5 yếu tố cần quan tâm khi kết nối và giám sát thiết bị thông qua gateway

1.Giới thiệu

Các nhà tích hợp (SIs) trong lĩnh vực công nghiệp nặng đều thống nhất rằng trở ngại lớn nhất trong quá trình tích hợp một máy phát diezen (tổ hợp giữa động cơ diezen và máy phát điện) với các hệ thống giám sát máy phát quy mô lớn (Diesel generator monitoring systems – DGMSs) hoặc các bộ điều khiển lập trình (Programmable logic controllers – PLCs). Quá trình này phức tạp bởi vì có nhiều loại giao thức và cổng kết nối được sử dụng trong công nghiệp, đòi hỏi phương pháp cấu hình phức tạp và tiêu tốn thời gian cho việc xử lý sự cố.

2.Sự ra đời của DGMSs

Việc giám sát các máy phát diezen đã đóng một vai trò quan trọng hơn trong sản xuất điện cũng như đề cao hiệu suất tổng thể của thiết bị (OEE – Overall Equipment Efficiency). Đối với các ứng dụng quan trọng trong công nghiệp như các hệ thống nguồn điện dự phòng, chuyển nguồn tự động (ATSs), xe tải hạng nặng, máy kéo …, một nguồn điện hoạt động liên tục là yêu cầu bắt buộc.

Máy phát diezen đã được sử dụng rộng rãi như công cụ phát điện phổ biến bởi vì chúng được triển khai dễ dàng tại nhiều công trường hoặc khu công nghiệp, chiếm dụng ít không gian, và chi phí vận hành thấp.

Một hệ thống DGMS giám sát các trạng thái của một động cơ diezen hoặc máy phát diezen, bao gồm điện áp, cường độ dòng điện, giá trị hiệu dụng(RMS), PR, RMO, và tạo ra một cảnh báo khi động cơ phát sinh sự cố. Ngoài ra, hệ thống cũng giám sát các tình trạng của nhiên liệu máy phát bao gồm áp suất buồng đốt và lượng nhiên liệu tiêu thụ (đặc biệt nhất là cảnh báo đến phòng điều khiển khi xảy ra sự cố về nhiên liệu).

Thiết bị định vị toàn cầu (GPS) được đặt tại hiện trường để truyền dữ liệu tới phòng điều khiển. Hơn nữa, một số máy phát diezen cũng sử dụng cơ chế tự động bật/tắt được cấu hình sẵn bởi kỹ thuật viên. Khi động cơ chuyển trạng thái bật/tắt, kỹ thuật viên sẽ được thông báo.

Trong một số nhà máy, các hệ thống PLC cũng được dùng để điều khiển và giám sát các máy phát diezen. Không giống như DGMS, PLC thường được sử dụng để điều khiển và giám sát các máy phát diezen theo một chương trình logic điều khiển được viết bởi kỹ thuật viên.

Thu thập chính xác

Khi kết giữa các dạng hệ thống DGMS hoặc PLC khác nhau – nghĩa là kết nối từ ứng dụng tới ứng dụng, vùng tới vùng và thiết kế tới thiết kế – cần thiết phải có protocol gateway (thiết bị chuyển đổi giao thức) phù hợp để tích hợp hoàn hảo. Phần lớn các máy phát diezen sử dụng giao thức CAN-SAE J1939, nó cho phép kết nối và chẩn đoán giữa các phần của phương tiện, các máy phát diezen, và các động cơ khí nén, và thích hợp cho các xe tải hạng nặng và các hệ thống nguồn dự phòng tại các công trường.

Mặt khác, DGMS và PLC sử dụng một lượng lớn các giao thức khác nhau. Một vài hệ thống DGMS hoặc PLC sử dụng Modbus, nhưng trái lại, một số khác sử dụng Ethenet/IP hoặc Profibus; điều này phụ thuộc vào nhà cung cấp, quốc gia, và loại hình công nghiệp

Do đó, để kết nối một máy phát diesel tới DGMS hoặc với PLC cần có một cổng chuyển đổi giao thức, vận hành tương tự như một cầu nối truyền thông giữa các giao thức J1939 và Modbus, Ethernet/IP, hoặc những giao thức khác. Tuy nhiên, việc thiết lập cổng chuyển đổi giao thức không hề dễ dàng. Quá trình cài đặt và bảo trì khá phức tạp đối với các kỹ thuật viên tại hiện trường khi tiến hành kết nối máy phát diesel tới DGMS hoặc PLC thông qua cổng chuyển đổi giao thức.

Trong nhiều trường hợp, các nhà tích hợp phải sử dụng nhiều gateway từ các nhà cung cấp khác nhau, mỗi thiết bị lại có phương pháp cấu hình khác nhau. Điều này dẫn tới để hoàn thành công việc, các nhà tích hợp cần phải bỏ ra một số tiền lớn để mua sắm thiết bị.

Thiết kế All-In-One

Xu hướng của các nhà cung thiết bị chuyển đổi giao thức (protocol gateway) là thiết kết những gateway có phần cứng đồng nhất với tối giản các các giao diện I/O, qua đó cắt giảm chi phí dành cho phần cứng. Hơn nữa, các giao diện cấu hình khác nhau, .., các chức năng phần mềm, đã được tích hợp trong một bộ phần mềm, giúp người dùng không cần tải nhiều firmware khác nhau để thực hiện chuyển đổi giữa các giao thức khác nhau. Một phần mềm toàn diện là chương trình giúp người dùng chỉ cần làm việc với một giao diện cấu hình duy nhất, giảm thời gian làm quen với các giao diện cấu hình khác nhau. Đơn giản, người dùng chỉ cần chọn một trong hai giao thức được liệt kê thông qua giao diện web để thực hiện quá trình chuyển đổi giao thức.

3.Kết nối giữa máy phát diezen và DGMS hoặc PLC

Các yếu tố cần được xem xét trước khi các nhà tích hợp lựa chọn gateway phù hợp với mục đích sử dụng:

Thiết lập J1939 thủ công

Một máy phát diezen có thể có nhiều nhóm thông số cho J1939, tùy thuộc vào máy phát diezen, kỹ thuật viên có thể cần thiết lập thủ công. Điều này làm tiêu tốn thời gian và có thể phát sinh ra lỗi từ con người. Một gateway tốt nên hỗ trợ chức năng lệnh-học, cho phép nó học tất cả các nhóm thông số J1939 đầu vào điều khiển chỉ với chỉ một vài bước. Nếu có nhiều thiết bị hỗ trợ J1939 dược triển khai trên CAN bus, gateway sẽ có thể nhận dạng mỗi thiết bị hỗ trợ J1939, với những lệnh J1939 của nó, riêng rẽ trên CAN bus. Hiệu quả hoạt động sẽ cao hơn nhiều, và tổng chi phí đầu tư sẽ thấp hơn.

Cấu hình dễ dàng qua giao diện Web

Hầu hết các kỹ sư hiện trường đều có kiến thức về J1939 và biết cách thiết lập, và họ có thể đủ kiến thức về DGMS và PLC. Tuy nhiên, có thể họ không tiếp xúc thường xuyên với các thiết bị chuyển đổi giao thức, vốn không dễ dàng để thiết lập. Các dễ nhất để thiết lập một gateway là thông qua web console. Tất cả những gì cần thiết là một máy tính xách tay với một cáp Ethernet và một trình duyệt Web để đăng nhập vào trang web của thiết bị chuyển đổi giao thức.

Cầu đấu dạng Shrapnel

Cầu đấu dạng shrapnel được ưa dùng hơn so với cầu đấu bắt vít khi có xu hướng chùng xuống sau một thời gian dài sử dụng, thường là do rung động. Hơn nữa, cần một khe cắm cáp mở rộng cho CAN bus để cho phép các thiết bị CAN kết nối vào một cấu trúc dạng chuỗi. Vì lý do này, cầu đấu kiểu sharapnel với sự phân chia rõ ràng giữa khe cắm cáp tới và đi phù hợp hơn với kiểu đi dây dạng chuỗi.

Thiết kế tích hợp thẻ SD

Quá trình cấu hình các gateway tại hiện trường sẽ tiêu tốn rất nhiều thời gian khi lặp đi lặp lại các bước cấu hình giống nhau cho từng gateway. Nếu một gateway được tích hợp một khe cắm thẻ SD có thể tiết kiệm đáng kể thời gian và giảm thiểu các lỗi liên quan. Sau khi thiết lập gateway đầu tiên, tập tin cấu hình có thể tự động được lưu trên thẻ SD, nó có thể được sử dụng để hoàn thành cấu hình cho các gateway còn lại. Người kỹ sư chỉ cần lắp thẻ SD và bật gateway lên. Tất cả các cấu hình sẽ được thiết lập tại các gateway một cách tự động.

Khắc phục sự cố dễ dàng

Các kỹ sư hiện trường thường không quen với các thiết bị chuyển đổi giao thức, mà chúng chủ yếu là thiết bị của bên thứ ba. Họ có xu hướng cố gắng để kết nối các gateway đến các hệ DGMS/PLC một cách chính xác nhất, trong khi chưa hiểu biết rõ về các giao thức kết nối. Một màn hình giám tích hợp với chức năng giám sát luồng dữ liệu của giao thức J1939, cho phép người dùng có thể theo dõi trạng thái kết nối của các thiết bị CAN, bao gồm đếm lỗi, đếm gói tin, và các bus không kết nối. Chức năng theo dõi luồng dữ liệu có thể thường xuyên được sử dụng để sửa lỗi các thiết bị hỗ trợ CAN. Hơn nữa, nhiều công cụ chẩn đoán giúp người dùng kiểm tra thiết lập CAN của các thiết bị và hiển thị các thiết bị CAN sẵn sàng khi đọc các địa chỉ mạng J1939

4. Giải pháp của Moxa
Moxa Mgate 5118 là giải pháp chuyển đổi các giao thức khác nhau. Trong một thiết bị, tích hợp khả năng chuyển đổi từ J1939 sang Modbus RTU/ASCII, Modbus TCP, PROFINET, hoặc EtherNet/IP, giao thức được sử dụng nhiều tại hiện trường. Hơn nữa, Mgate 5118 cung cấp một cơ chế học tập câu lệnh. Tất cả những gì cần làm là thiết lập một câu lệnh J1939 để kích vào nút AutoLearn tại giao diện Web; giao diện người dùng sẽ cho bạn thấy cách mà các thiết bị J1939 kết nối đến một chuỗi CAN bus. Nó thường hiển thị các câu lệnh đầu vào J1939 với mỗi thiết bị J1939, và giảm các lỗi do con người bởi cắt giảm thời gian sử dụng nhập liệu thủ công trong tất cả các lệnh J1939.