Mục lục 1 Giới Thiệu Chung 2 Kiến Thức Giao Thức 3 Kỹ Thuật Truyền Dẫn 4 Truy Nhập BUS 5 Dịch Vụ Truyền Dữ Liệu 6 Cấu Trúc Bức Điện 7 PROFIBUS DP 8 PROFIBUS PA 1 Giới Thiệu Chung Sau khi được chuẩn hó[.]
Mục lục: 1.Giới Thiệu Chung 2.Kiến Thức Giao Thức 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn 4.Truy Nhập BUS 5.Dịch Vụ Truyền Dữ Liệu 6.Cấu Trúc Bức Điện 7.PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Giới Thiệu Chung Sau chuẩn hóa quốc gia với DIN 19245, PROFIBUS trở thành chuẩn châu Âu EN 50 170 năm 1996 chuẩn quốc tế IEC 61158 vào cuối năm 1999 Bên cạnh đó, PROFIBUS cịn đưa vào chuẩn IEC 61784 – chuẩn mở rộng sở IEC 61158 cho hệ thống sản xuất công nghiệp Với đời chuẩn IEC 61158 IEC 61784 với phát triển gần Bảng 1: Cả ba giao thức FMS, DP PA có chung lớp liên kết liệu (lớp FDL) PROFIBUS-PA có giao diện sử dụng DP, nhiên tính thiết bị qui định khác nhằm phù hợp với môi trường làm việc dễ cháy nổ Kỹ thuật truyền dẫn MBP (Manchester coded, Bus Powered) theo IEC 1158-2 cũ áp dụng đảm bảo vấn đề an toàn cung cấp nguồn cho thiết bị qua dây dẫn bus Để tích hợp đoạn mạng DP PA dùng chuyển đổi (DP/PALink, DP/PACoupler) có sẵn thị trường Lớp ứng dụng FMS bao gồm hai lớp FMS (Fieldbus Message Specification) LLI (Lower Layer Interface), FMS tập chuẩn MMS (xem chi tiết chương 5) Lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng cung cấp dịch vụ truyền thơng, LLI có vai trò trung gian cho FMS kết nối với lớp mà không phụ thuộc vào thiết bị riêng biệt Lớp LLI cịn có nhiệm vụ thực chức bình thường thuộc lớp 3-6, ví dụ tạo ngắt nối, kiểm sốt lưu thơng PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP sử dụng kỹ thuật truyền dẫn phương pháp truy nhập bus, hoạt động đường truyền vật lý Lớp vật lý PROFIBUS qui định kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, mơi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng giao diện học Các kỹ thuật truyền dẫn sử dụng RS-485, RS-485-IS cáp quang (đối với DP FMS) MBP (đối với PA) RS-485-IS (IS: Intrinsically Safe) phát triển sở RS-485 để sử dụng mơi trường địi hỏi an tồn cháy nổ Lớp liên kết liệu PROFIBUS gọi FDL (Fieldbus Data Link), có chức kiểm sốt truy nhập bus, cung cấp dịch vụ (cấp thấp) cho việc trao đổi liệu cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn lớp vật lý 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn (RS-485) 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn (RS-485IS) 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn(MBP) 4.Truy Nhập BUS PROFIBUS phân biệt hai loại thiết bị trạm chủ (master) trạm tớ (slave) Các trạm chủ có khả kiểm sốt truyền thơng bus Một trạm chủ gửi thơng tin giữ quyền truy nhập bus Một trạm chủ cịn gọi trạm tích cực Các trạm tớ truy nhập bus có yêu cầu trạm chủ Một trạm tớ phải thực dịch vụ hơn, tức xử lý giao thức đơn giản so với trạm chủ, giá thành thường thấp nhiều Một trạm tớ gọi trạm thụ động Hai phương pháp truy nhập bus áp dụng độc lập kết hợp TokenPassing Master/Slave Nếu áp dụng độc lập, TokenPassing thích hợp với mạng FMS dùng ghép nối thiết bị điều khiển máy tính giám sát đẳng quyền, Master/Slave thích hợp với việc trao đổi liệu thiết bị điều khiển với thiết bị trường cấp sử dụng mạng DP PA Khi sử dụng kết hợp (Hình 4.2), nhiều trạm tích cực tham gia giữ Token Một trạm tích cực nhận Token đóng vai trị chủ để kiểm sốt việc giao tiếp với trạm tớ quản lý, tự giao tiếp với trạm tích cực khác mạng Chính nhiều trạm tích cực đóng vai trị chủ, cấu hình truy nhập bus kết hợp Token-Passing Master/Slave gọi nhiều chủ (MultiMaster) Thời gian vòng lặp tối đa để trạm tích cực lại nhận Token chỉnh tham số Khoảng thời gian sở cho việc tính tốn chu kỳ thời gian hệ thống 5.Dịch Vụ Truyền Dữ Liệu(lớp 2) Dịch vụ SDN dùng chủ yếu cho việc gửi đồng loạt (broadcast) gửi tới nhiều đích (multicast) Một trạm tích cực gửi điện đồng loạt tới tất tới số trạm khác mà khơng cần khơng thể địi hỏi xác nhận Có thể lấy vài ví dụ tiêu biểu việc tham số hóa, cài đặt khởi động chương trình nhiều trạm lúc Để thực theo chế độ này, không cần phải gửi điện tới địa mà cần gửi điện mang địa đặt trước 127 Chính vậy, trạm nhận địa từ 0126 Các dịch vụ lại phục vụ trao đổi liệu hai đối tác SDA SRD dịch vụ trao đổi liệu khơng tuần hồn cần có xác nhận, với SRD bên nhận có trách nhiệm gửi kết đáp ứng trở lại Hai dịch vụ dùng phổ biến việc trao đổi liệu trạm chủ trạm tớ Ví dụ máy tính điều khiển (trạm chủ) dùng SDA để thay đổi chế độ làm việc thiết bị trường (trạm tớ), dùng SRD để đòi thiết bị trường thông báo trạng thái làm việc Dịch vụ trao đổi liệu tuần hoàn (CSRD) qui định với mục đích hỗ trợ việc trao đổi liệu trình cấp chấp hành, module vào/ra phân tán, thiết bị cảm biến cấu chấp hành với máy tính điều khiển Dịch vụ khác với SRD chỗ cần lần yêu cầu từ lớp xuống, sau đối tác logic thuộc lớp tự động thực tuần hoàn theo chu kỳ đặt trước Một trạm chủ có trách nhiệm hỏi trạm tớ yêu cầu trao đổi liệu theo trình tự định Phương pháp gọi polling Vì thế, liệu trao đổi ln có sẵn sàng lớp 2, tạo điều kiện cho chương trình ứng dụng trao đổi liệu cấp trường cách hiệu Khi chương trình ứng dụng cần truy nhập liệu trình, cần trao đổi với thành phần thuộc lớp trạm mà chờ thực truyền thơng với trạm khác Ngồi dịch vụ trao đổi liệu, lớp PROFIBUS cung cấp dịch vụ quản trị mạng Các dịch vụ phục vụ việc đặt cấu hình, tham số hóa, đặt chế độ làm việc, đọc thơng số trạng thái làm việc trạm đưa thông báo kiện 6.Cấu Trúc Bức Điện Ký Hiệu Tên đầy đủ Ý nghĩa SD1 SD4 Start Delimiter Byte khởi ₫ầu, phân biệt loại khung SD1 = 10H, SD2=68H, SD3 = A2H, SD4=DCH LE Length Chiều dài thông tin (4-249 byte) Ler Length repeated Chiều dài thơng tin nhắc lại lý an tồn DA Destination Address Địa đích (trạm nhận), từ 0-127 SA Source Address Địa nguồn (trạm gửi), từ 0-126 DU Data Unit Khối liệu sử dụng FC Frame Control Byte ₫iều khiển khung FCS Frame Check Sequence Byte kiểm soát lỗi, HD = ED End Delimiter Byte kết thúc, ED = 16H Hình PROFIBUS-FMS -DP sử dụng phương thức truyền khơng đồng bộ, việc đồng hóa bên gửi bên nhận phải thực với ký tự Cụ thể, byte điện từ lớp chuyển xuống lớp vật lý xây dựng thành ký tự UART dài 11 bit, bit khởi đầu (Start bit), bit chẵn lẻ (parity chẵn) bit kết thúc (Stop bit) Việc thực truyền tuân thủ theo nguyên tắc sau đây: • Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu bit 1, tức mức tín hiệu thấp theo phương pháp mã hóa bit NRZ (0 ứng với mức cao) • Trước khung yêu cầu (request frame) cần thời gian rỗi tối thiểu 33 bit phục vụ mục đích đồng hóa hai bên gửi nhận • Không cho phép thời gian rỗi ký tự UART khung Với ký tự UART, bên nhận kiểm tra bit khởi đầu, bit cuối bit chẵn lẻ (parity chẵn) Với khung, bên nhận kiểm tra byte SD, DA, SA, FCS, ED, LE/LEr (nếu có) thời gian rỗi trước khung u cầu Nếu có lỗi, tồn khung phải hủy bỏ • Trong trường hợp gửi liệu với xác nhận (SDA), bên nhận dùng ký tự SC=E5H để xác nhận Ký tự SC sử dụng để trả lời yêu cầu liệu (SRD) trường hợp bên u cầu khơng có liệu đáp ứng 7.PROFIBUS-FMS Mặc dù PROFIBUS-FMS khơng chuẩn hóa IEC 61158 phần vai trị mờ nhạt dần phát triển tiếp theo, ứng dụng có vai trị định số lĩnh vực công nghiệp chế tạo, lắp ráp Sử dụng PROFIBUS-FMS bus hệ thống, máy tính điều khiển ghép nối theo cấu hình nhiều chủ để giao tiếp với với thiết bị trường thơng minh hình thức gửi thông báo Ở đây, phạm vi chức năng, dịch vụ cao cấp tính coi trọng so với thời gian phản ứng hệ thống Do đặc điểm ứng dụng cấp điều khiển điều khiển giám sát, liệu trao đổi chủ yếu với tính chất khơng định kỳ Đối chiếu với mơ hình OSI, lớp ứng dụng PROFIBUS-FMS bao gồm hai lớp FMS LLI (Lower Layer Interface) Bởi lớp từ đến không xuất đây, lớp LLI có vai trị thích ứng, chuyển dịch dịch vụ lớp FMS lớp FDL (lớp 2) Giao diện FMS với trình ứng dụng thực lớp ALI (Application Layer Interface) FMS (Fieldbus Message Specification) thực chất tập MMS (Manufacturing Message Specification), chuẩn giao thức dịch vụ lớp theo mơ hình OSI cho kiểu giao tiếp hướng thông báo (message-oriented communication) áp dụng rộng rãi công nghiệp Cũng giao thức khác, FMS khơng chuẩn hóa ý nghĩa thơng báo (ngữ nghĩa), mà cịn cấu trúc điện thông báo (cú pháp) PROFIBUS-DP Trao đổi liệu tuần hoàn: Trao đổi liệu trạm chủ trạm tớ gán cho thực tự động theo trình tự qui đinh sẵn Khi đặt cấu hình hệ thống bus, người sử dụng định nghĩa trạm tớ cho thiết bị DPM1, qui định trạm tớ tham gia trạm tớ không tham gia trao đổi liệu tuần hoàn Trước thực trao đổi liệu tuần hồn, trạm chủ chuyển thơng tin cấu hình tham số đặt xuống trạm tớ Mỗi trạm tớ kiểm tra thông tin kiểu thiết bị, khuôn dạng chiều dài liệu, số lượng đầu vào/ra Chỉ thơng tin cấu hình với cấu hình thực thiết bị tham số hợp lệ bắt đầu thực trao đổi liệu tuần hoàn với trạm chủ Trong chu kỳ, trạm chủ đọc thông tin đầu vào từ trạm tớ lên nhớ đệm đưa thông tin đầu từ nhớ đệm xuống trạm tớ theo trình tự qui định sẵn danh sách (polling list) Mỗi trạm tớ cho phép truyền tối đa 246 Byte liệu đầu vào 246 Byte liệu đầu Nguyên tắc trao đổi liệu tuần hoàn chủ/tớ minh họa Với trạm tớ, trạm chủ gửi khung yêu cầu chờ đợi khung đáp ứng (bức điện trả lời xác nhận) Thời gian trạm chủ cần để xử lý lượt danh sách hỏi chu kỳ bus Đương nhiên, chu kỳ bus cần phải nhỏ chu kỳ vịng qt chương trình điều khiển Thực tế, thời gian cần thiết để truyền 512 bit liệu đầu vào 512 bit liệu đầu với 32 trạm với tốc độ truyền 12Mbit/s nhỏ 2ms Mơ hình DP-Slave hỗ trợ cấu trúc kiểu module thành viên Mỗi module xếp số thứ tự khe cắm 1, riêng module có số thứ tự khe cắm phục vụ việc truy nhập toàn liệu thiết bị Toàn liệu vào/ra module chuyển chung khối liệu sử dụng trạm tớ Giao tiếp liệu giám sát hai bên trạm chủ trạm tớ Bên trạm tớ sử dụng cảnh giới (watchdog) để giám sát việc giao tiếp với trạm chủ đặt đầu giá trị an toàn, nội khoảng thời gian qui định khơng có liệu từ trạm chủ đưa xuống PROFIBUS-DP Giao tiếp trạm tớ (DXB) Trao đổi liệu trạm tớ yêu cầu thiết thực cấu trúc điều khiển phân tán thực sử dụng thiết bị trường thông minh Như ta biết, chế giao tiếp chủ-tớ túy làm giảm hiệu suất trao đổi liệu cho trường hợp Chính thế, phiên DP-V2 bổ sung chế trao đổi liệu trực kiểu chào hàng/đặt hàng trạm tớ Như minh họa, trạm tớ (ví dụ cảm biến) đóng vai trị “nhà xuất bản” hay “nhà cung cấp” liệu Khối liệu gửi đồng loạt tới tất trạm tớ (ví dụ van điều khiển, biến tần) đăng ký với vai trò “người đặt hàng” mà không cần qua trạm chủ Với chế này, hiệu suất sử dụng đường truyền nâng cao, mà tính đáp ứng hệ thống cải thiện rõ rệt Điều đặc biệt quan trọng ứng dụng đòi hỏi tính thời gian thực ngặt nghèo, ứng dụng sử dụng kỹ thuật truyền dẫn tốc độ thấp (ví dụ MBP) ... sử dụng kỹ thuật truyền dẫn phương pháp truy nhập bus, hoạt động đường truyền vật lý Lớp vật lý PROFIBUS qui định kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, mơi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng giao diện học... cách tin cậy, không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn lớp vật lý 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn (RS-485) 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn (RS-485IS) 3.Kỹ Thuật Truyền Dẫn(MBP) 4.Truy Nhập BUS PROFIBUS phân biệt... chờ thực truyền thông với trạm khác Ngoài dịch vụ trao đổi liệu, lớp PROFIBUS cung cấp dịch vụ quản trị mạng Các dịch vụ phục vụ việc đặt cấu hình, tham số hóa, đặt chế độ làm việc, đọc thông số