Tiểu luận Kiến trúc máy tính và mạng truyền thông công nghiệp: Đề tài PROFIBUS

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ-ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI KHOA CƠ HỌC KỸ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA BÀI TIỂU LUẬN Kiến trúc máy tính mạng truyền thơng cơng nghiệp Giảng viên : Đặng Anh Việt Đề tài : PROFIBUS Nhóm thực : Lê Hữu Hải 17020280 Hà Nội, tháng 05 năm 2020 LỜI MỞ ĐẦU - Công nghệ thông tin thúc đẩy công nghệ tự động hố phát triển Nó làm thay đổi cấp,cấu trúc q trình lĩnh vực tự động hố ngày có ảnh hưởng đến tất lĩnhvực cơng nghiệp từ điều khiển q trình, tự động hóa xí nghiệp, tự động hóa tồ nhà đến điều khiển giao thông Khả truyền thông thiết bị đường truyền thông tin suốt,liên tục thành phần thiếu khái niệm tự động hố tương lai Sự truyền thơng tăng khơng chiều ngang cấp trường mà theo chiều dọc qua tất cấp.Hệ thống truyền thơng cơng nghiệp có nhiều dạng Ethernet, PROFIBUS ASI điềukiện lý tưởng cho việc nối mạng tất lĩnh vực trình sản xuất theo trường hợp ứng dụng giá - Cuộc cách mạng công nghệ thông tin công nghệ tự động hoá mở động lực tối ưu hố việc xử lý đóng vai trò để sử dụng tốt nguồn tài nguyên Hệ thống truyền thơng cơng nghiệp đảm nhận vai trị quan trọng Trong tiểu luận PROFIBUS mô tả liên kết trung tâm cho dòng chảy thơng tin tự động hố I Cơng nghệ PROFIBUS PROFIBUS Bus trường chuẩn mở rộng, không phụ thuộc vào nhà sản xuất dùng cho ứng dụng tự động hoá sản xuất xử lý Sự độc lập tính mở rộng đảm bảo theo tiêu chuẩn quốc tế EN 50170 EN 50254 PROFIBUS cho phép truyền thông thiết bị nhà sản xuất khác khơng địi hỏi giao tiếp đặc biệt PROFIBUS sử dụng cho ứng dụng nhanh theo chu kỳ mà cho nhiệm vụ tryền thông đặc biệt Nhờ phát triển kỹ thuật liên tục mà PROFIBUS hệ thống truyền thông công nghiệp tương lai PROFIBUS ETHERNET PROFIBUS Bus trường chuẩn mở rộng, không phụ thuộc vào nhà sản xuất dùng cho ứng dụng tự động hoá sản xuất xử lý Sự độc lập tính mở rộng đảm bảo theo tiêu chuẩn quốc tế EN 50170 EN 50254 PROFIBUS cho phép truyền thông thiết bị nhà sản xuất khác khơng địi hỏi giao tiếp đặc biệt PROFIBUS sử dụng cho ứng dụng nhanh theo chu kỳ mà cho nhiệm vụ truyền thông đặc biệt Nhờ phát triển kỹ thuật liên tục mà PROFIBUS hệ thống truyền thông công nghiệp tương lai PROFIBUS có phương thức truyền thơng chia theo dạng truyền thông (Communication Profiles): DP FMS Tùy thuộc vào ứng dụng sử dụng kỹ thuật truyền RS 485, IEC 1158-2 cáp quang Trong tài liệu kỹ thuật nâng cao, tổ chức sử dụng PROFIBUS thực thi khái niệm chung cho tích hợp dựa sở TCP/IP Dạng ứng dụng (Application profiles): qui định phương thức công nghệ truyền tùy chọn cần thiết theo vùng ứng dụng cho loại thiết bị Các profiles qui định đặc tính thiết bị mở rộng nhà sản xuất Dạng truyền thông (Communication profiles) PROFIBUS communication Profiles qui định trạm tuyền liệu nối tiếp qua môi trường truyền chung  DP DP dạng truyền thơng sử dụng nhiều Nó tối ưu hoá tốc độ truyền, hiệu chi phí kết nối thiết kế đặc biệt cho truyền thông hệ thống tự động ngoại vi phân tán DP, thay phù hợp cho truyền tín hiệu song song 24V thơng thường tự động hố sản xuất truyền tín hiệu Analog 20mA Hart tự động hoá xử lý  FMS Đây dạng truyền thông đa cho công việc truyền thông theo yêu cầu FMS mang lại chức truyền thông đại cho truyền thông thiết bị thông minh (Intelligent Device) Tuy nhiên, phát triển kỹ thuật PROFIBUS việc sử dụng TCP/IP cấp Cell mà FMS ngày chiếm vai trị quan trọng tương lai Hì nh 3: Tổng quan cơng nghệ PROFIBUS Kỹ thuật truyền Vùng ứng dụng hệ thống Bus trường chủ yếu xác định lựa chọn kỹ thuật truyền có Cũng yêu cầu chung dựa hệ thống Bus độ tin cậy, khoảng cách lớn tốc độ truyền cao Trong tự động hoá xử lý yêu cầu khác phải thoả mãn hoạt động vùng nguy hiểm, truyền liệu lượng cáp Bởi chưa thể thoả mãn tất các yêu cầu kỹ thuật truyền chung nên có phương pháp truyền (Physical profiles) cho PROFIBUS là:  RS 485 dùng cho ứng dụng vạn  IEC 1158-2 dùng tự động hố q trình  Cáp quang dùng chống nhiễu mạng có khoảng cách truyền lớn Trong tài liệu kỹ thuật nâng cao, có khuynh hướng dùng thành phần Ethernet thương mại với 10Mbit/s 100Mbit/s cấp vật lý cho PROFIBUS Các nối (Coupler) Link dùng cho việc chuyển đổi kỹ thuật truyền khác Các Coupler Ứng dụng PROFIBUS Application Profiles mô tả tác động qua lại phương thức truyền thông với kỹ thuật truyền sử dụng Chúng qui định đặc tính thiết bị trường suốt q trình truyền thơng qua PROFIBUS Qui định ứng dụng quan trọng PROFIBUS qui định (Profiles) PA, qui định thông số khối chức thiết bị tự động hố q trình chuyển đổi đo, van, định vị Cao điều khiển tốc độ, HMI mã hố (Encoder) qui định đặc tính thiết bị mở rộng nhà sản xuất III CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN PROFIBUS qui định đặc tính hệ thống Bus trường nối tiếp, với qui định điều khiển lập trình số đặt phân tán nối mạng, từ cấp field tới cấp Cell PROFIBUS hệ thống Multi-Master cho phép kết hợp nhiều hệ thống tự động hoá, hệ thống công nghệ hệ thống điều khiển với thiết bị ngoại vi phân tán chúng vào Bus Profibus có hai loại thiết bị sau: Master xác định việc truyền liệu BUS Một Master phép gửi thông báo mà không cần yêu cầu từ bên ngồi, giữ quyền truy cập BUS (giữ TOKEN) Các Master gọi trạm tích cực Slave thiết bị ngoại vi I/O, van, truyền động biến đổi đo lường Chúng khơng có quyền truy cập BUS, có nghĩa phép nhận thông báo gửi thông báo tới Master có yêu cầu Slave gọi trạm thụ động Các slave cần sử dụng giao thức BUS, trang bị chúng đơn giản, kinh tế Cấu trúc giao thức (Protocol architecture) PROFIBUS dựa tiêu chuẩn quốc tế công nhận Cấu trúc giao thức theo chuẩn OSI (Open System Interconnection), tương xứng với tiêu chuẩn quốc tế ISO 7498 Theo lớp truyền thực nhiệm vụ định Lớp (Physical Layer) xác định đặc điểm truyền vật lý Lớp (Date Link Layer) xác định phương thức truy cập BUS, Lớp xác định chức ứng dụng Cấu trúc giao thức PROFIBUS mơ tả hình Hình 4: Cấu trúc giao thức (Protocol architecture) DP giao thức truyền thông hiệu quả, sử dụng cho lớp lớp giao tiếp ứng dụng Lớp đến lớp không sử dụng Qua cấu trúc đảm bảo việc truyền liệu nhanh hiệu Bản đồ liên kết liệu trực tiếp (Direct Data Link Mapper, DDLM) cung cấp giao tiếp ứng dụng dễ dàng truy cập đến lớp Trong giao tiếp ứng dụng xác định chức ứng dụng cho người dùng, đặc tính hệ thống, đặc tính thiết bị loại DP khác FMS phương thức truyền thông vạn năng, sử dụng cho lớp 1, Lớp ứng dụng bao gồm Fieldbus Message Specification (FMS) Lower Layer Interface (LLI) FMS xác định lượng lớn dịch vụ truyền thông mạnh cho truyền thông Master - Master, Master - Slave LLI xác định dịch vụ FMS phương thức truyền liệu lớp 2 Kỹ thuật truyền RS - 485 Kỹ thuật truyền RS - 485 thường sử dụng PROFIBUS Nó sử dụng tất lĩnh vực ứng dụng mà yêu cầu tốc độ truyền cao, lắp đặt đơn giản, rẻ tiền Nó sử dụng cáp đơi dây xoắn Kỹ thuật truyền RS - 485 dễ dàng sử dụng Sự lắp đặt cáp đơi dây xoắn khơng địi hỏi kiến thức cao Cấu trúc BUS cho phép thêm vào tháo bớt trạm vận hành hệ thống bước Sự mở rộng sau không làm ảnh hưởng đến trạm hoạt động Tốc độ truyền chọn vùng 9,6Kbit/s đế 12Mbit/s Khi hệ thống hoạt động chọn tốc độ truyền cho tất thiết bị BUS Hướng dẫn lắp đặt RS - 485 Tất thiết bị kết nối cấu trúc BUS (Line) Trong phân đoạn BUS kết nối tối đa 32 trạm (Master Slave) Bus khống chế việc kích hoạt điện trở đầu cuối, điểm bắt đầu cuối công đoạn (xem hình trang bên) Để đảm bảo hoạt động không xảy lỗi, hai điện trở đầu cuối phải luôn cấp nguồn Điện trở đầu cuối thường tác động thiết bị đầu nối Trong trường hợp có 32 trạm để mở rộng vùng network, repeater phải sử dụng để kết nối phân đoạn riêng lẻ Chiều dài cáp tối đa phụ thuộc vào tốc độ truyền, xem bảng Các thông số kỹ thuật chiều dài cáp bảng dựa cáp loại A với thông số sau:  Trở kháng : 135 đến 165 Ω  Công suất : < 30pf/m  Trở kháng vòng : 110 Ω/km  Wire gauge : 0,64 mm  Tiết diện : > 0,34 mm2 Không nên sử dụng cáp dạng P Mạng PROFIBUS dùng kỹ thuật truyền RS 485 thường sử dụng đầu nối chân, cấp bảo vệ IP 20 Sơ đồ chân nối dây cho hình Ba dạng kết nối khác thực cho RS 485 có cấp bảo vệ IP 65/67 là:  Đầu nối M12 dạng tròn theo IEC 947-5-2  Đầu nối HAN – BRID theo DESINA  Đầu nối Hibrid Siemens Đầu nối HAN -BRID dùng cho truyền liệu qua cáp quang điện áp nguồn 24 v cho ngoại vi qua cáp đồng  Đầu nối M12 cho RS 485 -cấp bảo vệ IP 65/67 sơ đồ chân: 1: VP, 2: RxD/TxD-N, 3:DGND, 4: RxD/TxD, 5: vỏ bọc  Đầu nối Han-Brid kiểu Cu-Fo Dùng để truyền liệu qua cáp quang điện áp 24V cung cấp cho ngoại vi Đầu nối có kiểu Cu-Cu  Đầu nối Siemens-Hybrid, truyền điện áp cung cấp 24 V liệu PROFIBUS qua cáp đồng cho thiết bị với cấp bảo vệ IP 65 Cáp PROFIBUS nhiều hãng sản xuất Một ưu điểm đặc biệt hệ thống kết nối nhanh, nhờ cáp đặc biệt cầu nối đặc biệt làm cho việc nối dây đơn giản, nhanh chóng tin cậy Khi kết nối tới trạm đảm bảo đường liệu không bị đảo ngược Việc sử dụng đường dây liệu có bọc hồn tồn cần thiết để hệ thống có khả tránh ảnh hưởng từ trường Vỏ bọc dây dẫn cần phải nối vối PE phía Ngồi đường dây liệu phải đặt cách cáp dẫn điện áp cao Khi tốc độ truyền >= 1,5 Mbit/s không sử dụng đường nhánh cụt Hiện có đầu nối dạng cắm có khả kết nối trực tiếp cáp liệu vào cáp liệu Qua loại trừ sử dụng đường nhánh cụt đầu nối BUS cắm vào tháo khỏi BUS thời gian mà không làm ảnh hưởng đế truyền liệu Khi có vấn đề xảy mạng PROFIBUS 90% trường hợp nối dây lắp đặt sai Các vấn đề giải thiết bị BUS - tester, phát nhiều lỗi nối dây điển hình trước hoạt động Các địa nhà cung cấp thiết bị hư: Các đầu nối, cáp, lặp, BUS tester lấy từ catalog sản phẩm PROFIBUS Kỹ thuật truyền IEC 1158 - Sự truyền đồng theo qui định IEC 1158-2 với tốc độ truyền từ 31,25 kbit/s, sử dụng tự động hố q trình Nó thoả mãn u cầu quan trọng cơng nghiệp hố chất, hố dầu nơi có địi hỏi an tồn cháy nổ nguồn cung cấp, sử dụng cáp đơi dây xoắn Do PROFIBUS sử dụng môi trường nguy hiểm Khả giới hạn PROFIBUS với kỹ thuật truyền IEC 1158 - cho thiết bị vùng cháy nổ qui định qua mơ hình FISCO (Fieldbus Intrinically Safe Concept) Mơ hình viện vật lý Liên Bang Đức (PTP) phát triển Ngày quốc tế công nhận rộng rãi mơ hình sở cho hệ thống BUS trường làm việc môi trường nguy hiểm Sự truyền theo IEC 11582 FISCO dựa nguyên tắc sau:  Khi trạm gửi liệu khơng cấp nguồn cho BUS  Một đoạn mạng phép có nguồn cung cấp  Trong trạng thái bình thường, thiết bị trường tiêu thụ dịng điện khơng đổi Các thiết bị trường tiêu thụ dòng thụ động  Mỗi đầu cuối đường dây BUS kết thúc điện trở Nó nối vào mạng theo hình đường thẳng, hình Trong trạng thái bình thường trạm tiêu thụ dòng điện nhỏ 10 mA Dòng cung cấp cho thiết bị trường qua nguồn BUS Các tín hiệu trưyền thơng tạo từ thiết bị gửi qua điều chế +/-9mA đến dòng điện 10 mở rộng cho chức truyền thông đối tượng quản lý mạng Hình 14 cho biết tổng quan dịch vụ FMS có Các dịch vụ xác nhận (Comfirmed services) sử dụng cho quan hệ truyền thông hướng kết nối (connection-oriented) Hình 15 cho biết việc xử lý dịch vụ Các dịch vụ không xác nhận sử dụng cho quan hệ truyền thơng khơng kết nối (Broadcast Multicast) Chúng truyền với cấp ưu tiên cao thấp Các dịch vụ truyền thông FMS chia nhóm sau:  Context Management dịch vụ cho thiết lập hủy bỏ kết nối Logic  Variable access dịch vụ sử dụng cho truy cập biến đơn giản, record, Arrays liệt kê biến  Domain Management dịch vụ sử dụng cho truyền vùng nhớ lớn Dữ liệu phải chia nhiều đoạn người dùng  Program Invocation Management dịch vụ sử dụng cho điều khiển chương trình  Event Management dịch vụ sử dụng cho truyền thơng báo Alarm Các thơng b gửi Broadcast hay Multicast  VFD Support dịch vụ nhận dạng luân chuyển trạng tháI Nó gửi có yêu cầu thiết bị Multicast Broadcast  OD Management dịch vụ sử dụng cho truy cập đọc ghi tới danh mục đối tượng 28 Hình 14: Tổng quan dịch vụ FMS Giao tiếp cấp thấp (Lower Layer Interface) Bản đồ lớp tới thuộc LLI Các nhiệm vụ bao gồm điều khiển dịng thơng tin giám sát kết nối Người dùng giao tiếp với trình khác nhờ kênh logic gọi liên hệ truyền thông (communication Relationship) LLI cung cấp nhiều khả kết nối khác (ví dụ giám sát, truyền yêu cầu đối tác truyền thông) 29 Các liên hệ truyền thông hướng kết nối thể kết nối ngang hàng (peer to peer) trình ứng dụng Trước kết nối sử dụng cho truyền liệu, phải thiết lập dịch vụ khởi tạo (initiateServece) Sau thiết iập kết nối thành công, việc kết nối bảo vệ chống lại truy cập khơng có quyền sẵn sàng cho truyền liệu Khi kết nối thiết lập khơng cịn cần đến ngắt Abort Service LLI cho phép giám sát kết nối thời gian cho liên hệ truyền thơng hướng kết nối Hình 15: Trình tự thực dịch vụ FMS Các thuộc tính kết nối “mở”(Open) “định nghĩa” (defined) đặc tính khác hệ truyền thơng hướng kết nối 30 Trong kết nối định nghĩa (defined connections), đối tác truyền thông xác định cấu hình Trong kết nối mở (open connections) đối tác truyền thông xác định pha thiết lập kết nối (connection establishment phase) Các quan hệ truyền thông không kết nối cho phép thiết bị giao tiếp đồng thời với nhiều trạm sử dụng dịch vụ không xác nhận (Unconfirm services) Trong quan hệ truyền thông Broadcast dịch vụ không xác nhận FMS gửi đồng thời tới tất trạm khác Trong quan hệ truyền thông Multicast dịch vụ không xác nhận FMS gửi đồng thời tới nhóm trạm định nghĩa trước Tất quan hệ truyền thông thiết bị FMS nhập danh sách tham chiếu truyền thông (Communication Reference List: CRL) Danh sách nhà sản xuất định nghĩa trước cho thiết bị đơn giản (simple devices) Trong trường hợp thiết bị phức tạp (complex devices) người dùng thết lậpCRL Mỗi quan hệ truyền thông đặt địa ký hiệu ngắn cục tham chiếu truyền thơng (communication reference)(CREF) Theo quan điểm Bus, CREF xác định địa trạm, dịch vụ điểm truy cập lớp dịch vụ truy cập LLI CRL chứa đặt CREF lớp địa LLI Ngoài CRL xác định dịch vụ FMS cho CREF ví dụ chiều dài điện Quản lý mạng Ngoài dịch vụ FMS cịn có chức quản lý mạng (Fieldbus Management layer = FMA7) Các chức FMA7 tùy chọn cho phép cấu hình trung tâm Chúng khởi tạo chỗ hay từ xa Context Management sử dụng để thiết lập hay hủy bỏ kết nối FMA7 Configuration Management sử dụng để truy cập CRL, biến, statics counter thông số lớp 1,2 Nó sử dụng để nhận dạng kiểm tra trạm Bus Fault Management sử dụng để lỗi/sự cố Reset thiết bị Sự truy cập đồng thiết bị cấu hình có việc xác định quản lý kết nối mặc định (default management connection) Một quản lý kết 31 nối mặc định phải nhập vào CRL với CREF=1 cho thiết bị hỗ trợ dịch vụ FMA7 VI CÁC TIÊU CHUẨN ỨNG DỤNG Các tiêu chuẩn ứng dụng PROFIBUS mô tả việc sử dụng truyền thông PROFIBUS tiêu chuẩn vật lý cho phạm vi ứng dụng định (tự động hố q trình, tự động hố tồ nhà) cho dạng thiết bị định (bộ mã hoá: encoder, truyền động: drives) Tự động hố q trình (PA: Process Automation) Việc sử dụng thiết bị PROFIBUS điển hình ứng dụng tự động hố q trình định nghĩa tiêu chuẩn PA Các tiêu chuẩn lấy từ Tổ chức người dùng PROFIBUS (PROFIBUS User Organization) đơn đặt hàng có mã số 3.204 Nó dựa tiêu chuẩn truyền thơng DP tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng mà sử dụng kỹ thuật truyền: IEC 1158-2, RS 485 cáp quang Các tiêu chuẩn PA định nghĩa thông số đặc tính thiết bị trường điển hình (các chuyển đổi đo van) không phụ thuộc vào nhà sản xuất, thiết bị hãng khác sử dụng chung với Sự mơ tả chức đặc tính thiết bị dự kiểu khối chức quốc tế công nhận Với qui định khả tiêu chuẩn ứng dụng PA, làm cho PROFIBUS thay phù hợp cho truyền tín hiệu Analog 20mA Hart Hình 14: Cấu hình điển hình tự động hố q trình 32 PROFIBUS cho phép đo lường điều khiền, đIều chỉnh qui trình cơng nghệ theo vịng kín qua việc sử dụng cáp đơi dây xoắn PROFIBUS cho phép bảo trì tháo -lắp thiết bị q trình hoạt động, chí vùng nguy hiểm Các tiêu chuẩn PROFIBUS PA phát triển với hợp tác chặt chẽ với người sử dụng công nghiệp chế biến (NAMUR) đáp ứng yêu cầu đặc biệt lĩnh vực là:  Các tiêu chuẩn ứng dụng chuẩn hố cho tự động hố q trình dùng lẫn thiết bị trường từ nhà sản xuất khác  Thêm vào tháo bớt trạm chí vùng nguy hiểm mà không làm ảnh hưởng tới trạm khác  Bus cho chuyển đổi đo sử dụng cáp đôI dây xoắn theo tiêu chuẩn IEC 1158-2  Có thể sử dụng vùng dễ cháy nổ với dạng bảo vệ “instrincally safe” (Eex ia/ib) “ encapsulation” (EE xd) 1.1 Các phương diện truyền thông Sử dụng PROFIBUS hệ thống tiết kệm tới 40% chi phí việc lập kế hoạch, nối dây, cài đặt, bảo trì làm tăng đáng kể tính an tồn Hình 17 cho biết khác hệ thống nối dây thông thường đến 20mA hệ thống dùng PROFIBUS 33 Hình 17: So sánh nối dây thông thường PROFIBUS Các thiết bị vùng nguy hiểm kết nối qua PROFIBUS kỹ thuật truyền IEC 1158-2 Kỹ thụât truyền IEC 1158-2 cho phép truyền liệu nguồn cho thiết bị trường cáp đôi dây xoắn Khi truyền tới vùng không nguy hiểm, PROFIBUS sử dụng kỹ thuật truyền RS 485 qua couper Link Không giống kết nối thông thường đường dây riêng phải đặt cho tín hiệu từ điểm đo tới modul I/O hệ thống điều khiển (DCS) Với PROFIBUS liệu nhiều thiết bị truyền chung cáp Trong nối dây thông thường nguồn cung cấp riêng (bảo vệ chống nổ cần) phải cung cấp cho tín hiệu Coupler Link thực chức chung cho nhiều thiết bị mạng PROFIBUS Tùy thuộc vào yêu cầu chống nổ nguồn tiêu thụ thiết bị kết nối chuyển đổi đo từ cấp (EEx ia/ib) tới 32 (non-ex) với Coupler/Link Điều khơng tiết kiệm dây mà cịn tiết kiệm nối dây modul I/O DCS, chúng đựơc thay giao tiếp PROFIBUS Với PROFIBUS bỏ qua cách ly chắn nhiều chuyển đổi đo cấp nguồn từ nguồn Các giá trị đo trạng thái thiết bị trường PA truyền theo chu kỳ với cấp ưu tiên cao DCS (DPM1) chuyển đổi đo sử dụng 34 chức nhanh DP Điều bảo đảm cho giá trị đo hành trạng thái ln ln cập nhật hữu hệ thống (DPM1) Mặt khác, thông số thiết bị phục vụ cho điều khiển (visualization), bảo trì chuẩn đốn truyền DPM2 với chức DP không chu kỳ cấp ưu tiên thấp qua kết nối C2 1.2 Phương diện ứng dụng Bên cạnh định nghĩa liên quan tới truyền thơng, tiêu chuẩn PA cịn bao gồm định nghĩa ứng dụng dạng liệu, đơn vị liệu đo lường truyền giá trị trạng thái kết hợp Các tiêu chuẩn cho đơn vị, ý nghĩa thông số giới hạn phạm vi đo mức cao/thấp không phụ thuộc vào nhà sản xuất Để hỗ trợ điều khiển, mô giá trị chuyển đổi đo người sử dụng nhập vào giá trị khơng thực, sau giá trị truyền từ chuyển đổi đo tới hệ thống điều khiển xử lý thay giá trị thực đo Điều cho phép mô trạng thái cuả nhà máy hỗ trợ người lập trình trình lập trình bước cho nhà máy Hình 18: Biểu diễn tham số PROFIBUS-PA Profile Hoạt động thiết bị mô tả cách xác định biến chuẩn hố, đặc tính chuyển đổi đo mô tả chi tiết Trong hình 18 cho biết nguyên lý của chuyển đổi áp suất (pressure transmitter) mô tả với khối chức “Analog Input” 35 Các tiêu chuẩn PA bao gồm bảng liệu chung (data Sheet) chứa định nghĩa áp dụng cho tất dạng thiết bị bảng liệu chứa thông tin xác định cho dạng thiết bị Các tiêu chuẩn phù hợp với mô tả cuả thiết bị với biến đo (single variable) cho thiết bị đa chức với nhiều biến đo (multi variable) Tiêu chuẩn PA hành (version 3.0) định nghĩa bảng liệu cho tất chuyển đổi:  áp suất chênh lệch áp suất  Mức, nhiệt độ, dòng chảy  Các ngõ vào số/tương tự  Các van, định vị  Các phân tích (Analyzer) 1.3 Các khối chức PA Các tiêu chuẩn PA hỗ trợ tráo đổi khả hoạt động chung (intreoperability) thiết bị trường từ nhà sản xuất khác Các tiêu chuần PA sử dụng kiểu khối chức quốc tế công nhận để mô tả chức thông số thiết bị Các khối chức biểu diễn chức ứng dụng khác ngõ vào analog ngõ analog Ngoài khối chức ứng dụng xác định, cịn có khối chức cho đặc tính xác định thiết bị (khối vật lý: physical block khối cho chuyển đổi: transducer block) Các thông số ngõ vào ngõ khối chức kết nối thông qua bus liên kết tới ứng dụng  Physical block: Chứa thông tin chung thiết bị tên thiết bị, nhà sản xuất, phiên bản, số serial  Transducer Block: Chứa liệu ứng dụng xác định dạng thông số chuẩn  Analog input Block: Cung cấp giá trị đo từ cảm biến kèm theo trạng thái tỷ lệ  Analog output Block: Cung cấp tín hiệu ngõ với giá trị ngõ xác định hệ thống 36  Digital input (DI): Cung cấp cho hệ thống giá trị ngõ vào số  Digital output: Cung cấp tín hiệu ngõ với giá trị xác định hệ thống Một ứng dụng chứa nhiều khối chức (FB) Các khối chức tích hợp thiết bị trường nhà sản xuất truy cập qua truyền thông qua công cụ phần mềm liên quan (Engineering tool) Các ứng dụng an toàn Các tiêu chuẩn PROFISafe (số 3.092) định nghĩa cách thức kết nối thiết bị an toàn (nút dừng khẩn cấp, tia sáng, khoá chéo) với điều khiển lập trình qua PROFIBUS Điều có nghĩa ưu điểm truyền thơng bus mở với PROFIBUS sử dụng vùng đặc biệt mà hầu hết tất thiết bị nối dây thơng thường Hình 19: Với PROFISafe Profile, thiết bị an tồn truyền thông qua PROFIBUS Trong phát triển khái niệm cho việc truyền an toàn liệu qua PROFIBUS, trọng tâm khơng phải giảm chi phí nối dây mà mở rộng phạm vi ứng dụng cơng nghiệp sản xuất chế biến Do thiết bị có PROFIsafe hoạt động khơng giới hạn môi trường độc hại với thiết bị chuẩn sử dụng cáp giống PROFISafe dựa tiêu chuẩn 37 truyền thông PROFIBUS - DP họat động với RS 485, cáp quang IEC 1158-2 Cùng lúc thời gian phản ứng cực nhanh đạt nhờ DP lĩnh vực sản xuất chế biến mà không cần thêm công suất cho thiết bị trường PA PROFISafe giảI pháp phần mềm đơn kênh không cần dùng thêm cáp bus PROFISafe nhận biết tất lỗi có khả xảy biết xảy q trình truyền thơng Bus nối tiếp (sự lặp lại, mát, chèn thêm, sai trình tự, trì hỗn, giả tạo, liệu xử lý bị ngắt, đặt địa sai) định nghĩa chế an toàn cao hơn, vượt phát lỗi chuẩn chế loại trừ phương thức truy cập bus PROFIBUS Nhờ tính chọn lọc kết hợp biện pháp có đánh số liên tiếp, giám sát thời gian nhận biết nguồn-đích điều khiển CRC “SIL monitor” , PROFISafe đạt khả cố yêu cầu lên tới cấp SIL3 AK6 loại Hơn PROFISafe đánh giá cao qua báo cáo từ TUV BIA Đối với nhà sản xuất thiết bị failsafe họ có phần mềm đặc biệt trang bị cho tất định nghĩa tiêu chuẩn PROFISafe Tự động hố tồ nhà Các tiêu chuẩn (số 3.011) sở cho nhiều yêu cầu tự động hố tồ nhà Trên tảng tiêu chuẩn truyền thơng FMS định nghĩa cách thức giám sát, điều khiển, điều chỉnh, vận hành, cảnh báo hệ thống tự động hố tịa nhà Các tiêu chuẩn ứng dụng cho loại thiết bị đặc biệt Dựa sở tiêu chuẩn truyền thông DP, tiêu chuẩn ứng dụng định nghĩa cho loại thiết bị sau:  NC/RC(3.052): Qui định mô tả cách lắp ráp điều khiển robot Với trợ giúp biểu đồ trình cho thấy chuyển động chương trình khiển robot quan điểm hệ thống tự động hóa cấp cao  Encoder(3.062): Qui định mô tả kết nối tới DP encoder xoay, encoder góc, encoder tuyến tính với chuyển động quay vịng nhiều vòng Hai cấp thiết bị định nghĩa chức chức phụ tỉ lệ, xử lý cảnh báo chẩn đoán 38  Các điều khiển tốc độ (3.072): Qui định xác định cách thức điều khiển cài đặt thông số, điểm đặt trước giá trị thực truyền, điều cho phép hoạt động phối hợp điều khiển hãng khác Qui dịnh bao gồm tiêu chuẩn kỹ thuật cho điều khiển tốc độ kiểu định vị Nó xác định chức điều khiển cho phép mở rộng ứng dụng xác định nâng cấp  Giao tiếp HMI (3.082): Qui định dùng cho giao tiếp người- máy(HMI), xác định việc kết nối thiết bị quan sát OP (Operator Panel) qua DP tới PLC Qui định sử dụng chức DP mở rộng dùng cho truyền thông VII KỸ THUẬT THIẾT BỊ Các thiết bị PROFIBUS có đặc tính cơng suất khác Các đặc điểm khác tính (ví dụ số lượng tín hiệu I/O, thơng báo chuẩn đốn) thông số bus tốc độ truyền giám sát thời gian Các thông số thay đổi theo dạng thiết bị nhà sản xuất, thường cho sổ tay kỹ thuật Để đạt cấu hình Plug - and - Play cho PROFIBUS bảng liệu thiết bị (các tập tin đIửn tử GSD) định nghĩa cho đặc điểm truyền thơng Các cơng cụ cấu hình mạnh có sẵn để cấu hình cho mạng PROFIBUS dựa vào tập tin GSD cho phép dễ dàng cấu hình mạng PROFIBUS với thiết bị từ nhà sản xuất khác VIII Ưu nhược điểm Ưu điểm: - Được sử dụng rộng rãi, hoạt động ổn định, đơn giản, đáng tín cậy dễ mở rộng hệ thống Hỗ trợ mạng cấp độ thiết bị, điều khiển q trình Sẵn có giao diện cho ứng dụng variable speed drive trung tâm điều khiển động (Profibus DP) Sử dụng mơi trường an tồn (Intrinsically Safe) (đối với thiết bị Profibus PA) Các cổng nối (gateway) cho phép tích hợp Profibus PA trực tiếp với mạng Profibus DP 39 - Giao diện chủ (host) sẵn có cho hầu hết PLC, DCS hệ thống máy tính Thiết bị gateway hỗ trợ trực tiếp mạng bus sensor chi phí thấp hơn, đặc biệt AS-Interface Dù có nhiều ưu điểm song PROFIBUS tồn nhược điểm: - Profibus DP không hỗ trợ ứng dụng Intrinsically Safe Những yêu cầu buộc hệ thống dây cáp, điện, tiếp đất, bọc đầu cuối phải tính đến q trình thiết kế lắp đặt IX Ứng dụng Do có nhiều ưu điểm nên nay, PROFIBUS sử dụng nhiều hệ thống điều khiển tự động công nghiệp, đặc biệt PROFIBUS DP sử dụng nhà máy công nghiệp xi măng, điện, hóa chất, chế biến, v.v Việt Nam giới Một số ứng dụng tiêu biểu sử dụng mạng PROFIBUS giới: Nhà máy đóng chai Coca-Cola HM Interdrink (Đức) Yêu cầu HM Interdrink cần dây chuyền sản xuất có suất cao, hoạt động tin cậy hiệu kinh tế Do họ định sử dụng PROFIBUSDP cho q trình lưu thơng liệu chu kỳ nhanh PROFIBUS-FMS cho lưu thông liệu không đồng với lượng liệu lớn Hai giao thức sử dụng cho mức điều khiển khác dây chuyền sản xuất Nhà máy pha chế dầu khí Shell (Đức) Deutsche Shell AG định áp dụng giải pháp tự động hóa tiên tiến dựa cơng nghệ giao tiếp phân tán đại Phịng điều khiển trung tâm sử dụng phần mềm Total Plant Batch hệ thống thị giác Honeywell SCAN 3000 Những thiết bị nối với Simantic S5 PLC sử dụng Ethernet công nghiệp Công cụ Commuwin Endres and Hauser nối trực tiếp với PROFIBUS sử dụng để cấu hình truyền tín hiệu E&H Xét tổng thể, toàn nhà máy gồm 9000 thiết bị cảm biến từ nhà sản xuất Toàn chúng nối thông với PROFIBUS-DP, PA AS-Interface 40 Nhà máy đóng chai rượu Jonny Walker (Scotland) Nhà máy đóng chai rượu Jonny Walker cơng ty Scomagg nâng cấp thiết bị dựa PROFIBUS giúp điều khiển nhà máy lọc thô Trong nhà máy này, hỗn hợp rượu uýt-ki vận chuyển đường ống tới bể chứa pha màu Tại đây, làm lạnh, lọc đun nóng Cuối hỗn hợp chuyển tới 40 bể chứa đóng chai khác đặt cách 500m Những I/O truyền thống gồm 18 cảm biến nhiệt độ, 18 van điều khiển nhiệt độ, chuyển mạch áp suất, lưu lượng kế, van điều khiển lưu lượng đếm xung Còn mạng PROFIBUS nối 62 bể chứa, gồm 292 van điều khiển, 19 thước đo mức, 102 chuyển mạch mức, chuyển mạch áp suất, SIL, 15 MCC I/F, 22 nút 44 đèn Tổng diện tích nối mạng gần km tốc độ truyền liệu 500 kB/s Tồn mạng có 72 nút đoạn PROFIBUS gồm có 900 đầu vào 500 đầu Nhà máy sản xuất kem Tai Chang Wall (Trung Quốc) Ban lãnh đạo nhà máy định sử dụng SIMATIC PCS làm hệ điều khiển trung tâm Nhằm tiết kiệm công sức lắp đặt thời gian đưa nhà máy vào hoạt động, PROFIBUS sử dụng để nối thông thiết bị trường với hệ điều khiển trung tâm Toàn chuyền sản xuất nhân viên ngồi phòng điều khiển trung tâm giám sát vận hành Hai PLC TI505 làm nhiệm vụ điều khiển thời gian thực toàn chuyền sản xuất Ngồi ra, hai PLC cịn làm chức trạm chủ PROFIBUS-DP Fieldbus thực thi nhiệm vụ liên lạc bao gồm cấu hình, giám sát điều khiển PFOFIBUS truyền tải tồn thông tin từ thiết bị trường đặt phân tán nhiều điềm nhà máy tới điều khiển trung tâm Nhiều đường ống van sử dụng để trộn loại nguyên liệu làm kem Van điều khiển môđun điều khiển van sàn máy (những môđun Festo) Những môđun điều khiển có hỗ trợ giao thức PROFIBUS-DP nối với bus PROFIBUS-DP trạm tớ Thơng qua PROFIBUS-DP, điều khiển trung tâm điều khiển giám sát trực tiếp toàn van X Lời kết Trên số kiến thức giao thức truyền thông PROFIBUS Hi vọng với thơng tin giúp ích cho cơng việc việc nghiên cứu, học tập bạn 41 Cảm ơn bạn đọc, tìm hiểu tài liệu này! 42 ... nguồn tài nguyên Hệ thống truyền thông công nghiệp đảm nhận vai trò quan trọng Trong tiểu luận PROFIBUS mô tả liên kết trung tâm cho dịng chảy thơng tin tự động hố I Công nghệ PROFIBUS PROFIBUS... thuật liên tục mà PROFIBUS cịn hệ thống truyền thơng cơng nghiệp tương lai PROFIBUS có phương thức truyền thông chia theo dạng truyền thông (Communication Profiles): DP FMS Tùy thuộc vào ứng dụng... vụ truyền thông mạnh cho truyền thông Master - Master, Master - Slave LLI xác định dịch vụ FMS phương thức truyền liệu lớp 2 Kỹ thuật truyền RS - 485 Kỹ thuật truyền RS - 485 thường sử dụng PROFIBUS