Khi càng nhiều nhà máy ứng dụng chuyển đổi số, tự động hóa vào quy trình sản xuất, thì việc việc kết nối giữa cảm biến và hệ thống điều khiển sẽ đóng vai trò quyết định đến hiệu suất vận hành. Và IO-Link chính là một trong những giao thức hỗ trợ kết nối hệ thống này với nhau rất hiệu quả, trở thành lựa chọn ưu tiên cho các nhà máy thông minh. Qua bài viết sau hãy cùng A.I Tech tìm hiểu rõ hơn về công nghệ giao thức kết nối này bạn nhé!
IO-Link là gì?
IO-Link là một giao thức truyền thông công nghiệp tiêu chuẩn dùng cho việc kết nối các cảm biến và bộ điều khiển trong hệ thống tự động hóa. Giao thức này hoạt động trên nền tảng chuẩn IEC 61131-9, cho phép trao truyền tải dữ liệu số giữa các thiết bị với bộ điều khiển (PLC, hệ thống DCS) thông qua các loại bus trường hoặc Ethernet , tạo nên kết nối liền mạch giữa tầng thiết bị và tầng điều khiển trong nhà máy sản xuất.
Điểm khác biệt của IO-Link so với các kết nối I/O truyền thống nằm ở khả năng truyền và nhận dữ liệu hai chiều, không chỉ gửi tín hiệu trạng thái mà còn nhận dữ liệu phản hồi từ thiết bị, giúp cải thiện và giảm thiểu tối đa lỗi khi truyền dữ liệu.
Cấu trúc cơ bản của hệ thống IO-Link
Một hệ thống IO-Link thường bao gồm:
- IO-Link Master: Kết nối với PLC và điều khiển các thiết bị IO-Link.
- Các thiết bị IO-Link (IO-Link Devices): Gồm cảm biến, bộ truyền động hoặc hub mở rộng, các thiết bị này có khả năng gửi và nhận dữ liệu theo hai chiều thông qua giao thức IO-Link.
IO-Link Master có thể có một hoặc nhiều cổng IO-Link, chỉ có thể kết nối một thiết bị tại một thời điểm, mỗi cổng có thể hoạt động ở chế độ IO-Link hoặc SIO (Standard I/O Mode), cho phép kết nối với cả thiết bị số thông thường. Điều này giúp doanh nghiệp có thể chuyển đổi sang công nghệ mới mà không cần thay đổi hoàn toàn hệ thống hiện có.
Mỗi cổng trên IO-Link Master có thể hoạt động ở nhiều chế độ gồm: IO-Link Mode -Truyền thông hai chiề; DI/DQ Mode – Chế độ đầu vào hoặc đầu ra kỹ thuật số; Deactivated Mode – Chế độ vô hiệu hóa cổng khi không sử dụng.
Nguyên lý hoạt động của IO-Link
IO-Link là giao thức truyền thông hai chiều hoạt động theo các chu kỳ truyền dữ liệu.
- Dữ liệu chu kỳ (Cyclic Data): Gửi các thông tin trạng thái và dữ liệu quy trình theo thời gian thực, chẳng hạn như các giá trị đo từ cảm biến (nhiệt độ, độ ẩm,…)
- Dữ liệu phi chu kỳ (Acyclic Data): Được gửi theo yêu cầu, thường dùng cho các lệnh cấu hình hoặc truyền thông tin chẩn đoán lỗi.
Một trong những lợi thế của IO-Link là khả năng tự động nhận diện và cấu hình thiết bị thông qua IODD (IO Device Description – tập tin mô tả thiết bị chứa các thông số như kiểu loại, số seri). Điều này cho phép PLC hoặc hệ thống điều khiển điều chỉnh thông số của cảm biến hoặc bộ truyền động ngay cả trong quá trình vận hành.
Dữ liệu được truyền qua IO-Link bao gồm bốn loại chính:
- Dữ liệu quy trình (Process Data): Giá trị đo lường hoặc trạng thái thiết bị.
- Dữ liệu trạng thái (Value Status): Cho biết độ tin cậy của dữ liệu quy trình.
- Dữ liệu thiết bị (Device Data): Chứa thông tin về cấu hình và tham số.
- Dữ liệu sự kiện (Event Data): Báo cáo lỗi hoặc các thông báo chẩn đoán.
Tốc độ truyền có thể thiết lập ở ba mức: 4,8 kBaud, 38,4 kBaud hoặc 230,4 kBaud. Ở mức cao nhất, thời gian truyền tối thiểu chỉ mất 400 micro giây, giúp đảm bảo tốc độ xử lý của lệnh của thiết bị đầu cuối.
IO-Link không dây (IO-Link Wireless)
IO-Link Wireless là một module mở rộng của IO-Link, thay vì truyền qua các cáp kết nối thì, dữ liệu sẽ được truyền qua sóng vô tuyến.
IO-Link Wireless Master (“W-Master”) hoạt động như một thiết bị Master kết nối vật lý thông thường, các thiết bị cảm biến hoặc bộ truyền động (W-Devices) được kết nối không dây với W-Master.
Chu kỳ truyền bao gồm 2 giai đoạn chính: Ở giai đoạn Downlink, W-Master gửi dữ liệu đến các W-Devices trong một khung đa phát (Multicast). Mỗi W-Device sẽ nhận dữ liệu tại cổng được chỉ định riêng. Ở giai đoạn Uplink các W-Devices lần lượt truyền dữ liệu trở lại W-Master theo một thứ tự đã được lập trình sẵn.
Giao thức không dây này sử dụng cơ chế nhảy tần (frequency hopping) và Channel-Blacklisting để đảm bảo tính bảo mật và độ tin cậy khi truyền dữ liệu.
Một số ứng dụng của IO-Link
IO-Link đang trở thành một tiêu chuẩn phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp nhờ khả năng kết nối và truyền tải dữ liệu. Một số ứng dụng chính bao gồm:
- IO-Link cho phép thu thập và truyền tải nhiều thông tin hơn từ cảm biến, bao gồm các thông số như nhiệt độ, áp suất, độ ẩm,… Điều này giúp cải thiện quá trình sản xuất.
- Các cảm biến IO-Link có thể được cấu hình và hiệu chỉnh từ xa, hỗ trợ giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động và chi phí bảo trì.
- IO-Link cũng cung cấp các thông tin chẩn đoán chi tiết, giúp xác định và khắc phục sự cố..
- Điều khiển các thiết bị truyền động như van điện, động cơ bước, servo,…
- IO-Link dễ tích hợp với các hệ thống IoT công nghiệp (IIoT), cho phép truyền dữ liệu lên cloud hoặc MES để phân tích. Thông tin này hỗ trợ nhà quản lý đưa ra quyết định nhanh và chính xác dựa trên dữ liệu thực tế.
Lời kết
Qua những thông tin chia sẻ trên của A.I Tech, có thể thấy IO-Link là một công nghệ quan trọng trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp, mang lại khả năng kết nối linh hoạt giữa các thiết bị cấp thấp và hệ thống điều khiển. Nhờ khả năng truyền thông hai chiều, tự động nhận diện và cấu hình thiết bị, IO-Link đang dần trở thành một phần không thể thiếu trong các hệ thống IoT công nghiệp.
Nếu doanh nghiệp của bạn đang tìm kiếm giải pháp tối ưu hóa sản xuất và quản lý thiết bị thông minh, Hãy liên hệ với A.I Tech để được tư vấn về các giải pháp chuyển đổi số IoT tiến tiến nhé!
