Đang tải... (xem toàn văn)
PROFIBUS là chữ viết tắt của Process Field Bus, là một tiêu chuẩn mạng trường được phát triển đầu tiên tại Đức năm 1987, sau này trở thành tiêu chuẩn của châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 và trở thành tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158 vào đầu năm 2000. Tài liệu giới thiệu về PROFIBUS và mạng truyền thông. Để nắm chi tiết nội dung mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
PROFIBUS và mạng truyền thơng PROFIBUS là chữ viết tắt của Process Field Bus, là một tiêu chuẩn mạng trường được phát triển đầu tiên tại Đức năm 1987, sau này trở thành tiêu chuẩn của châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 và trở thành tiêu chuẩn quốc tế IEC 61158 vào đầu năm 2000 Ngày nay, càng ngày càng có nhiều nhà sản xuất và người sử dụng trên tồn thế giới ứng dụng tiêu chuẩn mạng này trong các hệ thống tự động hố. Hiệp hội người sử dụng và phát triển PROFIBUS có tên gọi là PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO) với hơn 1000 thành viên trên phạm vi tồn thế giới (trong đó có những nhà sản xuất nổi tiếng như ABB, Danfoss, Foxboro, Fisher Rosemount, Krone, Vega, Wika, Endress+Hauser, Mishubishi Electric, Siemens, …). Bạn đọc có thể tìm thấy mọi thơng tin chi tiết trên mạng theo địa chỉ: www.profibus.com. Trong bài viết này, tác giả sẽ giới thiệu một số thơng tin cơ bản về PROFIBUS. Bài viết sẽ khơng đi sâu vào lý thuyết về ngun lý hoạt động của tiêu chuẩn mà cố gắng đề cập đến những đặc điểm cơ bản để giúp người đọc có thể nhanh chóng nắm bắt được các khái niệm cơ bản và có thể áp dụng chúng trong việc xây dựng hệ thống tự động hố dùng PROFIBUS như một phương thức truyền thơng chuẩn. Để cho người đọc nhất là những người khơng có nhiều kiến thức về mạng truyền thơng dễ dàng theo dõi, phần dưới đây, tác giả xin được bắt đầu từ một số những khái niệm cơ bản Một số khái niệm cơ bản về mạng truyền thơng + Truyền thơng (communication): Là q trình trao đổi thơng tin giữa hai chủ thể với nhau. Ví dụ, hai PLC trao đổi thơng tin với nhau trong một mạng truyền thơng cơng nghiệp + Mạng (network): Là một hệ thống bao gồm nhiều trạm (station) được nối với nhau để có thể trao đổi thơng tin. Mỗi một mạng có thể bao gồm nhiều phân mạng (subnet) + Gateway: Là thiết bị để ghép nối hai hay nhiều phân mạng có khả năng truyền thơng khác nhau. Ví dụ, trong hình dưới, trạm PLC S7400 đóng vai trò một gateway ghép nối hai phân mạng (subnet) khác nhau là subnet 1 và subnet 2. Hai phân mạng này có thể có đặc điểm vật lý giống hoặc khác nhau (ví dụ, một gateway có thể nối mạng Ethernet với mạng PROFIBUS) + Liên kết (link): Là một phép gán logic cho phép việc truyền thơng giữa một chủ thể này với một chủ thể khác để thực hiện một dịch vụ truyền thơng + Giao thức (protocol): Là các qui tắc, thủ tục qui định cho việc giao tiếp. Đối với việc truyền thơng qua mạng, giao thức qui định cấu trúc của gói dữ liệu được trao đổi, phương thức hoạt động, thủ tục thiết lập truyền thơng, bảo tồn dữ liệu và tốc độ truyền dữ liệu Cấu trúc liên kết của mạng (Network Topology) Là cấu trúc hình học của mạng, hay nói cách khác, là cách sắp xếp, tổ chức về mặt vật lý của mạng. Cấu trúc đơng giản nhất là cấu trúc chỉ có 2 nút mạng hay còn gọi là liên kết điểmtớiđiểm (pointtopoint) a) Cấu trúc tuyến (line): (xem hình vẽ ví dụ): với cấu trúc này, trong q trình hoạt động, trong một thời điểm chỉ có một trạm được phép truyền tin, các trạm khác chỉ được phép nhận b) Cấu trúc mạch vòng (ring): (xem hình vẽ): c) Cấu trúc hình sao (star): d) Cấu trúc hình cây (tree): Kỹ thuật truy nhập mạng (access technique) Trong một mạng truyền thơng có cấu trúc như một trong những dạng nêu trên, tại mỗi thời điểm chỉ có một thơng điệp duy nhất được phép truyền đi, còn số lượng thành viên được phép nhận thơng điệp này thì khơng hạn chế. Vì vậy, người ta phải thiết lập nên phương pháp phân chia thời gian gửi thơng tin trên đường dẫn của mạng, hay còn gọi là kỹ thuật truy nhập mạng. Theo cách phân loại trên (đây chỉ là một trong những cách phân loại), kỹ thuật truy nhập mạng có thể phân làm hai nhóm chính: tập trung và phân tán. Với kỹ thuật phân tán, chúng có thể là loại tiền định hay ngẫu nhiên Kỹ thuật truy nhập chủ/tớ (Master/Slave) là điển hình của kỹ thuật truy cập tập trung: Trạm chủ điều khiển tồn bộ luồng thơng tin trên mạng. Nó gửi thơng tin và lệnh tới các trạm tớ và u cầu các trạm này gửi thơng tin trở lại. Việc liên lạc trực tiếp giữa các trạm tớ với nhau nhìn chung là khơng cho phép Token Passing: Là kỹ thuật tiền định và phân tán. Một bức điện ngắn có cấu trúc (có độ dài bit cố định) được dùng tương tự như chìa khố gọi là token. Token sẽ được chuyển từ trạm này tới trạm khác theo vòng tròn logic và với một luật lệ nhất định. Trong thời gian một trạm giữ token, nó có quyền được truy nhập mạng và gửi thơng tin đi. Đồng thời nó có nhiệm vụ chuyển token cho trạm tiếp theo sau khoảng thời gian qui định trên Nếu token sử dụng trong mạng có cấu trúc dạng tuyến (line) thì gọi là token bus. Nếu sử dụng trong mạng cấu trúc hình vòng (ring) thì gọi là token ring CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision), là kỹ thuật truy cập ngẫu nhiên. Với kỹ thuật này, bất kỳ trạm nào đều được phép truyền tin trong bất kể mọi thời điểm nếu thấy khơng có trạm khác phát. Tuy nhiên, có thể xảy ra trường hợp hai hay nhiều trạm cùng phát tín hiệu cùng một lúc, nếu xung đột này (collision) xảy ra, các trạm đều huỷ bức điện của mình và sẽ gửi lại sau một thời gian chờ ngẫu nhiên. Kỹ thuật này được qui định trong tiêu chuẩn IEEE802.3 và được áp dụng bởi mạng Ethernet PROFIBUS PROFIBUS là một chuẩn mạng trường dùng để truyền dữ liệu ở cấp điều khiển với khả năng truyền dữ liệu ở cấp nhỏ và trung bình. Về mặt vật lý, nó là mạng dùng dây dẫn đồng xoắn có bọc kim hoặc dùng dây cáp quang hoặc cũng có thể là mạng khơng dây dùng truyền dẫn bằng hồng ngoại + Kỹ thuật truy cập mạng Kỹ thuật truy cập: kỹ thuật truy cập cơ bản của PROFIBUS là Master/Slave (hình 1) Tuy nhiên trong trường hợp có nhiều Master trong một mạng, quyền điều hành sẽ được ln chuyển lần lượt từ trạm Master này sang Master khác nhờ kỹ thuật Token Passing (xem hình 2). Trong trường hợp này, các trạm chủ ln phiên nhau hoạt động và thực sự nắm quyền điều khiển các trạm tớ của mình trong thời gian giữ token + Các dạng PROFIBUS chuẩn (PROFIBUS variants) PROFIBUS có 3 dạng chuẩn là: PROFIBUS DP PROFIBUS FMS PROFIBUS PA PROFIBUS DP: Là giao diện chuẩn để trao đổi dữ liệu giữa các trạm điều khiển (dùng PLC, DP master) và các thiết bị hiện trường (DP slave). Hình 3 là ví dụ về một hệ thống mạng dùng PROFIBUS DP. Tốc độ tối đa của PROFIBUS DP là 12Mbit/giây PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): được sử dụng để trao đổi thơng tin giữa các bộ điều khiển (PLC) và các máy tính ở cấp điều khiển. Một trong những ưu điểm của FMS là dữ liệu được truyền đi có cấu trúc khơng phụ thuộc vào thiết bị mà nó phát đi (dạng trung hồ), sau đó nó được chuyển đổi thành dạng đặc thù của thiết bị tiếp nhận nó. Điều đó có nghĩa là, nó có thể “nói chuyện” với tất cả thiết bị hiểu được FMS. Trong chương trình của người sử dụng, ta có thể dùng các ngơn ngữ tương ứng như STL hay C cho các ứng dụng chạy trên PC Cả PROFIBUS DP và PROFIBUS FMS đều dùng chung một cơng nghệ truyền dẫn và kỹ thuật truy cập mạng, vì thế chúng có thể hoạt động đồng thời PROFIBUS PA được thiết kế để chun dùng cho điều khiển q trình và cho phép các thiết bị đo và các thiết bị chấp hành có thể nối ghép với mạng điều khiển chung thậm chí trong điều kiện mơi trường nguy hiểm. PROFIBUS PA tn theo tiêu chuẩn IEC 611582 (truyền đồng bộ), nghĩa là cấu hình an tồn và các thiết bị hiện trường nhận nguồn ni thơng qua đường mạng. PROFIBUSPA có thể có cấu trúc hình tuyến, hình cây hay hình sao. Số trạm trên một nhánh mạng phụ thuộc vào nguồn ni, dòng tiêu thụ của các trạm, dạng cáp được sử dụng và khoảng cách của chúng. Tốc độ truyền của PROFIBUS PA là 31.25 kbit/giây. Nó có thể hoạt động với cấu hình có dự phòng bằng cách nhân đơi đường mạng. Một tuyến PROFIBUS PA có thể nối với tuyến PROFIBUS DP thơng qua bộ chuyển đổi DP/PA link (xem ví dụ hình 4) + Một số thơng số cơ bản của PROFIBUS Trong bảng B1 là một số thơng số và đặc điểm của chuẩn mạng PROFIBUS (bằng tiếng Anh): THeo Tu Dong Hoa ... này (collision) xảy ra, các trạm đều huỷ bức điện của mình và sẽ gửi lại sau một thời gian chờ ngẫu nhiên. Kỹ thuật này được qui định trong tiêu chuẩn IEEE802.3 và được áp dụng bởi mạng Ethernet PROFIBUS PROFIBUS là một chuẩn mạng trường dùng để truyền dữ liệu ở cấp điều khiển với khả năng truyền dữ ... này, các trạm chủ ln phiên nhau hoạt động và thực sự nắm quyền điều khiển các trạm tớ của mình trong thời gian giữ token + Các dạng PROFIBUS chuẩn (PROFIBUS variants) PROFIBUS có 3 dạng chuẩn là: PROFIBUS DP PROFIBUS FMS PROFIBUS PA... tương ứng như STL hay C cho các ứng dụng chạy trên PC Cả PROFIBUS DP và PROFIBUS FMS đều dùng chung một cơng nghệ truyền dẫn và kỹ thuật truy cập mạng, vì thế chúng có thể hoạt động đồng thời PROFIBUS PA được thiết kế để chun dùng cho điều khiển q trình và cho phép các thiết bị đo và