PROFIBUS là chữ viết tắt của Process Field Bus, là một tiêu chuẩn mạng trường được phát triển đầu tiên tại Đức năm 1987, sau này trở thành tiêu chuẩn của châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 và trở thành tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158 vào đầu năm 2000. Tài liệu giới thiệu về PROFIBUS và mạng truyền thông. Để nắm chi tiết nội dung mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Trang 1PROFIBUS và m ng truy n thôngạ ề
PROFIBUS là ch vi t t t c a Process Field Bus, là m t tiêu chu n m ng ữ ế ắ ủ ộ ẩ ạ
trường được phát tri n đ u tiên t i Đ c năm 1987, sau này tr thành tiêu ể ầ ạ ứ ở
chu n c a châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 và tr thành tiêu chu n qu c ẩ ủ ở ẩ ố
t IEC 61158 vào đ u năm 2000ế ầ
Ngày nay, càng ngày càng có nhi u nhà s n xu t và ngề ả ấ ườ ử ụi s d ng trên toàn th ế
gi i ng d ng tiêu chu n m ng này trong các h th ng t đ ng hoá. Hi p h i ớ ứ ụ ẩ ạ ệ ố ự ộ ệ ộ
ngườ ử ụi s d ng và phát tri n PROFIBUS có tên g i là PROFIBUS ể ọ
Nutzerorganisation (PNO) v i h n 1000 thành viên trên ph m vi toàn th gi i ớ ơ ạ ế ớ (trong đó có nh ng nhà s n xu t n i ti ng nh ABB, Danfoss, Foxboro, Fisherữ ả ấ ổ ế ư Rosemount, Krone, Vega, Wika, Endress+Hauser, Mishubishi Electric, Siemens,
…). B n đ c có th tìm th y m i thông tin chi ti t trên m ng theo đ a ạ ọ ể ấ ọ ế ạ ị
ch :ỉ www.profibus.com.
Trong bài vi t này, tác gi s gi i thi u m t s thông tin c b n v PROFIBUS.ế ả ẽ ớ ệ ộ ố ơ ả ề Bài vi t s không đi sâu vào lý thuy t v nguyên lý ho t đ ng c a tiêu chu n ế ẽ ế ề ạ ộ ủ ẩ
mà c g ng đ c p đ n nh ng đ c đi m c b n đ giúp ngố ắ ề ậ ế ữ ặ ể ơ ả ể ườ ọi đ c có th ể nhanh chóng n m b t đắ ắ ược các khái ni m c b n và có th áp d ng chúng trong ệ ơ ả ể ụ
vi c xây d ng h th ng t đ ng hoá dùng PROFIBUS nh m t phệ ự ệ ố ự ộ ư ộ ương th c ứ truy n thông chu n. Đ cho ngề ẩ ể ườ ọi đ c nh t là nh ng ngấ ữ ười không có nhi u ề
ki n th c v m ng truy n thông d dàng theo dõi, ph n dế ứ ề ạ ề ễ ầ ưới đây, tác gi xin ả
được b t đ u t m t s nh ng khái ni m c b n.ắ ầ ừ ộ ố ữ ệ ơ ả
M t s khái ni m c b n v m ng truy n thôngộ ố ệ ơ ả ề ạ ề
+ Truy n thông (communication): Là quá trình trao đ i thông tin gi a hai ch thề ổ ữ ủ ể
v i nhau. Ví d , hai PLC trao đ i thông tin v i nhau trong m t m ng truy n ớ ụ ổ ớ ộ ạ ề thông công nghi p.ệ
+ M ng (network): Là m t h th ng bao g m nhi u tr m (station) đạ ộ ệ ố ồ ề ạ ược n i v i ố ớ nhau đ có th trao đ i thông tin. M i m t m ng có th bao g m nhi u phân ể ể ổ ỗ ộ ạ ể ồ ề
m ng (subnet).ạ
+ Gateway: Là thi t b đ ghép n i hai hay nhi u phân m ng có kh năng truy nế ị ể ố ề ạ ả ề thông khác nhau. Ví d , trong hình dụ ưới, tr m PLC S7400 đóng vai trò m t ạ ộ gateway ghép n i hai phân m ng (subnet) khác nhau là subnet 1 và subnet 2. Hai ố ạ phân m ng này có th có đ c đi m v t lý gi ng ho c khác nhau (ví d , m t ạ ể ặ ể ậ ố ặ ụ ộ gateway có th n i m ng Ethernet v i m ng PROFIBUS).ể ố ạ ớ ạ
+ Liên k t (link): Là m t phép gán logic cho phép vi c truy n thông gi a m t ế ộ ệ ề ữ ộ
ch th này v i m t ch th khác đ th c hi n m t d ch v truy n thông.ủ ể ớ ộ ủ ể ể ự ệ ộ ị ụ ề
Trang 2+ Giao th c (protocol): Là các qui t c, th t c qui đ nh cho vi c giao ti p. Đ i ứ ắ ủ ụ ị ệ ế ố
v i vi c truy n thông qua m ng, giao th c qui đ nh c u trúc c a gói d li u ớ ệ ề ạ ứ ị ấ ủ ữ ệ
được trao đ i, phổ ương th c ho t đ ng, th t c thi t l p truy n thông, b o toàn ứ ạ ộ ủ ụ ế ậ ề ả
d li u và t c đ truy n d li uữ ệ ố ộ ề ữ ệ
C u trúc liên k t c a m ng (Network Topology)ấ ế ủ ạ
Là c u trúc hình h c c a m ng, hay nói cách khác, là cách s p x p, t ch c v ấ ọ ủ ạ ắ ế ổ ứ ề
m t v t lý c a m ng. C u trúc đ ng gi n nh t là c u trúc ch có 2 nút m ng hayặ ậ ủ ạ ấ ơ ả ấ ấ ỉ ạ còn g i là liên k t đi mt iđi m (pointtopoint).ọ ế ể ớ ể
a) C u trúc tuy n (line): (xem hình v ví d ): v i c u trúc này, trong quá trình ấ ế ẽ ụ ớ ấ
ho t đ ng, trong m t th i đi m ch có m t tr m đạ ộ ộ ờ ể ỉ ộ ạ ược phép truy n tin, các tr m ề ạ khác ch đỉ ược phép nh n.ậ
b) C u trúc m ch vòng (ring): (xem hình v ):ấ ạ ẽ
c) C u trúc hình sao (star):ấ
d) C u trúc hình cây (tree):ấ
K thu t truy nh p m ng (access technique)ỹ ậ ậ ạ
Trong m t m ng truy n thông có c u trúc nh m t trong nh ng d ng nêu trên, ộ ạ ề ấ ư ộ ữ ạ
t i m i th i đi m ch có m t thông đi p duy nh t đạ ỗ ờ ể ỉ ộ ệ ấ ược phép truy n đi, còn s ề ố
lượng thành viên được phép nh n thông đi p này thì không h n ch Vì v y, ậ ệ ạ ế ậ
người ta ph i thi t l p nên phả ế ậ ương pháp phân chia th i gian g i thông tin trên ờ ử
đường d n c a m ng, hay còn g i là k thu t truy nh p m ng.ẫ ủ ạ ọ ỹ ậ ậ ạ
Theo cách phân lo i trên (đây ch là m t trong nh ng cách phân lo i), k thu t ạ ỉ ộ ữ ạ ỹ ậ truy nh p m ng có th phân làm hai nhóm chính: t p trung và phân tán. V i k ậ ạ ể ậ ớ ỹ thu t phân tán, chúng có th là lo i ti n đ nh hay ng u nhiên.ậ ể ạ ề ị ẫ
K thu t truy nh p ch /t (Master/Slave) là đi n hình c a k thu t truy c p t p ỹ ậ ậ ủ ớ ể ủ ỹ ậ ậ ậ trung: Tr m ch đi u khi n toàn b lu ng thông tin trên m ng. Nó g i thông tin ạ ủ ề ể ộ ồ ạ ử
và l nh t i các tr m t và yêu c u các tr m này g i thông tin tr l i. Vi c liên ệ ớ ạ ớ ầ ạ ử ở ạ ệ
l c tr c ti p gi a các tr m t v i nhau nhìn chung là không cho phép.ạ ự ế ữ ạ ớ ớ
Token Passing: Là k thu t ti n đ nh và phân tán. M t b c đi n ng n có c u trúc (có đ dài bit c đ nh) ỹ ậ ề ị ộ ứ ệ ắ ấ ộ ố ị
đ ượ c dùng t ươ ng t nh chìa khoá g i là token. Token s đ ự ư ọ ẽ ượ c chuy n t tr m này t i tr m khác theo ể ừ ạ ớ ạ vòng tròn logic và v i m t lu t l nh t đ nh. Trong th i gian m t tr m gi token, nó có quy n đ ớ ộ ậ ệ ấ ị ờ ộ ạ ữ ề ượ c truy
nh p m ng và g i thông tin đi. Đ ng th i nó có nhi m v chuy n token cho tr m ti p theo sau kho ng ậ ạ ử ồ ờ ệ ụ ể ạ ế ả
th i gian qui đ nh trên ờ ị
N u token s d ng trong m ng có c u trúc d ng tuy n (line) thì g i là token bus. N u s d ng trong ế ử ụ ạ ấ ạ ế ọ ế ử ụ
m ng c u trúc hình vòng (ring) thì g i là token ring ạ ấ ọ
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision), là k thu t truy c p ng u nhiên. V i k thu t này, ỹ ậ ậ ẫ ớ ỹ ậ
b t k tr m nào đ u đ ấ ỳ ạ ề ượ c phép truy n tin trong b t k m i th i đi m n u th y không có tr m khác phát. ề ấ ể ọ ờ ể ế ấ ạ
Trang 3Tuy nhiên, có th x y ra tr ng h p hai hay nhi u tr m cùng phát tín hi u cùng m t lúc, n u xung đ t ể ả ườ ợ ề ạ ệ ộ ế ộ này (collision) x y ra, các tr m đ u hu b c đi n c a mình và s g i l i sau m t th i gian ch ng u ả ạ ề ỷ ứ ệ ủ ẽ ử ạ ộ ờ ờ ẫ nhiên. K thu t này đ ỹ ậ ượ c qui đ nh trong tiêu chu n IEEE802.3 và đ ị ẩ ượ c áp d ng b i m ng Ethernet ụ ở ạ PROFIBUS
PROFIBUS là m t chu n m ng tr ộ ẩ ạ ườ ng dùng đ truy n d li u c p đi u khi n v i kh năng truy n d ể ề ữ ệ ở ấ ề ể ớ ả ề ữ
li u c p nh và trung bình. V m t v t lý, nó là m ng dùng dây d n đ ng xo n có b c kim ho c dùng ệ ở ấ ỏ ề ặ ậ ạ ẫ ồ ắ ọ ặ dây cáp quang ho c cũng có th là m ng không dây dùng truy n d n b ng h ng ngo i ặ ể ạ ề ẫ ằ ồ ạ
+ K thu t truy c p m ng ỹ ậ ậ ạ
K thu t truy c p: k thu t truy c p c b n c a PROFIBUS là Master/Slave (hình 1) ỹ ậ ậ ỹ ậ ậ ơ ả ủ
Tuy nhiên trong tr ng h p có nhi u Master trong m t m ng, quy n đi u hành s đ ườ ợ ề ộ ạ ề ề ẽ ượ c luân chuy n l n ể ầ
l ượ ừ ạ t t tr m Master này sang Master khác nh k thu t Token Passing (xem hình 2). Trong tr ng h p ờ ỹ ậ ườ ợ này, các tr m ch luân phiên nhau ho t đ ng và th c s n m quy n đi u khi n các tr m t c a mình ạ ủ ạ ộ ự ự ắ ề ề ể ạ ớ ủ trong th i gian gi token ờ ữ
+ Các d ng PROFIBUS chu n (PROFIBUS variants) ạ ẩ
PROFIBUS có 3 d ng chu n là: ạ ẩ
PROFIBUS DP
PROFIBUS FMS
PROFIBUS PA
PROFIBUS DP: Là giao di n chu n đ trao đ i d li u gi a các tr m đi u khi n (dùng PLC, DP master) ệ ẩ ể ổ ữ ệ ữ ạ ề ể
và các thi t b hi n tr ng (DP slave). Hình 3 là ví d v m t h th ng m ng dùng PROFIBUS DP. T c ế ị ệ ườ ụ ề ộ ệ ố ạ ố
đ t i đa c a PROFIBUS DP là 12Mbit/giây ộ ố ủ
PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): đ ượ c s d ng đ trao đ i thông tin gi a các b đi u ử ụ ể ổ ữ ộ ề khi n (PLC) và các máy tính c p đi u khi n. M t trong nh ng u đi m c a FMS là d li u đ ể ở ấ ề ể ộ ữ ư ể ủ ữ ệ ượ c truy n đi có c u trúc không ph thu c vào thi t b mà nó phát đi (d ng trung hoà), sau đó nó đ ề ấ ụ ộ ế ị ạ ượ c chuy n đ i thành d ng đ c thù c a thi t b ti p nh n nó. Đi u đó có nghĩa là, nó có th “nói chuy n” v i ể ổ ạ ặ ủ ế ị ế ậ ề ể ệ ớ
t t c thi t b hi u đ ấ ả ế ị ể ượ c FMS. Trong ch ươ ng trình c a ng ủ ườ ử ụ i s d ng, ta có th dùng các ngôn ng ể ữ
t ươ ng ng nh STL hay C cho các ng d ng ch y trên PC ứ ư ứ ụ ạ
C PROFIBUS DP và PROFIBUS FMS đ u dùng chung m t công ngh truy n d n và k thu t truy c p ả ề ộ ệ ề ẫ ỹ ậ ậ
m ng, vì th chúng có th ho t đ ng đ ng th i ạ ế ể ạ ộ ồ ờ
PROFIBUS PA đ ượ c thi t k đ chuyên dùng cho đi u khi n quá trình và cho phép các thi t b đo và ế ế ể ề ể ế ị các thi t b ch p hành có th n i ghép v i m ng đi u khi n chung th m chí trong đi u ki n môi tr ng ế ị ấ ể ố ớ ạ ề ể ậ ề ệ ườ nguy hi m. PROFIBUS PA tuân theo tiêu chu n IEC 611582 (truy n đ ng b ), nghĩa là c u hình an toàn ể ẩ ề ồ ộ ấ
và các thi t b hi n tr ng nh n ngu n nuôi thông qua đ ế ị ệ ườ ậ ồ ườ ng m ng. PROFIBUSPA có th có c u trúc ạ ể ấ hình tuy n, hình cây hay hình sao. S tr m trên m t nhánh m ng ph thu c vào ngu n nuôi, dòng tiêu ế ố ạ ộ ạ ụ ộ ồ
th c a các tr m, d ng cáp đ ụ ủ ạ ạ ượ c s d ng và kho ng cách c a chúng. T c đ truy n c a PROFIBUS ử ụ ả ủ ố ộ ề ủ
PA là 31.25 kbit/giây. Nó có th ho t đ ng v i c u hình có d phòng b ng cách nhân đôi đ ể ạ ộ ớ ấ ự ằ ườ ng m ng. ạ
M t tuy n PROFIBUS PA có th n i v i tuy n PROFIBUS DP thông qua b chuy n đ i DP/PA link (xem ộ ế ể ố ớ ế ộ ể ổ
ví d hình 4) ụ
+ M t s thông s c b n c a PROFIBUS ộ ố ố ơ ả ủ
Trong b ng B1 là m t s thông s và đ c đi m c a chu n m ng PROFIBUS (b ng ti ng Anh): ả ộ ố ố ặ ể ủ ẩ ạ ằ ế
THeo Tu Dong Hoa