PROFIBUS mạng truyền thôngPROFIBUS chữ viết tắt Process Field Bus, tiêu chuẩn mạng trường phát triển Đức năm 1987, sau trở thành tiêu chuẩn châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 trở thành tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158 vào đầu năm 2000 Ngày nay, ngày có nhiều nhà sản xuất người sử dụng toàn giới ứng dụng tiêu chuẩn mạng hệ thống tự động hoá Hiệp hội người sử dụng phát triển PROFIBUS có tên gọi PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO) với 1000 thành viên phạm vi tồn giới (trong có nhà sản xuất tiếng ABB, Danfoss, Foxboro, Fisher-Rosemount, Krone, Vega, Wika, Endress+Hauser, Mishubishi Electric, Siemens, …) Bạn đọc tìm thấy thơng tin chi tiết mạng theo địa chỉ: www.profibus.com Trong viết này, tác giả giới thiệu số thông tin PROFIBUS Bài viết không sâu vào lý thuyết nguyên lý hoạt động tiêu chuẩn mà cố gắng đề cập đến đặc điểm để giúp người đọc nhanh chóng nắm bắt khái niệm áp dụng chúng việc xây dựng hệ thống tự động hoá dùng PROFIBUS phương thức truyền thông chuẩn Để cho người đọc người khơng có nhiều kiến thức mạng truyền thông dễ dàng theo dõi, phần đây, tác giả xin số khái niệm Một số khái niệm mạng truyền thông + Truyền thông (communication): Là q trình trao đổi thơng tin hai chủ thể với Ví dụ, hai PLC trao đổi thông tin với mạng truyền thông công nghiệp + Mạng (network): Là hệ thống bao gồm nhiều trạm (station) nối với để trao đổi thơng tin Mỗi mạng bao gồm nhiều phân mạng (subnet) + Gateway: Là thiết bị để ghép nối hai hay nhiều phân mạng có khả truyền thơng khác Ví dụ, hình dưới, trạm PLC S7-400 đóng vai trò gateway ghép nối hai phân mạng (subnet) khác subnet subnet Hai phân mạng có đặc điểm vật lý giống khác (ví dụ, gateway nối mạng Ethernet với mạng PROFIBUS) + Liên kết (link): Là phép gán logic cho phép việc truyền thông chủ thể với chủ thể khác để thực dịch vụ truyền thông + Giao thức (protocol): Là qui tắc, thủ tục qui định cho việc giao tiếp Đối với việc truyền thông qua mạng, giao thức qui định cấu trúc gói liệu trao đổi, phương thức hoạt động, thủ tục thiết lập truyền thơng, bảo tồn liệu tốc độ truyền liệu Cấu trúc liên kết mạng (Network Topology) Là cấu trúc hình học mạng, hay nói cách khác, cách xếp, tổ chức mặt vật lý mạng Cấu trúc đơng giản cấu trúc có nút mạng hay gọi liên kết điểm-tới-điểm (point-to-point) a) Cấu trúc tuyến (line): (xem hình vẽ ví dụ): với cấu trúc này, trình hoạt động, thời điểm có trạm phép truyền tin, trạm khác phép nhận b) Cấu trúc mạch vòng (ring): (xem hình vẽ): c) Cấu trúc hình (star): d) Cấu trúc hình (tree): Kỹ thuật truy nhập mạng (access technique) Trong mạng truyền thông có cấu trúc dạng nêu trên, thời điểm có thơng điệp phép truyền đi, số lượng thành viên phép nhận thơng điệp khơng hạn chế Vì vậy, người ta phải thiết lập nên phương pháp phân chia thời gian gửi thông tin đường dẫn mạng, hay gọi kỹ thuật truy nhập mạng Theo cách phân loại (đây cách phân loại), kỹ thuật truy nhập mạng phân làm hai nhóm chính: tập trung phân tán Với kỹ thuật phân tán, chúng loại tiền định hay ngẫu nhiên Kỹ thuật truy nhập chủ/tớ (Master/Slave) điển hình kỹ thuật truy cập tập trung: Trạm chủ điều khiển toàn luồng thơng tin mạng Nó gửi thơng tin lệnh tới trạm tớ yêu cầu trạm gửi thông tin trở lại Việc liên lạc trực tiếp trạm tớ với nhìn chung khơng cho phép Token Passing: Là kỹ thuật tiền định phân tán Một điện ngắn có cấu trúc (có độ dài bit cố định) dùng tương tự chìa khố gọi token Token chuyển từ trạm tới trạm khác theo vòng tròn logic với luật lệ định Trong thời gian trạm giữ token, có quyền truy nhập mạng gửi thơng tin Đồng thời có nhiệm vụ chuyển token cho trạm sau khoảng thời gian qui định Nếu token sử dụng mạng có cấu trúc dạng tuyến (line) gọi token bus Nếu sử dụng mạng cấu trúc hình vòng (ring) gọi token ring CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision), kỹ thuật truy cập ngẫu nhiên Với kỹ thuật này, trạm phép truyền tin thời điểm thấy khơng có trạm khác phát Tuy nhiên, xảy trường hợp hai hay nhiều trạm phát tín hiệu lúc, xung đột (collision) xảy ra, trạm huỷ điện gửi lại sau thời gian chờ ngẫu nhiên Kỹ thuật qui định tiêu chuẩn IEEE802.3 áp dụng mạng Ethernet PROFIBUSPROFIBUS chuẩn mạng trường dùng để truyền liệu cấp điều khiển với khả truyền liệu cấp nhỏ trung bình Về mặt vật lý, mạng dùng dây dẫn đồng xoắn có bọc kim dùng dây cáp quang mạng không dây dùng truyền dẫn hồng ngoại + Kỹ thuật truy cập mạng Kỹ thuật truy cập: kỹ thuật truy cập PROFIBUS Master/Slave (hình 1) Tuy nhiên trường hợp có nhiều Master mạng, quyền điều hành luân chuyển từ trạm Master sang Master khác nhờ kỹ thuật Token Passing (xem hình 2) Trong trường hợp này, trạm chủ luân phiên hoạt động thực nắm quyền điều khiển trạm tớ thời gian giữ token + Các dạng PROFIBUS chuẩn (PROFIBUS variants) PROFIBUS có dạng chuẩn là: - PROFIBUS DP - PROFIBUS FMS - PROFIBUS PA PROFIBUS DP: Là giao diện chuẩn để trao đổi liệu trạm điều khiển (dùng PLC, DP master) thiết bị trường (DP slave) Hình ví dụ hệ thống mạng dùng PROFIBUS DP Tốc độ tối đa PROFIBUS DP 12Mbit/giây PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): sử dụng để trao đổi thông tin điều khiển (PLC) máy tính cấp điều khiển Một ưu điểm FMS liệu truyền có cấu trúc khơng phụ thuộc vào thiết bị mà phát (dạng trung hồ), sau chuyển đổi thành dạng đặc thù thiết bị tiếp nhận Điều có nghĩa là, “nói chuyện” với tất thiết bị hiểu FMS Trong chương trình người sử dụng, ta dùng ngơn ngữ tương ứng STL hay C cho ứng dụng chạy PC Cả PROFIBUS DP PROFIBUS FMS dùng chung công nghệ truyền dẫn kỹ thuật truy cập mạng, chúng hoạt động đồng thời PROFIBUS PA thiết kế để chuyên dùng cho điều khiển trình cho phép thiết bị đo thiết bị chấp hành nối ghép với mạng điều khiển chung chí điều kiện môi trường nguy hiểm PROFIBUS PA tuân theo tiêu chuẩn IEC 61158-2 (truyền đồng bộ), nghĩa cấu hình an tồn thiết bị trường nhận nguồn ni thơng qua đường mạng PROFIBUS-PA có cấu trúc hình tuyến, hình hay hình Số trạm nhánh mạng phụ thuộc vào nguồn ni, dòng tiêu thụ trạm, dạng cáp sử dụng khoảng cách chúng Tốc độ truyền PROFIBUS PA 31.25 kbit/giây Nó hoạt động với cấu hình có dự phòng cách nhân đơi đường mạng Một tuyến PROFIBUS PA nối với tuyến PROFIBUS DP thông qua chuyển đổi DP/PA link (xem ví dụ hình 4) + Một số thơng số PROFIBUS Trong bảng B1 số thông số đặc điểm chuẩn mạng PROFIBUS (bằng tiếng Anh): THeo Tu Dong Hoa ... khiển trạm tớ thời gian giữ token + Các dạng PROFIBUS chuẩn (PROFIBUS variants) PROFIBUS có dạng chuẩn là: - PROFIBUS DP - PROFIBUS FMS - PROFIBUS PA PROFIBUS DP: Là giao diện chuẩn để trao đổi... PLC, DP master) thiết bị trường (DP slave) Hình ví dụ hệ thống mạng dùng PROFIBUS DP Tốc độ tối đa PROFIBUS DP 12Mbit/giây PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): sử dụng để trao đổi thông... tương ứng STL hay C cho ứng dụng chạy PC Cả PROFIBUS DP PROFIBUS FMS dùng chung công nghệ truyền dẫn kỹ thuật truy cập mạng, chúng hoạt động đồng thời PROFIBUS PA thiết kế để chuyên dùng cho điều