cạnh biến tần, và hai đầu tuyến nằm ở hai nhà xưởng có hệ nối đất riêng. Bộ chuyển đổi quang điện EKI-2541M và EKI-2541S xử lý được cả ba trường hợp mà không phải thay switch hai đầu.
Cáp quang single-mode của Advantech kéo được bao xa?
Theo tài liệu của switch EKI-2526S, tuyến quang single-mode 100 Mbps đạt tới 30 km. Trong nhà máy thì khoảng cách không phải yếu tố quyết định, lý do chọn quang thường là miễn nhiễm nhiễu điện từ và cắt vòng lặp dòng đất giữa hai khu.
Chức năng truyền lỗi liên kết trên bộ chuyển đổi quang điện dùng để làm gì?
Khi cổng đồng ở một đầu mất kết nối, bộ chuyển đổi hạ luôn liên kết ở đầu kia để thiết bị đầu xa biết đường đã đứt. Không có chức năng này, switch phía sau vẫn thấy cổng lên đèn và tiếp tục gửi dữ liệu vào một tuyến chết. EKI-2541M và EKI-2541S đặt chức năng này bằng jumper bên trong.
Vì sao switch công nghiệp Advantech nhận nguồn DC dải rộng thay vì cắm điện lưới?
Tủ điện trong xưởng đã có sẵn bộ nguồn 24 VDC cấp cho PLC và cảm biến. Các dòng EKI nhận dải 12 đến 48 VDC, riêng EKI-5525SI nhận 8,4 đến 52,8 VDC, nên lấy chung nguồn tủ và đấu thêm đường nguồn thứ hai làm dự phòng.
Nối đất vỏ switch ở đâu để tránh vòng lặp dòng đất?
Mỗi tủ chỉ nên có một điểm nối đất về thanh cái, vỏ switch bám vào thanh DIN đã tiếp đất của tủ đó. Khi tuyến chạy sang tủ khác hoặc nhà xưởng khác, cắt liên kết đồng và dùng cáp quang để hai hệ đất không nối với nhau qua vỏ cáp.
Đọc thêm về thiết bị: toàn bộ máy tính công nghiệp Advantech cùng các hãng khác trên ipc247.com.
