chuong 6_2_giao thuc cn_profibus new.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ N ỘIVIỆN ĐIỆN

BÀI GIẢNG

HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP

Nguyễn Thị Huế

Bộ môn Kĩ thuật đo và Tin học công nghiệp

NỘI DUNG MÔN HỌC

24/13/2015

1

2

5

Giới thiệu chung và lịch sử phát triển của các hệ thốngđo vàđiều khiển công nghiệp

Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp

Các thiết bị đo lường và chấp hành trong công nghiệp

3

4

7

Các bộ điều khiển khả trình

Các thiết bị giámsát trong công nghiệp

Một số hệ thốngđo vàđiều khiển công nghiệp tiêu biểu

6Các giao thức công nghiệp tiêu biểu

NTH-KTĐ&THCN

Profibus

1. Lịch sử phát triển

2. Kiến trúc giao thức

3. Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn

4. Điều khiển truy nhập bus

5. Dịch vụ truyền dữ liệu

6. Cấu trúc bức điện

7. Profibus – FMS

8. Profibus – DP

9. Profibus – PA

10. Thiết bị Profibus

34/13/2015 NTH-KTĐ&THCN

- PROFIBUS (Process Field Bus) là một hệ thống bustrường được phát triển tại Đức từ năm 1987 do 21 côngty và cơ quan nghiên cứu hợp tác.

- Sau khi được chuẩn hóa quốc gia với DIN 19245,PROFIBUS đã trở thành chuẩn châu âu EN 50 170 trongnăm 1996 và chuẩn quốc tế IEC 61158 vào cuốinăm 1999.

- Gần đây, PROFIBUS không chỉ dừng lại là một hệ thốngtruyền thông, mà còn được coi là một công nghệ tự độnghóa.

Lịch sử phát tri ển của Profibus


Lịch sử phát tri ển của Profibus

Với mục đích quảng bá cũng như hỗ trợ việc phát triểnvà sử dụng các sản phẩm tương thích PROFIBUS, mộttổ chức người sử dụng đã đuợc thành lập, mang tênPROFIBUS Nutzerorgamsation (PNO).

Từ năm. 1995, tổ chức này nằm trong một hiệp hội lớnmang tên PROFIBUS International (PI) với hơn 1.100thành viên trên toàn thế giới.

5NTH-KTĐ&THCN4/13/2015

Cost Comparison


Cost Comparison

WWW.PROFIBUS.COM

Engineering

Assembly

Hardware

51%

23%

27%

22%

22%

12%

0%

50%

100%100%

57%

4...20mA, discrete wired PROFIBUS

Source: Namur (Bayer)

Reduced installation costs

Savings > 40%

Kiến trúc giao thức



Profibus là một chuẩn bus trường mở, không phụ thuộcvào nhà cung cấp, Profibus cho phép giao tiếp giữa cácthiết bị của các hãng khác nhau mà không cần sự điềuchỉnh đặc biệt về giao diện.

Profibus có thể dùng cho cả ứng dụng đòi hỏi tính năngthời gian với tốc độ cao và các nhiệm vụ truyền thôngphức tạp.

Ngày nay Profibus là hệ bus trường hàng đầu thế giớivới hơn 20% thị phần, hơn 5 triệu thiết bị lắp đặt trongkhoảng 500.000 ứng dụng.



DP là giao thức truyền thông được sử dụng thườngxuyên nhất. Nó được dung tối ưu cho tốc độ, hiệu quảvà chi phí kết nối thấp.

PA là kiểu đặc biệt sử dụng ghép nối trực tiếp các thiếtbị trường trong các lĩnh vực tự động hóa và các quátrình có môi trường dễ cháy nổ, đặc biệt là trong côngnghiệp chế biến.

FMS là profile giao tiếp đa năng cho tất cả các đòi hỏivề giao tiếp cấp cao.


3. Cấu trúc m ạng và k ĩ thuật truy ền dẫn

Cấu trúc mạng của DP và PA



Truyền dẫn với RS - 485

Truyền dẫn với RS – 485IS

Truyền dẫn với cáp quang

Truyền dẫn với MBP


- Là công nghệ truyền dẫn được sử dụng thông dụngnhất trong Profibus, dễ sử dụng và lắp đặt.

- Tốc độ truyền từ 9,6 Kbps – 12 Mbps

- Chiều dài tối đa 1200m và phụ thuộc vào tốc độ truyền


Truyền dẫn với RS-485

Truyền dẫn với RS-485


Số trạm tối đa trên một đoạn mạng là 32. Dùng tối đa9 bộ Repeater »» 10 đoạn mạng. Tổng số trạm là126

Phương pháp mã hóa bit NRZ, với chế độ truyền tảikhông đồng bộ và hai chiều không đồng thời.

Cáp truyền được sử dụng làcáp đôi xoắn có bảo vệ(STP)

Truyền dẫn với RS-485IS

- Đưa ra các chỉ dẫn và các quy định ngặt nghèo về mứcđiện áp và mức dòng điện tiêu thụ của các thiết bị làmcơ sở cho các nhà cung cấp.

- Có thể ghép tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS.


- Cho phép truyềntốc độ cao nênnó được pháttriển để phù hợpvới môi trườngđòi hỏi an toàncháy nổ.



Sợi thủy tinh đa chế độ ( 2 – 3 km )

Sợi thủy tinh đơn chế độ ( > 15 km )

Sợi chất dẻo với chiều

dài tối đa 80m và sợi

HCS với chiều dài tối đa

500m

Thích hợp đặc biệt trong các lĩnh vực có môi trường làmviệc nhiễu mạnh hoặc đòi hỏi phạm vi phủ mạng lớn.

Do đặc điểm liên kết điểm – điểm, cấu trúc mạng chỉcó thể là hình sao hoặc mạch vòng. Trong thực tế hayphối hợp với RS – 485 nên cấu trúc mạng phức tạphơn.



Thông thường được sử dụngcho một đoạn mạng an toànriêng biệt (thiết bị trườngtrong khu vực dễ chảy nổ),được ghép nối với đoạn RS– 485 qua các bộ nối đoạnhoặc các liên kết (link).

Các cấu trúc mạng có thể sửdụng là đường thẳng, hìnhsao hặc cây. Cáp thông dụnglà đôi dây xoắn STP với trởđầu cuối rạng RC ( 100Ω và2µF ).


Truyền dẫn với MPB

Tổng chiều dài mạng có thể lên tới 9500m với tối đa 4 bộlặp, tức 5 đoạn mạng.


4. Điều khi ển truy c ập bus

Profibus phân biệt 2 loại thiết bị chính là trạm chủ

(master) và trạm tớ (slave).

Các trạm chủ có khả năng kiểm soát truyền thông trên

bus, nó có thể gửi thông tin khi giữ quyền truy nhập bus.

Các trạm tớ chỉ được truy nhập bus khi có yêu cầu của

trạm chủ. Một trạm tớ phải thực hiện ít dịch vụ hơn, tức

xử lý giao thức đơn giản hơn nên giá thành thấp hơn.

Một trạm chủ còn được gọi là trạm tích cực và trạm tớ là

trạm thụ động



Hai phương pháp truy nhập bus là: Token – Passing và

Master/Slave.

Nếu áp dụng độc lập, Token – Passing thích hợp với

các mạng FMS dùng ghép nối các thiết bị điều khiển

và máy tính giám sát đẳng quyền.

Master/Slave thích hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa

một thiết bị điều khiển với các thiết bị trường cấp dưới

sử dụng mạng DP hoặc PA



Khi sử dụng kết hợp 2 phương pháp nhiều trạm tích cựccó thể tham gia giữ Token. Một trạm tích cực làm chủđể kiểm soát giao tiếp với các trạm tớ nó quản lý hoặctự do giao tiếp với các trạm tích cực khác.



Thời gian lặp tối đa để một trạm tích cực lại nhận được Token có thể chỉnh đượcbằng tham số.

5. Dịch vụ truy ền số liệu

Các dịch vụ truyền dữ liệu thuộc lớp 2 trong mô hình OSI


Profibus chuẩn hóa 4 dịch vụ trao đổi dữ liệu

- SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệukhông xác nhận.

- SDA (Send Data with Acknowledge): Gửi dữ liệu vớixác nhận.

- SRD (Send and Request Data with Reply): Gửi và yêucầu dữ liệu

- CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply):Gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn

Hình thức thực hiện các dịch vụ này được minh họa theohai kiểu: Dịch vụ không tuần hoàn và Dịch vụ tuần hoàn.




Các dịch vụ không tuần hoàn thườngđược sử dụng để truyền các dữ liệu cótính chất bất thường, ví dụ các thông báosự kiện, trạng thái và đặt chế độ làm việc.

- SND: Dùng chủ yếu cho việc gửi đồngloạt hoặc gửi tới nhiều đích. Ví dụ tiêubiểu như việc tham số hóa, cài đặt vàkhởi động chương trình trên nhiều trạmcùng lúc.

- SDA và SRD đều là những dịch vụ traođổi dữ liệu không tuần hoàn cần có xácnhận, trong đó với SRD bên nhận cótrách nhiệm gửi kết quả đáp ứng trở lại.

Hai dịch vụ này dùng phổ biến trong traođổi dữ liệu master/slave.


Dịch vụ trao đổi dữ liệu tuần hoànduy nhất (CSRD) hỗ trợ việc traođổi dữ liệu quá trình ở cấp chấphành, giữa các modun vào raphân tán, các thiết bị cảm biến vàcơ cấu chấp hành với máy tínhđiều khiển.

Dịch vụ này khác SRD ở chỗ chỉcần một lần yêu cầu duy nhất từmột lớp trên xuống, sau đó các đốitác logic thuộc lớp 2 tự động thựchiện tuần hoàn theo chu kỳ đặttrước.



Một bức điện (telegram) trong giao thức thuộc lớp 2 củaProfibus được gọi là khung (Frame). Ba loại khung cókhoảng cách Hamming là 4 và một loại khung đặc biệtđánh dấu một token được quy định như sau:

Khung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữliệu

Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữliệu


6. Cấu trúc b ức điện


Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1-246byte dữ liệu

Token

Các ô DA, SA, FC và DU ( nếu có) được coi là phầnmang thông tin




Các ô DA, SA, FC, và DU (nếu có) được coi là phầnmang thông tin. Trừ ô DU, mỗi ô còn lại trong một bứcđiện đều có chiều dài 8 bit (tức là 1 ký tự) với ý nghĩa cụthể như sau:



All ProfiBus characters are comprised of 11 bits (1 startbit + 8 data bits + 1 even parity bit + 1 stop bit)

Ký tự khung UART sử dụng trong Profibus

Việc thực hiện truyền tuân thủ theo các nguyên tắc sauđây:

Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu của bit1, tức mức tín hiệu thấp theo phương pháp mã hóa bitNRZ (0 ứng với mức cao).

Trước khung yêu cầu (request frame) cần một thờigian rỗi tối thiểu là 33 bit phục vụ mục đích đồng bộhóa giữa hai bên gửi và nhận.

Không cho phép thời gian rỗi giữa các ký tự UARTcủa một khung.



Việc thực hiện nhận tuân thủ theo các nguyên tắc sauđây:

Với một ký tự UART, bên nhận kiểm tra các bit khởiđầu, bit cuối và bit chẵn lẻ.

Với mỗi khung, bên nhận kiểm tra các byte SD, DA,SA, FCS, ED, LE/Ler (nếu có) cũng như thời gian rỗitrước mỗi khung yêu cầu.

Nếu có lỗi, toàn bộ khung phải hủy bỏ.




Các hàm của profibus

Chức năng Code (FC) hoặc trường Khung điều quy địnhcác loại bức điện (yêu cầu, đáp ứng, sự thừa nhận), loạitrạm (thụ động hay chủ động / slave hay master), ưu tiên,và bức điện xác nhận (thành công hay không thànhcông) như sau:


PROFIBUS-FMS

Mặc dù Profibus-FMS không được chuẩn hóa trong IEC61158 nên bị mờ nhạt trong các phát triển tiếp theo songứng dụng của nó có vai trò nhất định trong một số lĩnhvực công nghệ chế tạo, lắp ráp.

Sử dụng Profibus-FMS là bus hệ thống, các máy tínhđiều khiển có thể được ghép nối với nhau theo cấu hìnhnhiều chủ đề giao tiếp với nhau và với các thiết bị trườngthông minh dưới hình thức gửi các thông báo. Ở đâyphạm vi chức năng, dịch vụ cao cấp là tính năng đượccoi trọng hơn so với thời gian phản ứng của hệ thống

404/13/2015

PROFIBUS-FMS

Lớp ứng dụng của Profibus-FMS bao gồm hai lớp con làFMS và LLI (Lower Layer Interface) bởi các lớp từ 3 đến6 không xuất hiện ở đây.

Lớp LLI có vai trò thích ứng, chuyển dịch các dịch vụgiữa lớp FMS và lớp FDL lớp 2.

Giao diện giữa FMS với các quá trình ứng dụng đượcthực hiện bởi lớp ALI (Application Layer Interface).

414/13/2015

PROFIBUS-FMS

Giao ti ếp hướng đối tượng

Profibus-FMS cho phép thực hiện các hoạt động giaotiếp hướng đối tượng theo cơ chế Client/Server. Ở đây ýnghĩa của phương thức hướng đối tượng là quan điểmthống nhất trong giao tiếp dữ liệu, không phụ thuộc vàocác đặc điểm của nhà sản xuất hay lĩnh vực cụ thể.

Các phần tử có thể truy nhập được từ một trạm trongmạng, đại diện cho các đối tượng thực hay các biến quátrình được gọi là các đối tượng giao tiếp. Các thành viêntrong mạng giao tiếp thông qua các đối tượng này.

424/13/2015

PROFIBUS-FMS

Việc truy nhập các đối tượng có thể thực hiện theo nhiềucách khác nhau. Phương pháp hiệu quả nhất là sử dụngchỉ số đối tượng (object index), còn gọi là phương phápđịnh địa chỉ logic. Chỉ số có thể coi là căn cước của mộtđối tượng nội trong một thành viên của mạng, được biểudiễn bằng một số thứ tự 16 bit. Nhờ vậy các khung thôngbáo sẽ có chiều dài ngắn nhất so với các phương phápkhác.

Một khả năng truy nhập thứ hai là truy nhập thông quatên hình thức của đối tượng hay còn gọi là tag.

434/13/2015

PROFIBUS-FMS

Thiết b ị trường ảo ( VFD)

Thiết bị trường ảo (Virtual Field Device) là một mô hìnhtrừu tượng, mô tả các dữ liệu, cấu trúc dữ liệu và đặctính của một thiết bị tự động hóa dưới góc độ của một đốitượng giao tiếp.

Một đối tượng VFD chứa tất cả các đối tượng giao tiếpvà danh mục mô tả các đối tượng mà các đối tác giaotiếp có thể truy nhập qua các dịch vụ. Một đối tượng VFDđược sắp xếp tương ứng với đúng một quá trình ứngdụng.

Một thiết bị thực có thể chứa nhiều đối tượng VFD, trongđó địa chỉ của mỗi đối tượng VFD được xác định qua cácđiểm đầu cuối giao tiếp của nó.

444/13/2015

PROFIBUS-FMS

454/13/2015

PROFIBUS-FMS

Đối tượng truy ền thông

Gồm 2 loại là đối tượng truyền thông tĩnh và truyền thôngđộng.

Đối tượng truyền thông tĩnh:

Biến đơn

Ma trận (dãy các biến đơn của cùng một kiểu)

Bản ghi (dãy các biến đơn của các kiểu khác nhau)

Vùng nhớ (Domain) chỉ vùng nhớ có liên kết logicchứa chương trình hay dữ liệu

Sự kiện (event) các thông báo, cảnh báo

464/13/2015

PROFIBUS-FMS

Đối tượng truy ền thông

Đối tượng truyền thông động

Danh sách biến

Program invocation

Định địa chỉ logic là một phương pháp được ưa dùnghơn để đánh địa chỉ cho các đối tượng.

Các đối tượng truyền thông có thể được bảo vệ khỏi bịtruy cập bởi những đối tượng không có quyền truy nhậpthông qua sự bảo vệ truy cập hay những dịch vụ đượccho phép để truy cập đối tượng bị hạn chế

474/13/2015

PROFIBUS-FMS

Quan hệ giao ti ếp

Ngoại trừ các hình thức gửi đồng loạt việc trao đổi thôngtin trong FMS luôn được thực hiện giữa hai đối tác truyềnthông dưới hình thức có nối theo cơ chế Client/Server.

Mối quan hệ giao tiếp giữa một Client và một Serverđược gọi là một kênh logic

Mỗi thành viên trong mạng có thể có nhiều quan hệ giaotiếp với cùng một thành viên khác hoặc với các thànhviên khác nhau.

484/13/2015

PROFIBUS-FMS

Các d ịch vụ của FMS

Các dịch vụ FMS là một tập con của dịch vụ MMS được tốiưu hóa cho các ứng dụng của bus trường và được mở rộngcho quản lý đối tượng truyền thông và quản lý mạng

Các dịch vụ có xác nhận chỉ có thể được sử dụng chocác mối quan hệ truyền thông có kết nối định hướng.

Các dịch vụ không xác nhận chỉ được dùng trong cácmối quan hệ truyền thông không kết nối (truyềnbroadcast và multicast). Chúng có thể được truyền vớimức ưu tiên cao hoặc thấp.

494/13/2015

PROFIBUS-FMS

Các d ịch vụ của FMS

Dịch vụ VFD Support được dùng để xác minh và thăm dòtrạng thái.

Dịch vụ OD Management được dùng để đọc hay ghi khitruy cập vào danh mục đối tượng.

Dịch vụ Context Management phục vụ cho việc thiết lậpvà kết thúc các kết nối logic.

504/13/2015

PROFIBUS-FMS

Các dịch vụ trong FMS được chia thành các nhóm sau :

• Dịch vụ Variable Access được dùng cho truy cập biến,bản ghi, ma trận hay danh sách biến.

• Dịch vụ Domain Management được dùng để truyềnnhững vùng nhớ lớn. Dữ liệu phải được người dùng chiathành các phần nhỏ

• Dịch vụ Program Invocation Managament được dùng đểđiều khiển chương trình

• Dịch vụ Event Managament được dùng để truyền thôngtin cảnh báo

514/13/2015

PROFIBUS-FMS

Quản lí m ạng

Ngoài các dịch vụ của FMS ra, các hàm quản lí mạng(Field Management Layer 7= FMA7) cũng có sẵn. Cáchàm FMA7 là không bắt buộc và tùy theo sự cấu hìnhhóa trung tâm

Quản lí theo ngữ cảnh được dùng để thiết lập hay ngắtcác kết nối FMA7.

Quản lí cấu hình hóa được dùng để truy cập các CRL,biến, các bộ đếm số và các tham số của lớp ½. Nó cũngđược dùng cho sự xác minh và đăng kí của các trạm trênbus.

Quản lí lỗi được dùng để biểu diễn lỗi/sự kiện và resetcác thiết bị

524/13/2015

Profibus DP

Profibus DP (Distributed Peryphery) được thiết kế đểtrao đổi dữ liệu ở cấp thiết bị trường, sử dụng để kết nốithiết bị điều khiển với các ngoại vi phân tán


RS-485 Cáp quang

Profibus DP

Profibus DP chỉ thực hiện các lớp 1, lớp 2 theo mô hìnhquy chiếu OSI.

Sử dụng chuẩn RS-485 và cáp quang cho phần truyềndẫn tín hiệu.


Tốc độ(kbit/s)

9,6 19,2 45,45 93,75 187,5 500 1500 3000 6000 12000

Chiềudài (met)

1200 1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100

RS-485 dùng cho profibus thông th ường dùng cápkiểu A với các thông s ố sau:

Trở kháng 135Ω đến 165Ω

Dung kháng <30pF/m

Điện trở vòng 110Ω/Km

Thiết diện dây >0,34 mm²


Profibus DP

Trong truyền dẫn hai đầu nút của đường truyền yêu cầunối một điện trở kết thúc để giảm sóng phản xạ gây nhiễutín hiệu. Điện trở kết thúc trên Profibus có dạng fail-safebiasing như sau:


Profibus DP

Chức năng cơ bản của profibus DP:

Truyền dữ liệu người dùng một cách tuần hoàn giữatrạm chủ DP và các trạm tớ

Kích hoạt động hoặc vô hiệu hóa từng trạm tớ

Kiểm tra cấu hình của trạm tớ

Đánh địa chỉ các trạm tớ qua bus

Chức năng chuẩn đoán rất mạnh, 3 cấp chuẩn đoánbản tin

Đồng bộ hóa các đầu vào và/ hoặc các đầu ra

Cực đại 244 bytes các đầu vào và ra dữ liệu đối vớimỗi trạm tớ


Profibus DP

Kiểu thiết bị:

DP master Class 1 (DPM1) ví dụ như các bộ điều khiển khảtrình trung tâm (PLC, PC…)

DP master Class 2 (DPM2) ví dụ như công cụ lập trình haychuẩn đoán

DP slave ví dụ như các thiết bị vào ra số hay tương tự, bộkích thích, các van…


Profibus DP

Master (Class 1)

Slaves

PROFIBUS

PLC

Master (Class 2)

Central Controller exchanges data with the distributed peripherial devices

Engineering tool is used for setup/configuration of the slaves

Profibus DP

Cấu hình hệ thống

1. Một trạm chủ (Mono - Master)


DP-Master(class 2)

DP-Master(class 1)

DP-Master(class 1)

DP - Slaves

PLC

PROFIBUS

PC

CNC

Distributed inputs and outputsDistributed inputs and outputs

Profibus DP

2. Nhiều trạm chủ (Multi - Master)


Do cấu trúc mạng dạng Bus nên Profibus đòi hỏi mộtgiao thức điều khiển truy nhập đường truyền. Phươngpháp điều khiển truy nhập đường truyền của Profibus làsự kết hợp của hai phương pháp Master/Slave và TokenBus.


Profibus DP

Vận hành: truyền tảituần hoàn của dữ liệuđầu vào và đầu ra

Xóa: Các đầu vàođọc, các đầu ra dữnguyên ở trạng tháian toàn

Dừng: Chuẩn đoán vàtham số hóa, không

truyền dữ liệu người dùng

Trạng

hành

Trạngthái vận

hành

Profibus DP


Đồng bộ hóa kết quả đầu ra của một số trạm tớ

Profibus DP

Các lệnh đồng bộ:

1. Lệnh SYNC: Đồng bộ hóa dữ liệu đầu ra

2. Lệnh FREEZE: Đồng bộ hóa dữ liệu đầu vào


Nguyên tắc trao đổi dữ liệu tuần hoàn Master/Slave

Trao đổi dữ liệu tuần hoàn Mỗi trạm tớ cho phép truyền tối đa 266 byte dữ liệu vào/ra

Chu kỳ bus cần phải nhỏ hơn chu kỳ vòng quét của chương trình


Profibus DP

Mô hình DP-Slave hỗ trợ cấu trúc kiểu module của cácthành viên. Mỗi module được xếp thứ tự khe cắm bắtđầu từ 1, riêng module có số thứ tự khe cắm 0 phục vụviệc truy nhập toàn bộ dữ liệu của thiết bị.


Profibus DP

Toàn bộ dữ liệu vào/racủa các module đượcchuyển chung trongmột khối dữ liệu sửdụng của trạm tớ.

Tham số hóa và chẩn đoán hệ thống

Để thực hiện truyền nạp các bộ tham số hặc đọc các tậpdữ liệu tương đối lớn PROFIBUS-DP cung cấp các dịchvụ không tuần hoàn là DDLM_READ và DDLM_WRITE

Các thông tin chẩn đoán được truyền qua bus và thu thậptại trạm chủ. Các thông báo được phân thành 3 cấp:

Chẩn đoán trạm: Thông báo liên quan tới trạng tháihoạt động chung của cả trạm như quá nhiệt hoặc sụtáp.

Chẩn đoán module: Các thông báo này chỉ thị lỗi nằmở một khoảng vào/ra nào đó của một module.

Chẩn đoán kênh: Trường hợp này nguyên nhân của lỗinằm ở một bit vào/ra (một kênh vào /ra) riêng biệt.


Profibus DP

Giao tiếp trực tiếp giữa các trạm tớ (DXB)


Profibus DP

Chế độ đẳng thời (isochronous mode)

Ứng dụng chủ yếu trong điều khiển các hệ thốngchuyển động

Đáp ứng yêu cầu rất cao về tính thời gian thực

Kết hợp chủ/tớ với TDMA

Cần đồng bộ hóa thời gian


Profibus DP

Profibus PA

Đặc điểm của Profibus PA

Giao di ện Bus an toàn riêng

PA – Profile

Các khối của Profibus - PA


Profibus PA

PROFIBUS-PA là một phần của giao thức PROFIBUS vànó đặc biệt đáp ứng nhu cầu của tự động hóa quá trình(Process Automation).

Nó cho phép các thiết bị hiện trường có thể được giámsát và cài đặt cấu hình trên cùng một đường bus. Cácthiết bị đều được cấp nguồn thông qua đường bus nàyvà đảm bảo an toàn.

PROFIBUS-PA có thể được sử dụng trong rất nhiều ứngdụng, và đặc biệt rất phù hợp với các ứng dụng trongmôi trường cháy nổ của các nhà máy hóa chất và hóadầu vì nó đảm bảo được an toàn.


Profibus PA

PROFIBUS PA thực chất được xây dựng dựa trên môhình giao thức PROFIBUS DP (sự mở rộng sử dụngtrong môi trường chống cháy, nổ) với chuẩn truyền dẫnIEC 1158-2 (MBP) cũ và một số qui định chuyên biệt vềthông số và các đặc tính cho thiết bị trường.


Profibus- PA

Công nghệ truyền thông(giao thức) của ProfibusPA và Profibus DP thì nhưnhau, chỉ có công nghệtruyền tải khác nhau đểđáp ứng nhu cầu đa dạngcủa thị trường tự độnghóa. PROFIBUS DP sửdụng RS485 hoặc sợiquang là chủ yếu, ở chỗPROFIBUS PA đặt nềntảng trên công nghệ MBP.Hình bên chỉ ra các lớplayer khác nhau và tên thịtrường liên quan đếnchúng.


Mã hóa bít trong profibus PA

734/13/2015

Profibus- PA

Ưu điểm của nó là cho phép các thiết bị của những nhàsản xuất khác nhau có thể tương tác lẫn nhau hoặc thaythế lẫn nhau.

Những đặc tính hữu ích của PROFIBUS PA khiến giaothức này có thể thay thế phương thức truyền tín hiệu với4-20 mA hoặc HART

Xét về mặt đặc tính hoạt động – chức năng , PROFIBUSPA dựa trên mô hình khối hàm chức năng (FunctionBlock Model).

PROFIBUS PA cho phép kết nối các hệ thống thiết bịtrường bằng cáp đôi dây xoắn duy nhất, với tốc độ truyềncố định 31,25 kbps.


Profibus - PA

Khi sử dụng giao thức này, ta có thể bảo dưỡng , thaythế một số thiết bị nếu cần thiết trong khi đang vận hành.Đặc biệt, nó còn rất hữu ích khi sử dụng ở những khuvực nguy hiểm, dễ cháy nổ với phương thức bảo vệ kiểu“an toàn riêng” ( EEX ia/ib) hoặc kiểu “đóng kín” (EEXd).

PROFIBUS có hàng loạt các đặc tính khác cho phép cắtgiảm chi phí vận hành trong suốt vòng đời của máy.PROFIBUS-PA là mạng trường cho phép cấp nguồn trênbus, do đó nó cho phép giảm chi phí mua cáp, chi phí lắpđặt và bảo trì. Bản thân PROFIBUS-PA đã đảm bảo antoàn nên sẽ giảm chi phí cho cáp đặc biệt hoặc tủ thiết bị.Hơn nữa hai lợi điểm chính là khả năng hoán đổi lẫnnhau và khả năng điều khiển lẫn nhau


Profibus - PA

Giao thức Profibus-PA trong công nghiệp


Profibus - PA

Giao thức Profibus-PA trong công nghiệp774/13/2015 NTH-KTĐ&THCN

Profibus - PA




Cáp đôi dây xoắn sử dụng trong Profibus-PA


Profibus - PA

Profibus- PA

Giao di ện Bus an toàn riêng

Trường thiết bị trong những vùng nguy hiểm được kếtnối với cộng nghệ truyền dẫn sử dụng chuẩn 1158-2.Chuẩn này cho phép truyền dẫn thông tin cũng như nănglượng giữa các trường thiết bị chỉ 2 dây dẫn.

Khác với những phương thức truyền dẫn trước đây,PROFIBUS PA chỉ cần dùng một đường dây truyền dẫntín hiệu từ những điểm đo đạc tới bộ I/O của hệ thốngđiều khiển với một công suất tín hiệu sẽ được truyềnkhắp mạng PROFIBUS tới những nơi yêu cầu.

Tùy vào mức độ cháy nổ của khu vực và sự tiêu tốnnăng lượng của thiết bị, có từ 9 tới 32 bộ truyền tín hiệuđo đạc được kết nối vào mạng truyền thông.


Profibus- PA

Giao diện Bus an toàn riêng

Yêu cầu cụ thể Bus an toàn riêng

Một đoạn mạng chỉ có một nguồn nuôi tích cực

Mỗi trạm tiêu thụ dòng cố định (>=10 mA ) ở trạngthái xác lập

Mỗi trạm được coi là tải tiêu thụ dòng thụ động ( bỏqua thành phần dung, cảm kháng ).

Một trạm khi phát tín hiệu không được nạp thêmnguồn


Profile c ấp B:Quy định chức năng, đặctính cho các thiết bị phứchợp, còn gọi là các thiết bịthông minh. Các chức năngnày của giao thức cho phépgán địa chỉ tự động, đồng bộhóa thời gian, phân tán dữliệu tới các bộ I/O phân tán,mô tả thiết bị qua ngôn ngữDDL (Device DiscriptionLanguage) cũng như lập lịchkhối hàm (Function Block )

Profile c ấp A:Quy định đặc tính và

chức năng cho cácthiết bị đơn giản như:bộ cảm biến áp suất,nhiệt độ các cơ cấutruyền động. Ta cũngcó thể truy nhập cácthông số hệ thốngnhư tốc độ, thời giantrễ , ngưỡng cảnhbáo vào mạng thôngtin

PA- Profile

Profibus- PA


Các khối của Profibus- PA

PA- Profile sử dụng mô hình khối để mô tả chức năngvà tham số thiết bị. Mỗi khối đại diện cho một chức năngsử dụng, ví dụ vào hoặc ra tương tự. Các khối chứcnăng có thể liên kết logic với nhau qua các đầu vào vàđầu ra, tạo ra một chương trình ứng dụng. Trên thực tế ,một mối liên kết logic giữa hai khối chức năng thuộc haitrạm thiết bị sẽ được thực hiện bằng một mối liên kếttruyền thông của hệ thống bus.

Trong mạng truyền thông, nhiều khối hàm được các nhàsản xuất tích hợp với nhau thông qua các thiết bị trường,do đó ta có thể truy nhập vào hệ thống lấy ra các thôngsố, kết nối các khối hàm tạo nên trình ứng dụng giaothức PROFIBUS PA.


Các khối của Profibus- PA


Khối vật lý (physical block) chứa các thông tin chung củathiết bị như tên thiết bị, nhà sản xuất, chủng loại, mãserie

Khối biến đổi (transducer block ) chứa các tham số cầnthiết cho việc ghép nối một thiết bị trường với quá trìnhkỹ thuật, ví dụ các thông tin phục vụ chỉnh định (calibration) và chuẩn đoán vào/ra.

Khối chức năng có trách nhiệm thực hiện chức năngvào/ra (AI, AO, DI, DO) nằm trong sách lược điều khiển.

Giao thức Profibus trong công nghiệp

Thiết b ị Profibus



Các thiết bị PROFIBUS có những đặc điểm cấu trúckhác nhau. Sự khác nhau về cấu trúc giữa chúng tùythuộc vào chức năng của từng thiết bị (ví dụ như thiết bịtruyền tín hiệu đầu vào/ đầu ra, các bộ chuẩn đoán ) vàphụ thuộc tham số đường truyền như tốc độ truyền dữliệu, các giá trị thời gian giám sát. Những tham số nàythay đổi tùy theo từng loại thiết bị và hệ thống điều khiển.Để mạng truyền thông với giao thức PROFIBUS có cấutrúc đơn giản, các thiết bị thường sử dụng GSD files.

Tất cả các nhà sản xuất đều phải cung cấp file GSDtrong thiết bị PROFIBUS của mình.



Hình ảnh của GSD file


Thiết b ị Profibus GSD files được ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống truyền tin

mở đến các hệ thống điều khiển vận hành. GSD filesđược dùng trên mọi cấu hình từ loại đơn giản đến phứctạp nhất. Điều này có nghĩa là tích hợp giữa các thiết bịthuộc những nhà sản xuất khác nhau trong mạngPROFIBUS không là vấn đề khó khăn.

GSD files chứa những đặc điểm đặc trưng cơ bản giốngnhau giữa các thiết bị PROFIBUS, đó chính là lý do vìsao GSD files tương thích với nhiều loại thiết bị. Thôngqua những file này kỹ sư dự án không phải nắm bắt cácthông số kỹ thuật theo các đo đạc bằng tay thông thườngnhư trước nữa. Thời gian được tiết kiệm đáng kể vàtrong suốt quá trình, hệ thống điều khiển sẽ tự động kiểmtra các sai số đầu vào, sai số truyền dữ liệu và nhiều loạisai số khác.



Các khu vực của một file GSD:

1. Khu v ực chứa thông tin chung : những thông tinchung chẳng hạn trên thiết bị, mã đăng ký phần mềm,phần cứng, tốc độ truyền dữ liệu của đường truyền ,thời gian giám sát.

2. Khu v ực liên k ết với tr ạm chủ (Master-related) : chứanhững tham số liên kết với trạm chủ, ví dụ số lượng lớnnhất các slave có thể kết nối… Khu vực này không cótrong các thiết bị slave.

3. Khu v ực liên k ết với tr ạm tớ (Slave-related) : khu vựcnày chứa những thông tin liên quan đến trạm slave nhưsố lượng và chủng loại đầu vào đầu vào/ đâu ra, cácthông tin chuẩn đoán về các module thiết bị.



Các tham số của từng khu vực riêng biệt được tách bởicác từ khóa- key words. Từ khóa A chỉ những tham số ủynhiệm (ví dụ tên hãng sản xuất ), tham số lựa chọn(options ) như mã đồng bộ. Sự khác biệt của từng nhómtham số cho phép ta lựa chọn options được hiểu quả.Ngoài ra, các file bit map với những biểu tượng của thiếtbị có thể được tích hợp.

Dung lượng của các file GSD có thể chứa rất lớn. Nóchứa thông số về tốc độ truyền dữ liệu cũng như cảkhông gian mô tả các module hữu ích trong các modulethiết bị. Nó còn chứa các thông tin chuẩn đoán.



Phương th ức làm việc của bộ slave đơn giản

Phương th ức làm việc theo chu ẩn IEC 1158-2

Cácphương

thứclàm việc

1

2

3

4

Phương th ức làm việc của bộ slave thông minhPhương th ức làm việc của bộ slave thông minh

Phương th ức làm vi ệc của bộ master ph ức tạpPhương th ức làm vi ệc của bộ master ph ức tạp



Phương th ức làm việc của bộ slave đơn gi ản

Đối với các thiết bị đầu vào/ đầu ra đơn giản, giải phápPROFIBUS với ASICs đơn chip là một giải pháp thực tế.Tất cả các chức năng giao thức đã được tích hợp sẵntrong ASICs. Vì vậy không cần bộ vi xử lý hoặc phầnmềm mà chỉ cần mạch giao diện truyền tin, tinh thể thạchanh và các thiết bị điện tử công suất đóng vai trò như cácthiết bị ngoại vi.Thí dụ bộ slave điển hình bao gồm SPM2ASIC của Siemens , chip IX1 của M2C và CHIP vpcis-asic của profichip.



Phương th ức làm việc của bộ slave thông minh

Đối với bộ slave thông minh, bộ phận thời gian tới hạncủa nó sẽ làm việc trên chip giao thức, các phần còn lạilàm việc như phần mềm trong bộ vi điều khiển.

Chip DDC31 của hãng Siemens là sự kết hợp của chipgiao thức và bộ vi điều khiển. Còn những chíp cơ sởkhác, ví dụ như ASICs SPC3 ( Siemens ), VPC3+(PROFICHIP ) hay IX1 (M2C ) thì đã được chế sẵn, chỉcần lắp ráp. Những con chip ASIC cung cấp giao diệndùng chung với các bộ vi điều khiển. Ngoài ra, ở bộ slavethông minh ta còn có thể dùng các bộ vi xử lý với lõi đãtích hợp giao thức PROFIBUS.



Phương th ức làm việc của bộ master ph ức hợp

Cũng giống như bộ slave thông minh, ở bộ master phứchợp, bộ phận thời gian tới hạn của nó cũng làm việc nhưphần mềm trong bộ vi điều khiển. Các chip ASICsASPC2 (siemens), IX1 (M2C) hay và PBM (IAM) đều đãđược chế sẵn hỗ trợ các thiết bị master phức hợp hoạtđộng. Chúng cũng được kết hợp và cùng vận hành vớicác bộ vi xử lý.


Thiết b ị ProfibusPhương th ức làm việc theo chu ẩn IEC 1158-2

Đối với các thiết bị trường truyền công suất tuân theochuẩn IEC 1158-2, một vấn đề cần lưu ý là công suấttiêu tốn phải thấp ( vì đây là những thiết bị truyền côngsuất ) .Đối với những thiết bị loại này thường thường chỉdùng nguồn dòng cỡ 10 mA là phù hợp cho việc nuôi cácthiết bị đo đạc, cung cấp năng lượng truyền tin.

Để đáp ứng được các yêu cầu trên, hãng Siemen vàhãng Smar đã chế tạo ra những con chip đặc biệt phùhợp. Những con chip này sẽ lấy năng lượng cần thiết đểvận hành toàn bộ thiết bị từ đường bus truyền theochuẩn IEC 1158-2 và khiến đường truyền là nguồn cungcấp điện áp cho các thiết bị trường PA khác trong hệthống



Thiết bị Profibus trong công nghiệp


chuong 6_2_giao thuc cn_profibus new.pdf

Documents