Tài liệu Hệ thống thông tin công nghiệp Chương 10 doc

Hệ thống
thông tin công nghiệp
4/8/2006
6.1 Profibus
2
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
6.1 Profibus
1. Giới thiệu chung
2. Kiến trúc giao thức
3. Kỹ thuật truyền dẫn
4. Truy nhập bus
5. Dịch vụ truyền dữ liệu
6. Cấu trúc bức ₫iện
7. PROFIBUS-DP
8. PROFIBUS-PA
3
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
1. Giới thiệu chung
 PROFIBUS (Process Field Bus) ₫ược phát triển tại
Đức từ năm 1987
 DIN 19245, EN 50 170, IEC 61158, IEC 61784
 PROFIBUS không chỉ dừng lại là một hệ thống
truyền thông, mà còn ₫ược coi là một công nghệ tự
₫ộng hóa.
 Một hệ thống bus trường hàng ₫ầu hiện nay,
cũng ₫ược sử dụng rất rộng rãi tại Việt Nam
 Hỗ trợ bởi PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ
năm 1995 nằm trong PROFIBUS International (PI)
với hơn 1.100 thành viên trên toàn thế giới.
4
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Ba loại giao thức
 PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification)
— Bus hệ thống hoặc bus ₫iều khiển ,
—Dịch vụ cao cấp, chủ yếu ₫ược sử dụng trong CN chế tạo
 PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral)
— 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
 PROFIBUS-PA
—Mở rộng PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực
công nghiệp chế biến(kỹ thuật truyền dẫn khác)
—Ghép nối trực tiếp với thiết bị trường
5
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Lựa chọn giao thức
6
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
2. Kiến trúc giao thức

PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
DP-Profiles PA-Profiles
C¸c chøc n¨ng DP më réng
Giao diÖn
sö dông
FMS-Profiles
C¸c chøc n¨ng DP c¬ së
Líp 7
Fieldbus Message
Specification (FMS)

Líp 3-6
Kh«ng thÓ hiÖn
Líp 2
Fieldbus Data Link (FDL)
Líp 1
RS-485/RS-485IS/C¸p quang MBP (IEC 1158-2)
7
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Các lớp dịch vụ và giao thức
 Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con
—FMS (Fieldbus Message Specification)àmột 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.
 Lớp liên kết dữ liệu FDL (Fieldbus Data Link):
—kiểm soát truy nhập bus
— cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu
 Lớp vật lý của PROFIBUS qui ₫ịnh về
—kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu,
— môi trường truyền dẫn,
—cấu trúc mạng và các giao diện cơ học.
8
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Tương thích?
 FMS và DP có thể chạy trên cùng một ₫ường
truyền (cùng cơ sở hạ tầng)
 Giữa hai mạng FMS và DP không bao giờ cần
ghép nối
 DP và PA cùng dịch vụ sử dụng (trên lớp 7), khác
nhau chủ yếu ở lớp vật lý
 Giữa DP và PA cần ghép nối
— DP/PA-Coupler (Bridge)
— DP/PA-Link (Gateway)
 PA ₫ược coi là một ₫oạn mạng của DP
9
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
3. Kỹ thuật truyền dẫn (lớp 1)
Truyền dẫn với RS-485:
 Tốc ₫ộ truyền thông từ 9,6 kbit/s ₫ến 12 MBit/s
 Cấu trúc ₫ường thẳng kiểu ₫ường trục/₫ường
nhánh (trunk-line/drop-line) hoặc daisy-chain,
 Tốc ₫ộ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lên yêu cầu cấu
trúc daisy-chain.
 Cáp truyền ₫ược sử dụng là ₫ôi dây xoắn có bảo
vệ (STP). Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A.
 Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với
các ₫iện trở lần lượt là 390Ω-220Ω-390Ω.
10
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
 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.
 Số lượng tối ₫a các trạm trong mỗi ₫oạn mạng là
32.
 Có thể dùng tối ₫a 9 bộ lặp tức 10 ₫oạn mạng.
Tổng số trạm tối ₫a trong một mạng là 126.
 Chế ₫ộ truyền tải không ₫ồng bộ và hai chiều
không ₫ồng thời.
 Phương pháp mã hóa bit NRZ.
11
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Khoảng cách truyền
và tốc ₫ộ truyền
10020040010001200Chiều dài
(mét)
3000/6000/
12000
1500500187.59,6/19,2
45,45/93,75
Tốc độ
(kbit/s)
12
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
 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.
 Truyền dẫn với cáp quang
— 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 2-
3km và sợi thủy tinh ₫ơn chế ₫ộ với khoảng cách truyền
có thể trên 15km.
—Sợi chất dẻo với chiều dài tối ₫a 80m và sợi HCS với
chiều dài tối ₫a 500m.
13
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Cấu hình FMS tiêu biểu
14
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Cấu hình DP tiêu biểu
15
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Cấu hình PA tiêu biểu
16
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Cấu hình mạng cáp ₫iện tiêu biểu
17
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
5. Truy nhập bus (lớp 2)

PLC
PROFIBUS
C¸c tr
¹
m tÝch c
ù
c, Master
C¸c tr
¹
m th
ô
®
é
n
g
, Slave
Vßn
g
token lo
g
ic
g
i÷a c¸c thiÕt b
Þ
Master
PC
M
T
PLC
M
18
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
6. Dịch vụ truyền dữ liệu (lớp 2)
 Dịch vụ không tuần hoàn:
—SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệu
không xác nhận
—SDA (Send
Data with Acknowledge): Gửi dữ liệu với xác
nhận
— SRD (Send
and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu
dữ liệu
 Dịch vụ tuần hoàn:
— CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply): Gửi và
yêu cầu dữ liệu tuần hoàn.
19
6.1 Profibus
© 2006 - HMS

Göi d÷ liÖu kh«ng x¸c nhËn (SDN)
(broadcast)
Göi d÷ liÖu víi x¸c nhËn (SDA)
D÷ li
Ö
u
Göi vμ yªu cÇu d÷ liÖu (SRD)

X¸c nhËn
D÷ li
Ö
u
Göi vμ yªu cÇu d÷ liÖu tuÇn hoμn (CSRD)

D÷ liÖu
D÷ li
Ö
u
D÷ liÖu
D÷ li
Ö
u
D÷ liÖu
D÷ li
Ö
u
Tr¹m n
Tr¹m n+1
D÷ liÖu
D÷ li
Ö
u
Tr¹m n+2
DÞch vô kh«ng tuÇn hoμn
(TruyÒn th«ng b¸o)
DÞch vô tuÇn hoμn
20
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
7. Cấu trúc bức ₫iện (lớp 2)
 Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, không mang dữ liệu:
 Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, mang 8 byte dữ liệu:
 Khung với chiều dài thông tin khác nhau, 1-246 byte dữ liệu:
 Token:
EDFCSDUFCSADASD2LErLESD2
EDFCSFCSADASD1
EDFCSDUFCSADASD3
SADASD4
21
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Byte kết thúc, ED = 16HEnd DelimiterED
Byte kiểm soát lỗi, HD = 4Frame Check SequenceFCS
Byte ₫iều khiển khungFrame ControlFC
Khối dữ liệu sử dụngData UnitDU
Địa chỉ nguồn (trạm gửi), từ 0-126Source AddressSA
Địa chỉ ₫ích (trạm nhận), từ 0-127Destination AddressDA
Chiều dài thông tin nhắc lại vì lý do
an toàn
Length repeatedLEr
Chiều dài thông tin (4-249 byte)LengthLE
Byte khởi ₫ầu, phân biệt giữa các
loại khung SD1 = 10H, SD2=68H,
SD3 = A2H, SD4=DCH
Start DelimiterSD1
SD4
Ý nghĩaTên ₫
ầy ₫ủKý hiệu
22
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Khung UART (FMS,DP)

D·y bit truyÒn ®i
Start bit (ST)
0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 P 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
2
0
LSB
2
7
MSB
Stop bit (SP)
Parity bit (ch½n)
23
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
8. Profibus-DP
 PRFIBUS-DP ₫áp ứng các yêu cầu cao về tính
năng thời gian thực trong trao ₫ổi dữ liệu dưới
cấp trường (ví dụ giữa PLC, PC với DIO, thiết bị
₫o, biến tần, )
 Trao ₫ổi dữ liệu ở ₫ây chủ yếu là tuần hoàn theo
cơ chế chủ/tớ.
 DP còn hỗ trợ các dịch vụ không tuần hoàn, phục
vụ tham số hóa, vận hành và chẩn ₫oán các thiết
bị trường thông minh.
 Đối chiếu với mô hình OSI, PROFIBUS-DP chỉ
thực hiện các lớp 1 và 2 vì lý do hiệu suất xử lý
giao thức và tính năng thời gian.
24
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
Ba phiên bản DP
 DP-V0 qui ₫ịnh các chức năng DP cơ sở:
—Trao ₫ổi dữ liệu tuần hoàn
—Chẩn ₫oán trạm, module và kênh
—Hỗ trợ ₫ặt cấu hình với tập tin GSD.
 DP-V1 bổ sung các chức năng DP mở rộng:
—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.
25
6.1 Profibus
© 2006 - HMS
 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.