🔹 Giao thức truyền thông trong tự động hóa công nghiệp(Phần 1)

Là một kỹ sư tự động hóa mới vào nghề, bạn được sếp giao cho nhiệm vụ "nghe tưởng quen nhưng thật ra rất đau đầu": kết nối truyền thông giữa các thiết bị trong máy hoặc giữa các line máy.

Nào là CC-Link, Modbus, EtherNet/IP, Mechatrolink… vân vân và mây mây – toàn những cái tên nghe như thần chú. Bạn có cảm thấy chúng thật khô khan, rối rắm, khó nuốt?

Nếu có, thì chúc mừng! Bài viết này sinh ra là để giúp bạn. Mình sẽ cùng bạn tìm hiểu một cách dễ hiểu về mạng truyền thông công nghiệp, đồng thời học luôn cả các từ chuyên ngành tiếng Nhật – thứ rất cần nếu bạn đang (hoặc sắp) làm việc tại Nhật Bản.

1. Giới thiệu chung

Trong lĩnh vực tự động hóa công nghiệp (産業用オートメーション), mạng truyền thông (通信ネットワーク)đóng vai trò then chốt trong việc kết nối các thiết bị và hệ thống, giúp quá trình sản xuất diễn ra một cách hiệu quả (効率的)và linh hoạt (柔軟).

Không cần ăn cơm, cũng chẳng cần cà phê, ở nhà máy – nơi máy móc “trò chuyện” với nhau 24/7 bằng tín hiệu – thì mạng truyền thông chính là ngôn ngữ chung để mọi thứ phối hợp trơn tru.

Nhưng... chọn sai "ngôn ngữ", là máy sẽ hiểu nhầm nhau. Tệ hơn nữa, dây chuyền dừng (ライン停止) và bạn thì "đứng hình" trước bảng điều khiển đỏ lòm lỗi.

Vì vậy, việc hiểu và chọn đúng giao thức truyền thông (通信プロトコル) là điều không thể xem nhẹ trong thiết kế hệ thống điều khiển.

*****************************************************************************

2. Khái niệm cơ bản về mạng truyền thông công nghiệp

2.1. Mạng truyền thông công nghiệp là gì?

Để chiến đấu được với yêu cầu sếp giao cho, đầu tiên bạn cần phải hiểu mạng truyền thông công nghiệp là gì? Vì vậy, mình sẽ trình bày khái niệm căn bản của nó-gọn gàng, dễ hiểu- để tiếp sức cho bạn nhé.

Mạng truyền thông công nghiệp (tiếng Nhật: 産業用通信ネットワークlà hệ thống kết nối các thiết bị như:

• PLC (Programmable Logic Controller) – プログラマブル・ロジック・コントローラ     (シーケンサ)
• HMI (Human-Machine Interface) – ヒューマン・マシン・インターフェース
• Cảm biến – センサ
• Actuator (cơ cấu chấp hành) – アクチュエータ
• Máy tính công nghiệp – 産業用コンピュータ
• … nhằm trao đổi dữ liệu (データ通信)và điều khiển (制御) trong quá trình sản xuất (生産工程).

2.2. Vai trò của mạng truyền thông trong tự động hóa

Để đỡ cảm thấy “ghét bỏ” một khái niệm khô khan như mạng truyền thông công nghiệp (産業用通信ネットワーク), mình xin phép được trình bày một số vai trò thiết thực của nó. Biết đâu sau khi đọc xong, bạn sẽ thấy nó... không đáng ghét như bạn nghĩ.

Hãy thử hình dung: trong một nhà máy hiện đại, hàng trăm thiết bị cần phối hợp nhịp nhàng – mà không có một “ngôn ngữ chung” để giao tiếp thì chắc chắn sẽ loạn. Đó là lý do tại sao mạng truyền thông lại cần thiết như vậy:

• Trao đổi dữ liệu nhanh chóng và chính xác giữa các thiết bị – 高速かつ正確なデータ通信
• Giảm thiểu dây dẫn nhờ sử dụng giao tiếp số (デジタル通信)
• Tăng tính linh hoạt trong việc mở rộng và nâng cấp hệ thống – システムの拡張性と柔軟性を向上させる
• Giám sát và điều khiển từ xa thông qua SCADA hoặc các hệ thống giám sát khác – SCADAによる遠隔監視・制御が可能

Đọc đến đây, bạn đã hiểu rõ hơn và yêu mạng truyền thông công nghiệp (産業用通信ネットワーク) chưa?

Nếu có, mình sẽ tiếp tục trình bày về cách phân loại mạng truyền thông để bạn nắm được rõ hơn.

Còn nếu bạn vẫn thấy nó "khó nuốt" thì cũng đừng vội bỏ cuộc – kĩ sư tự động hóa mà không biết về mạng truyền thông công nghiệp hoặc lơ mơ như gà mắc tóc thì dễ bị đánh giá là thiếu căn bản lắm đấy.

*****************************************************************************

3.1. Phân loại theo cấp độ (レベル別の分類)

Mạng truyền thông công nghiệp có thể chia thành 4 cấp độ chính như sau:

• Mạng cấp trường (Field Level) – フィールドレベル
       → Mạng cấp trường là tầng thấp nhất trong hệ thống truyền thông công nghiệp.
      Nó kết nối trực tiếp giữa PLC với các thiết bị hiện trường như: Cảm biến (センサ); Cơ cấu chấp hành – actuator (アクチュエータ); Remote I/O; Đèn báo, công tắc hành trình, van điện, động cơ nhỏ...
• Mạng cấp điều khiển (Control Level) – コントロールレベル
       → Là tầng trung gian giữa mạng cấp giám sát (SCADA/MES) và mạng cấp trường (cảm biến/actuator). Mạng này chịu trách nhiệm trao đổi dữ liệu và điều khiển giữa các thiết bị thông minh như PLC, HMI, máy tính công nghiệp (IPC), biến tần, robot, v.v.
• Mạng cấp giám sát (Supervisory Level) – 監視レベル
       → Là tầng trung gian giữa hệ thống điều khiển (như PLC, HMI) và tầng doanh nghiệp (như ERP). Mạng cấp này dùng để giám sát, thu thập dữ liệu và đưa ra chỉ thị điều hành theo thời gian thực.
• Mạng cấp doanh nghiệp (Enterprise Level) – エンタープライズレベル
       → Là tầng cao nhất trong hệ thống mạng truyền thông công nghiệp. Nó kết nối phần mềm quản trị doanh nghiệp (ERP) với các hệ thống sản xuất, kế hoạch, tài chính, kho…
      Mục tiêu: đồng bộ hóa toàn bộ hoạt động doanh nghiệp.

3.2. Phân loại theo giao thức truyền thông (プロトコル別の分類)

Dưới đây là một số giao thức truyền thông công nghiệp (産業用通信プロトコル) phổ biến:

• Modbus: Giao thức mở (オープンプロトコル), đơn giản, dễ triển khai. Có 2 loại chính: RTU (RS-485) và TCP (Ethernet).
• Profibus: Chuẩn bus tốc độ cao (最大12Mbps), phổ biến tại châu Âu, do Siemens phát triển.
• Profinet: Giao thức Ethernet công nghiệp (産業用イーサネット), hỗ trợ truyền dữ liệu thời gian thực (リアルタイム通信).
• EtherNet/IP: Giao thức chuẩn Ethernet dựa trên CIP (Common Industrial Protocol), phổ biến tại Mỹ.
• DeviceNet: Giao thức dựa trên mạng CAN (コントローラ・エリア・ネットワーク), dùng nhiều trong ô tô và tự động hóa.
• CC-Link: Giao thức do Mitsubishi Electric phát triển, rất phổ biến tại Nhật Bản và các nước châu Á.
• MECHATROLINK: Giao thức chuyên cho điều khiển chuyển động (モーション制御), phát triển bởi Yaskawa (安川電機).

*****************************************************************************

4. Lưu ý khi thiết kế mạng truyền thông công nghiệp

Đã có những kiến thức cơ bản rồi, mình bắt tay vào thiết kế thôi. Dưới đây là những điểm quan trọng bạn cần cân nhắc khi lựa chọn giao thức và xây dựng mạng phù hợp cho nhà máy – dù là hệ thống mới hay cải tiến hệ thống cũ:

• Chọn giao thức phù hợp với yêu cầu về tốc độ (伝送速度), độ tin cậy (信頼性) và chi phí (コスト)
• Đảm bảo tính tương thích (互換性) giữa các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau – tránh “nói chuyện mà không hiểu nhau”
• Thiết kế có khả năng mở rộng (拡張性) để dễ dàng nâng cấp, thêm thiết bị khi nhà máy phát triển
• Đảm bảo an ninh mạng (セキュリティ対策), đặc biệt khi kết nối với mạng ngoài (ví dụ SCADA/ERP thông qua Internet hoặc VPN)

*****************************************************************************

5. Kết luận

Việc hiểu rõ về mạng truyền thông công nghiệp (産業用通信ネットワーク) và nắm vững các thuật ngữ tiếng Nhật chuyên ngành không chỉ là lợi thế, mà là điều gần như bắt buộc đối với các kỹ sư làm việc trong lĩnh vực tự động hóa – đặc biệt là tại Nhật Bản.

Khi bạn có nền tảng kiến thức tốt, bạn sẽ dễ dàng hơn trong việc thiết kế, vận hành và bảo trì hệ thống một cách hiệu quả (効率的に). Đồng thời, bạn cũng sẽ tự tin hơn khi giao tiếp kỹ thuật (技術的なコミュニケーション) với đồng nghiệp người Nhật hoặc khách hàng quốc tế.

Vì vậy, đừng để mạng truyền thông là “chướng ngại vật” – hãy biến nó thành vũ khí của riêng bạn.

Ghi chú:

Trong phần 1, mình chỉ trình bày những kiến thức căn bản nhất về mạng truyền thông công nghiệp, với mục đích giúp bạn làm quen khi  tiếp cận chủ đề này.

Sang phần 2, mình sẽ đưa ra ví dụ thực tế, tập trung vào các giao thức truyền thông phổ biến tại Nhật Bản, như CC-Link, EtherNet/IP, v.v.

Nếu thấy bài viết hữu ích, đừng quên chia sẻ cho bạn bè hoặc đồng nghiệp đang học ngành tự động hóa nhé . 😊

Và dưới đây là bảng tổng hợp từ vựng tiếng Nhật chuyên ngành cơ bản, kèm theo phần giải thích tiếng Việt. Mong là bảng tổng hợp này sẽ giúp bạn ghi điểm với sếp của bạn.