Giải pháp mạng trường không dây

Bài báo này nói về chủ đề mạng không dây ứng dụng trong lĩnh vực tự động hóa và những thách thức trong quá trình phát triển, đồng thời giới thiệu sơ lược về tiêu chuẩn mạng không dây ISA100 (Wireless System for Automation) và giải pháp không dây của hãng Yokogawa.

Mạng trường không dây là gì?

Nói một cách đơn giản thì mạng trường không dây là mạng được sử dụng trong các nhà máy, xưởng sản xuất tự động hóa dựa trên các cảm biến có chức năng giao tiếp không dây. Nó có khả năng thu thập dữ liệu từ xa mà không cần đến dây nối và nguồn cấp.

Do đó mạng trường không dây có rất nhiều ưu điểm như: giảm chi phí thiết bị phụ kiện, giảm khối lượng công việc tại hiện trường, linh hoạt trong lắp đặt, có khả năng mở rộng, nâng cao hiệu suất sử dụng và tính an toàn cao.

Nhìn chung, các ứng dụng không dây được chia thành 3 nhóm sau:

a. Nhóm thứ nhất là nâng cấp các thiết bị có dây đang được sử dụng để thu thập các thông tin bổ trợ như phát hiện lỗi thông qua giao tiếp không dây.

b. Nhóm thứ hai là định vị và lắp đặt các cảm biến mới để có thể tận dụng việc truy cập không dây trực tuyến (online) tới các biến quá trình mà tại đó không thể quan sát được trước do khó khăn trong việc truy cập hoặc chi phí đi dây.

c. Nhóm cuối cùng là các ứng dụng thay thế các thiết bị có dây bằng các thiết bị không dây.

Thách thức đối với mạng trường không dây

Công nghệ không dây đã được phát triển với mục đích mang lại những lợi ích tốt hơn cho người sử dụng so với các thiết bị có dây. Tuy nhiên, công nghệ trường không dây cũng gặp phải một số thách thức sau đây:

Trước hết phải kể đến độ tin cậy của mạng không dây, nó phải đảm bảo thời gian đáp ứng của thiết bị trường, hay nói một cách khác, việc khôi phục lỗi và dung sai trong truyền thông phải được xem xét. Giải pháp bảo mật cũng là một yếu tố quan trọng, vì những kẻ tấn công có thể thâm nhập vào hệ thống mà không cần nối dây trực tiếp đến thiết bị. Thêm vào đó, nhiễu cũng là một vấn đề không thể bỏ qua khi tín hiệu không dây có thể bị ảnh hưởng bởi các sóng có tần số cao như sóng Radio, nhiễu điện từ EM, các vật cản và các mạng không dây khác như WiFi.

Thách thức tiếp theo đó là tuổi thọ của pin sử dụng trong thiết bị trường không dây. Trên thực tế các yêu tố như việc bảo trì, khả năng có thể bảo trì và khả năng lắp lẫn rất được quan tâm.

Cuối cùng là thách thức về việc đảm bảo đầu tư vào công nghệ trường không dây để hỗ trợ cho các giao thức kế thừa của mạng trường không dây và nâng cấp hệ thống không dây một cách đồng nhất và kinh tế.

Tiêu chuẩn không dây ISA 100

Hiện nay trên thị trường có rất nhiểu hệ thống mạng không dây được phát triển chủ yếu bởi các nhà sản xuất. Do đó, một tiêu chuẩn đồng nhất là điều kiện cần để đảm bảo độ tin cậy của hệ thống, khả năng hoạt động đồng bộ và đơn giản trong việc nâng cấp hệ thống. Dưới sự lãnh đạo của Hiệp Hội thiết bị đo của Mỹ (Instrument Society of America), tiêu chuẩn quốc tế ISA cho công nghệ không dây đã được hình thành và phát triển. Thành viên của Ủy ban tiêu chuẩn này bao gồm các lãnh đạo trong ngành công nghiệp như Shell, Exxon, Mobil, Petronas, Lilly và các  nhà sản xuất thiết bị hàng đầu như Yokogawa, Honeywell, Masonelian, Magnetrol.

Tiêu chuẩn này được công bố và ứng dụng bởi những người sử dụng trực tiếp như Shell, vì họ chiếm hơn 42% trong ủy ban tiêu chuẩn ISA 100.  

Cho nên có thể nói tiêu chuẩn không dây ISA 100 là một tiêu chuẩn mở và được quản lý bởi người sử dụng trực tiếp dựa trên công nghệ IP V6, do vậy nó có thể ứng dụng cho các mạng lớn hơn hệ thống mạng hiện hành. ISA 100 bao gồm nhiều giao thức, nghĩa là nó có khả năng tương thích tốt với các hệ thống thiết bị hiện hành mà không sử dụng giao thức không dây như FOUNDATION Fieldbus, HART, PROFIBUS và MODBUS. Tiêu chuẩn này có thể áp dụng rộng rãi cho các ứng dụng từ giám sát đến điều khiển.

Giải pháp không dây của Yokogawa

Yokogawa thông qua trung tâm R & D (Research & Development) tại Nhật Bản đang phát triển một giải pháp mạng kĩ thuật số không dây với mục tiêu là nâng cao năng suất cho khách hàng bằng biến thiết bị trường mới.

Hệ thống không dây là ISA 100 Wireless với các tính năng và lợi ích rất phù hợp cho người sử dụng:

Thứ nhất, ISA 100 Wireless cập nhật với tốc độ cao với khoảng thời gian nhanh tới 1 giây, thích hợp cho các mạch vòng điều khiển.

Thứ hai, khả năng truyền thông ở khoảng cách xa, với ISA 100 Wireless khoảng cách truyền thông lên đến 600m gấp 3 lần mạng không dây WiHart.

Thứ ba, hệ thống mạng không dây của Yokogawa là một hệ thống an toàn với khả năng bảo mật từ đầu tới cuối với kiến trúc dự phòng toàn phần.

Thứ tư, mạng không dây Yokogawa sử dụng cấu trúc mạng hình sao có sử dụng đường truyền cố định rất thích hợp cho các mạch vòng điều khiển và các nút không định tuyến tiết kiệm năng lượng.
Thứ năm, ISA 100 Wireless sử dụng công nghệ pin mới cho phép vòng đời của pin có thể lên đến 10 năm tùy thuộc vào số lần quét, hơn thế nữa với thiết kế pin độc đáo các pin có thể thay thế trực tuyến trong điều kiện khắc nghiệt với chi phí phải chăng.
Cuối cùng, hệ thống không dây tại hiện trường của Yokogawa có khả năng tránh giao thoa sóng Radio rất tốt, ngoài ra tín hiệu của hệ thống không dây có phổ song hẹp và khả năng chống nhiễu sóng đối với tín hiệu không dây từ hệ thống không dây khác để cùng tồn tại. Tỉ lệ lỗi của ISA 100 Wireless ít hơn 1/5 so với hệ thống không dây khác, đặc biệt nó có khả năng tự kiểm tra lỗi của mình.

Cấu hình của hệ thống không dây Yokogawa bao gồm một Gateway tích hợp không dây, các thiết bị trường không dây ở lớp dưới, lớp trên là PC được kết nối thông qua bus Ethernet. PC ở lớp trên được sử dụng để cài đặt và quản lý các thiết bị không dây tại hiện trường. Truyền thông Mosbus/TCP được sử dụng để tạo kết nối với hệ thống chủ. OPC server trường không dây và PC server có thể được kết nối thông qua 1 giao diện OPC.

Điều gì đang đến trong tương lai? Yokogawa đã và đang đầu tư cho R & D để phát triển công nghệ không dây và Yokogawa tin rằng công nghệ này sẽ thúc đẩy công nghệ cảm biến trường đến một tầm cao mới. Trong vài năm tới, Yokogawa sẽ triển khai nhiều sản phẩm mới bao gồm các bộ cảm biến môi trường không dây, tích hợp nhiều hệ thống dự phòng gateways, đường trục mạng tốc độ cao sử dụng cáp quang và công nghệ không dây mới UWB để truyền thông tốc độ cao dựa trên chuẩn IEEE 802.15.3a và cùng WiMAX cho truyền thông với khoảng cách lớn lên đến 50 km dựa trên chuẩn IEEE 802.16.

Hiện nay, Yokogawa đã sẵn sàng để cung cấp công nghệ trường không dây cho khách hàng tại Việt Nam. Yokogawa tin tưởng rằng chìa khóa cho sự thành công của hệ thống không dây là chuẩn không dây ISA 100 Wireless, đó là tiêu chuẩn có khả năng tương tác giữa các hệ thống máy chủ lưu trữ với nhau và các thiết bị hiện trường. Yokogawa tin rằng công nghệ trường không dây trong tương lai sẽ là một trong những ứng dụng chủ đạo để nâng cao hiệu quả và an toàn cho các dự án.

Theo automation.net.vn