Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.1: Profibus

Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.1: Profibus. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Giới thiệu chung, kiến trúc giao thức, kỹ thuật truyền dẫn, truy nhập bus, dịch vụ truyền dữ liệu, cấu trúc bức ₫iện, PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA.

Hệ thống

thông tin công nghiệp

6.1 Profibus

1 Giới thiệu chung

Đức từ năm 1987

truyền thông , mà còn ₫ược coi là một công nghệ tự

₫ộng hóa

cũng ₫ược sử dụng rất rộng rãi tại Việt Nam

năm 1995 nằm trong PROFIBUS International (PI)

Ba loại giao thức

— Bus hệ thống hoặc bus ₫iều khiển ,

— Dịch vụ cao cấp, chủ yếu ₫ược sử dụng trong CN chế tạo

— Bus trường cấp cao, chủ yếu ghép nối giữa thiết bị ₫iều khiển với vào ra phân tán và một số thiết bị thông minh

— Truyền dữ liệu thô, hiệu suất cao

— Ứng dụng ₫a năng, trong nhiều lĩnh vực

Lựa chọn giao thức

Líp 2 Fieldbus Data Link (FDL)

Líp 1 RS-485/RS-485IS/C¸p quang MBP (IEC 1158-2)

Các lớp dịch vụ và giao thức

— FMS (Fieldbus Message Specification) à một tập con của

chuẩn MMS, ₫ảm nhiệm việc xử lý giao thức và cung cấp các dịch vụ truyền thông,

— LLI (Lower Layer Interface)có vai trò trung gian cho FMS

kết nối với lớp 2.

— kiểm soát truy nhập bus

— cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu

— kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu,

3 Kỹ thuật truyền dẫn (lớp 1)

Truyền dẫn với RS-485:

nhánh (trunk-line/drop-line) hoặc daisy-chain,

trúc daisy-chain.

vệ (STP) Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A

ƒ Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với

các ₫iện trở lần lượt là 390Ω-220Ω-390Ω

ƒ Chiều dài tối ₫a của một ₫oạn mạng từ 100 ₫ến

1200m, phụ thuộc vào tốc ₫ộ truyền ₫ược lựa

chọn Quan hệ giữa tốc ₫ộ truyền và chiều dài tối

₫a của một ₫oạn mạng ₫ược tóm tắt trong bảng 4.1

32

Tổng số trạm tối ₫a trong một mạng là 126

không ₫ồng thời

Khoảng cách truyền

và tốc ₫ộ truyền

100200

4001000

1200

Chiều dài

(mét)

3000/6000/12000

1500500

187.5

9,6/19,245,45/93,75Tốc độ

(kbit/s)

ƒ Truyền dẫn với RS-485IS (IS : Intrinsically Safe)

— ₫ược phát triển ₫ể có thể phù hợp với môi trường ₫òi hỏi

an toàn cháy nổ.

— theo chỉ dẫn và các qui ₫ịnh ngặt nghèo về mức ₫iện áp

và mức dòng tiêu thụ của các thiết bị

— tối ₫a 32 trạm trong một ₫oạn mạng RS-485IS.

— thích hợp ₫ặc biệt trong các lĩnh vực có môi trường làm việc nhiễu mạnh hoặc ₫òi hỏi phạm vi phủ mạng lớn

— Sợi thủy tinh ₫a chế ₫ộ với khoảng cách truyền tối ₫a 3km và sợi thủy tinh ₫ơn chế ₫ộ với khoảng cách truyền

2-có thể trên 15km.

— Sợi chất dẻo với chiều dài tối ₫a 80m và sợi HCS với

chiều dài tối ₫a 500m

Cấu hình FMS tiêu biểu

Cấu hình DP tiêu biểu

Cấu hình PA tiêu biểu

Cấu hình mạng cáp ₫iện tiêu biểu

5 Truy nhập bus (lớp 2)

PLC

PROFIBUS

C¸c tr¹m tÝch cùc, Master Vßng token logic gi÷a c¸c thiÕt bÞ Master

PC

PLC

M

6 Dịch vụ truyền dữ liệu (lớp 2)

— SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệu

— CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply): Gửi và

yêu cầu dữ liệu tuần hoàn.

Göi vμ yªu cÇu d÷ liÖu tuÇn hoμn (CSRD)

D÷ liÖu D÷ liÖu

D÷ liÖu

Tr¹m n

Tr¹m n+1 D÷ liÖu

7 Cấu trúc bức ₫iện (lớp 2)

ƒ Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, không mang dữ liệu:

ƒ Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, mang 8 byte dữ liệu:

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

ED FCS

DU FC

SA DA

SD2 LEr

LE SD2

ED FCS

FC SA

DA SD1

ED FCS

DU FC

SA DA

SD3

SA DA

SD4

Byte kiểm soát lỗi, HD = 4 Frame Check Sequence

DA

Chiều dài thông tin nhắc lại vì lý do

an toàn

Length repeated LEr

Chiều dài thông tin (4-249 byte) Length

LE

Byte khởi ₫ầu, phân biệt giữa các loại khung SD1 = 10H, SD2=68H, SD3 = A2H, SD4=DCH

Start Delimiter

SD1

SD4

Ý nghĩa Tên ₫ầy ₫ủ

Ký hiệu

8 Profibus-DP

năng thời gian thực trong trao ₫ổi dữ liệu dưới

cấp trường (ví dụ giữa PLC, PC với DIO, thiết bị

₫o, biến tần, )

cơ chế chủ/tớ

vụ tham số hóa, vận hành và chẩn ₫oán các thiết

bị trường thông minh

Ba phiên bản DP

— Trao ₫ổi dữ liệu tuần hoàn

— Chẩn ₫oán trạm, module và kênh

— Hỗ trợ ₫ặt cấu hình với tập tin GSD.

— Trao ₫ổi dữ liệu không tuần hoàn giữa PC hoặc PLC với các trạm tớ

— Tích hợp khả năng cấu hình với EDD (Electronic Device

Description ) và FDT (Field Device Tool)

— Các khối chức năng theo chuẩn IEC 61131-3

— Giao tiếp an toàn (PROFIsafe)

— Hỗ trợ cảnh báo và báo ₫ộng.

ƒ Phiên bản DP-V2 mở rộng DP-V1 với các chức

năng:

— Trao ₫ổi dữ liệu giữa các trạm tới theo cơ chế chào

hàng/₫ặt hàng (publisher/subscriber)

— Chế ₫ộ giao tiếp ₫ẳng thời (isochronous mode)

— Đồng bộ hóa ₫ồng hồ và ₫óng dấu thời gian (time

synchronisation, time stamping)

— Hỗ trợ giao tiếp qua giao thức HART

— Truyền nạp các vùng nhớ lên và xuống

— Khả năng dự phòng.

Cấu hình hệ thống và kiểu thiết bị

truyền ₫ộng, HMI, van, cảm biến, các bộ ₫iều

khiển phân tán Một PLC cũng có thể ₫óng vai trò

Đặc tính vận hành hệ thống

chủ và trạm tớ, chỉ có thể chẩn ₫oán và tham sốhóa

trạm tớ và giữ các ₫ầu ra ở giá trị an toàn

vào và ₫ầu ra tuần hoàn với các trạm tớ Trạm

chủ cũng thường xuyên gửi thông tin trạng thái của nó tới các trạm tớ sử dụng lệnh gửi ₫ồng loạt vào các khoảng thời gian ₫ặt trước

Trao ₫ổi dữ liệu tuần hoàn

D÷ liÖu ®Çu ra Slave 1

D÷ liÖu ®Çu vμo

D÷ liÖu ®Çu ra Slave 2

D÷ liÖu ®Çu vμo

D÷ liÖu ®Çu ra Slave n

D÷ liÖu ®Çu vμo

Đồng bộ hóa dữ liệu vào/ra

cho bài toán ₫iều khiển

— Lệnh SYNC: Đưa một nhóm trạm tớ về chế ₫ộ ₫ồng bộ

hóa ₫ầu ra.

— Lệnh UNSYNC sẽ ₫ưa các trạm tớ về chế ₫ộ bình thường (₫ưa ₫ầu ra tức thì).

— Lệnh FREEZE: Đưa một nhóm các trạm tớ về chế ₫ộ

₫ồng bộ hóa ₫ầu vào

— Lệnh UNFREEZE sẽ ₫ưa các trạm tớ về chế ₫ộ bình

Chẩn ₫oán hệ thống

ƒ Chẩn ₫oán trạm: Các thông báo liên quan tới trạng thái

hoạt ₫ộng chung của cả trạm, ví dụ tình trạng quá nhiệt

hoặc sụt áp

ƒ Chẩn ₫oán module: Các thông báo này chỉ thị lỗi nằm ở một

khoảng vào/ra nào ₫ó của một module

ƒ Chẩn ₫oán kênh: Trường hợp này, nguyên nhân của lỗi

nằm ở một bit vào/ra (một kênh vào/ra) riêng biệt.

ƒ Phiên bản DP-V1 còn mở rộng thêm hai loại thông báo:

— Thông báo cảnh báo/báo ₫ộng liên quan tới các biến quá trình, trạng thái cập nhật dữ liệu và các sự kiện tháo/lắp module

thiết bị.

— Thông báo trạng thái phục vụ mục ₫ích bảo trì phòng ngừa,

₫ánh giá thống kê số liệu,

Giao tiếp giữa các trạm tớ (DXB)

DP Master Cấp 1

DP Master Cấp 1

Chế ₫ộ ₫ẳng thời

(isochronous mode)

chuyển ₫ộng

chính xác (₫ộ rung, jitter) tới microgiây

PC (DP-Master)