Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, bộ điều khiển logic lập trình (PLC), với tư cách là thiết bị điều khiển cốt lõi, đang ngày càng phải đối mặt với những thách thức về hiệu suất và độ tin cậy của toàn bộ hệ thống. Với sự phát triển không ngừng của Công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh, các nhà sản xuất đang đặt ra những yêu cầu cao hơn về kết nối thiết bị, trao đổi dữ liệu và cộng tác thông minh. Trong bối cảnh này, các đặc tính kỹ thuật, kịch bản ứng dụng và sự khác biệt về hiệu suất của các giao thức phổ biến như Modbus TCP, Ethernet/IP và PROFINET đang ngày càng thu hút sự chú ý của ngành. Việc lựa chọn giao thức truyền thông phù hợp không chỉ cải thiện đáng kể hiệu quả phối hợp thiết bị và khả năng phản hồi của hệ thống mà còn giảm thiểu hiệu quả chi phí vận hành và độ trễ hệ thống. Điều này đã trở thành một bước quan trọng trong quá trình chuyển đổi và nâng cấp số hóa và thông minh của doanh nghiệp.

Khi lựa chọn giao thức truyền thông PLC, các công ty nên cân nhắc bốn yếu tố chính sau dựa trên yêu cầu ứng dụng thực tế:

Thời gian thực và xác định: Trong các tình huống điều khiển có độ chính xác cao, hiệu suất thời gian thực và khả năng xác định thời gian của giao thức đặc biệt quan trọng. Ví dụ, kênh Thời gian thực đẳng thời (IRT) của PROFINET đạt được khả năng đồng bộ hóa ở mức micro giây, cung cấp hỗ trợ đáng tin cậy cho các ứng dụng cao cấp như điều khiển chuyển động đa trục và robot cộng tác.

Dung lượng dữ liệu và khả năng tương thích:

Các giao thức khác nhau có sự khác biệt đáng kể về cấu trúc dữ liệu và khả năng xử lý. Ethernet/IP, dựa trên giao thức CIP, vượt trội trong việc xử lý các đối tượng dữ liệu phức tạp và lượng lớn thông tin thời gian thực, trong khi Modbus TCP, với chế độ đọc và ghi thanh ghi đơn giản, l, vẫn được áp dụng rộng rãi trong các hệ thống vừa và nhỏ.

Cấu trúc mạng và khả năng mở rộng:

Cấu trúc vòng cải thiện hiệu quả tính dự phòng và độ tin cậy của hệ thống, trong khi cấu trúc tuyến tính phù hợp hơn với các thiết bị hiện trường dạng tầng và giảm độ phức tạp của hệ thống dây dẫn. Các mạng công nghiệp hiện đại phải hỗ trợ khả năng mở rộng linh hoạt để đáp ứng các điều chỉnh dây chuyền sản xuất trong tương lai và mở rộng công suất thiết bị.
Trong các hệ thống tự động hóa công nghiệp, cơ chế bảo mật và kiểm soát chi phí phải được xem xét một cách phối hợp. Các giao thức hiện đại, chẳng hạn như PROFINET, tuân thủ tiêu chuẩn bảo mật IEC 62443 và cung cấp các tính năng bảo mật cốt lõi như xác thực danh tính và mã hóa dữ liệu. Tuy nhiên, việc triển khai chúng thường yêu cầu phần cứng chuyên dụng, dẫn đến chi phí triển khai cao. Ngược lại, mặc dù Modbus TCP mang lại lợi thế về triển khai linh hoạt và chi phí thấp, giao thức này lại thiếu các cơ chế bảo mật tích hợp toàn diện. Trên thực tế, việc tăng cường bảo mật phải được thực hiện thông qua các phương tiện kỹ thuật bên ngoài, có khả năng làm tăng độ phức tạp của hệ thống và chi phí bảo trì.

Lựa chọn giao thức chiến lược: Điều chỉnh PROFINET, Ethernet/IP và Modbus TCP theo nhu cầu ứng dụng
Dựa trên các kịch bản ứng dụng, mỗi giao thức đều mang lại những lợi thế riêng. PROFINET vượt trội trong các ứng dụng quan trọng thời gian thực như sản xuất ô tô và gia công chính xác. Cơ chế truyền thông đa kênh của nó đáp ứng cả yêu cầu điều khiển thời gian thực và giám sát dữ liệu. Ethernet/IP phù hợp hơn với các dây chuyền sản xuất quy mô vừa và lớn, nhờ tích hợp liền mạch dữ liệu lớp CNTT và OT, hỗ trợ trao đổi thông tin từ xưởng sản xuất đến cấp doanh nghiệp. Tuy nhiên, Modbus TCP vẫn duy trì thị phần đáng kể trong các thiết bị vừa và nhỏ, nâng cấp hệ thống cũ và các ngành công nghiệp truyền thống nhờ tính dễ triển khai và chi phí thấp.

Điều quan trọng cần lưu ý là giao thức bạn chọn phải hoàn toàn tương thích với cơ sở hạ tầng hiện có của công ty. Ví dụ: nếu một nhà máy đã sử dụng một số lượng lớn thiết bị và hệ thống điều khiển hỗ trợ Ethernet/IP, việc ưu tiên cùng một giao thức cho các dự án mới có thể giảm đáng kể chi phí nâng cấp và rủi ro kỹ thuật. Hơn nữa, mặc dù các cổng giao thức có thể cho phép tương tác giữa các mạng không đồng nhất, nhưng cách tiếp cận này có thể gây ra độ trễ bổ sung và điểm lỗi đơn. Do đó, nếu có thể, việc sử dụng một giao thức truyền thông tương thích gốc vẫn là giải pháp tối ưu.

Tích hợp giao thức PLC với công nghệ IIoT và đám mây
Với sự phổ biến ngày càng tăng của điện toán biên và Internet vạn vật công nghiệp (IIoT), Giao thức truyền thông PLC đang nhanh chóng hội tụ với các công nghệ mới như điện toán đám mây và trí tuệ nhân tạo. Ví dụ, bộ điều khiển dòng UniStream của Unitronics được tích hợp sẵn các dịch vụ đám mây, cho phép người dùng truy cập giám sát từ xa, phân tích dữ liệu và cảnh báo lỗi mà không cần đăng ký thêm. Xu hướng này cho thấy các giao thức truyền thông công nghiệp trong tương lai không chỉ phải đáp ứng các yêu cầu về điều khiển thời gian thực và độ tin cậy cao mà còn phải thể hiện tính mở, khả năng mở rộng và khả năng tương thích hệ thống tốt hơn, từ đó mở rộng các kịch bản ứng dụng của hệ thống tự động hóa công nghiệp và mang lại giá trị thực tiễn cao hơn.