Đang tải... (xem toàn văn)
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã góp phần không nhỏ vào trong công cuộc xây dựng đất nước. Đặc biệt là với sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa hiện nay đã giúp việc sản xuất kinh tế rất lớn. Nó đã góp phần vào việc sản xuất một cách tự động để có thể đạt được năng suất cũng như chất lượng cao hơn. Trong tự động hóa không thể không kể đến việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ profibus vào lĩnh vực truyền thông. Việc sử dụng truyền thông profibus đã nâng tự động hóa lên một tầm cao hơn và hứa hẹn đầy triển vọng trong tương lai.
Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Ngày với tiến khoa học kỹ thuật góp phần khơng nhỏ vào công xây dựng đất nước Đặc biệt với phát triển không ngừng lĩnh vực tự động hóa giúp việc sản xuất kinh tế lớn Nó góp phần vào việc sản xuất cách tự động để đạt suất chất lượng cao Trong tự động hóa khơng thể khơng kể đến việc ứng dụng mạng truyền thông công nghiệp đặc biệt việc ứng dụng công nghệ profibus vào lĩnh vực truyền thông Việc sử dụng truyền thông profibus nâng tự động hóa lên tầm cao hứa hẹn đầy triển vọng tương lai Trong đề tài chúng em tìm hiểu nghiên cứu truyền thơng profibus PA giao thức PROFIBUS SVTH: NHĨM GVHD: HỒNG QUỐC XUN Chương 1: TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS 1.Công nghệ Profibus PROFIBUS (Process Filed Bus) nhóm nhà cung cấp tự động hóa nhà máy thành lập năm 1989 Đức Ban đầu, giao thức phát triển cho sản xuất phân tán, sau dần mở rộng sang tự động hóa q trình ứng dụng tồn doanh nghiệp, hỗ trợ PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ năm 1995 nằm PROFIBUS International (PI) với 1100 thành viên toàn giới Profibus tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 EN 50254 Trong sản xuất, ứng dụng tự động hóa q trình cơng nghiệp tự động hóa tịa nhà, mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) hoạt động hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin hệ thống tự động hóa thiết bị trường phân tán Chuẩn cho phép thiết bị nhiều nhà cung cấp khác giao tiếp với mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt SVTH: NHĨM 2 GVHD: HỒNG QUỐC XUN Profibus sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi RS485 chuẩn công nghiệp ứng dụng sản xuất IEC 1158-2 điều khiển q trình Profibus sử dụng Ethernet/TCP-IP Profibus mạng Fieldbus thiết kế để giao tiếp máy tính PLC Dựa nguyên tắc token bus không đồng chế độ thời gian thực, Profibus xác định mối quan hệ truyền thông nhiều master master-slave, với khả truy cập theo chu kì khơng theo chu kì, tốc độ truyền tối đa lên tới 500kbit/s (trong số ứng dụng lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp) Khoảng cách bus tối đa không dùng lặp (repeater) 200m dung lặp khoảng cách tối đa đạt 800m Số điểm (node) tối đa khơng có lặp 32 127 có lặp 2.Phân loại PROFIBUS bao gồm loại giao thức PROFIBUS-FMS (multimaster/peer-to-peer), PROFIBUS-DP (master/slave), PROFIBUS-PA (intrinsically safe), hai kiểu giao thức DP PA đóng vai trị quan trọng tự động hóa q trình - - - PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) giao thức nguyên PROFIBUS, dùng chủ yếu cho việc giao tiếp máy tính điều khiển điều khiển giám sát PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral) xây dựng tối ưu cho việc kết nối thiết bị vào phân tán thiết bị trường với máy tính điều khiển PROFIBUS-PA (Process Automation) kiểu đặc biệt sử dụng ghép nối trực tiếp thiết bị trường lĩnh vực tự động hóa q trình có mơi trường dễ cháy nổ, đặc biệt công nghiệp chế biến Thực chất PROFIBUS-PA mở rộng PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực công nghệ chế biến PROFIBUS-DP Cấp trường EN 50 170 PLC, PG/PC, thiết bị trường logic tương tự, van, Ops SVTH: NHÓM GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN – ms 10 ms x số lượng thiết bị + 10 ms (cho mạch hở đẳng cấp dịch vụ chủ) + 1,3 ms (đối với giá trị chu kỳ bổ sung) SVTH: NHĨM 27 GVHD: HỒNG QUỐC XUN CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA PROFIBUS PA TRONG THỰC TIỄN 1.Profibus PA profile 3.02 Dễ dàng với Profibus PA Profile 3.02 Việc bắt đầu sử dụng profibus PA Device 3.02 xác định địa nội có triển vọng ngắn địi hỏi cơng nghệ từ đưa vào dung giao thức PA vào năm 1998 Interoperability mô tả khả trao đổi phương sách thiết bị điều khiển từ nhà cung cấp, với thiết bị cho phép từ nhà cung cấp khác mà khơng gây tách rời quy trình cơng nghệ Về mặt lý thuyết, điều từ xuất Profibus PA, khơng thực thành công Profibus PA Device Profile 3.02 giải tình trạng Tại dùng Fieldbus? Mặc dù phức tạp công nghệ tăng lên, tích hợp thiết bị trường hệ thống điều khiển cịn dễ cho cơng nghệ 4-20 mA Trong cơng SVTH: NHĨM 28 GVHD: HỒNG QUỐC XUYÊN nghệ 4-20 mA chuyển mẫu thông tin đơn lẻ, biến đổi trình (PV) thiết bị hệ thống, thông tin truyền tải nhiều bus trường Các mẫu liệu chuyển đổi bao gồm trạng thái truyền động cho việc bảo trì dự đốn trước hay giá trị đo xác cho kiểm sốt q trình thơng minh Thơng tin thực cần thiết tương lai Sự phức tạp nhà máy gia tăng số lượng nhân viên vận hành chúng giảm Cùng với đó, yêu cầu chất lượng sản phẩm dần trở nên nghiêm ngặt hơn, biến đổi chất lượng khơng cịn dung thứ Các thiết bị analog, phủ nhận đơn giản, đáp ứng thách thức Hơn đòi hỏi khả chuẩn đoán thiết bị trường thông minh Tuy nhiên, nhà sản xuất thừa nhận hồn tồn, vấn đề tích hợp thiết bị trường chứng minh năm gần bus trường sử dụng công nghiệp q trình Việc lắp đặt gói dịch vụ việc chuyển sang phiên thiết bị hệ thống kiểm soát suốt niên hạn sử dụng nhà máy định hướng cho trường hợp khó quản lý giới hạn thay bố trí lại thiết bị Về chi tiết, khả người dùng quản lý vòng đời thiết bị bị hạn chế Vì tương hợp đảm bảo "Sự hỏng thiết bị xảy lúc không thuận lợi ban đêm vào ngày cuối tuần nhân viên chuyên gia hệ thống tự động" ông John Immelman, Tổng giám đốc hiệp hội Profibus Australia mô tả “Tuy nhiên, nên người sử dụng thay thiết bị trường mà khơng cần kiến thức đặc biệt cơng nghệ truyền thơng số hóa Nét đặc trưng tạo nên sống dễ dàng kịch này" Immelman ca tụng Profibus PA Profile 3.02 giới thiệu năm Ứng dụng đặc trưng xác định rõ nhà cung ứng thơng số thiết bị trung tính tính cho loại thiết bị khác Điều tạo tảng cho việc đảm bảo tính tương thích loại (GSD, EDD, DTM) thiết bị trường Ví dụ, tích hợp cơng cụ để tự động phân chia file đến thiết bị, cách đó, làm đơn giản hóa quy trình kĩ thuật (như suốt trình lắp ráp ban đầu thiết bị trường) Cho đến bây giờ, việc sử dụng nhà sản xuất với file đặc biệt nghĩa người dùng động viên thay thiết bị trường thiết bị đồng khác Sản phẩm PA Profile 3.02 khắc phục thiếu sót này, thiết bị trường tự động thay cho phiên thiết bị cũ Để đạt điều này, nhiệm vụ kiểu hình thiết bị SVTH: NHĨM 29 GVHD: HỒNG QUỐC XUN trước phải xác định rõ thiết bị thay đảm nhận tính mà khơng làm xảy cố ngắt trình hoạt động thiết bị thay phải kiểm soát hệ thống phiên trước nó, chí cơng nghệ tốt 10 năm Do đó, tính tích hợp cách cập nhật file mơ tả Điều tương tự ứng dụng vào tích hợp EDD DTM thay thiết bị Điều xảy trường hợp thiết bị đảm nhận tính vài phiên trước (hiệu chỉnh thiết bị) thiết kế nởi nhà sản xuất theo tiêu chuẩn kiểm tra thời gian cấp chứng nhận Kiểm tra nghiêm ngặt Profile nghiên cứu cách cẩn thận phòng thử nghiệm BIS Prozesstechnik Frankfurt Phịng thí nghiệm cung cấp việc lắp đặt bus trường từ nhiều nhà cung cấp lớn giới cho phép thiết bị trường hoạt động Phòng thử nghiệm trung tâm kiểm nghiệm công nghệ EMC truyền động (SIL, CE, TA-Luft), trung tâm có thẩm quyền PI (PICC) PROFIBUS, trung tâm kiệt xuất tảng Fieldbus nhà kiểm định tập trung vào việc thay thiết bị thời – trường hợp truyền động, quy trình sản xuất diễn Việc hiển thị tín hiệu trạng thái theo chuẩn NE 107 trường hợp kiểm soát lỗi Tất kết kiểm định rõ ràng: profile chứng tỏ sẵn sàng cho hoạt động cơng nghiệp thực làm hài lòng người sử dụng Khi Immelman khẳng định dứt khốt: "chúng tơi quan tâm đến kết việc kiểm nghiệm thiết thực, xem PA Profile bước quann trọng để đơn giản hóa việc thay thiết bị Giảm thiểu bảo trì Mục tiêu phía sau phát triển PROFIBUS PA Device Profile 3.02 tối thiểu hóa công sức người sử dụng làm việc với mô tả thiết bị bus trường Đồng thời giảm cơng sức bảo trì vịng đời thiết bị Nhà sản xuất mơ tả thuộc tính tính thiết bị trường bus trường file (GSD, EDD, FDT/DTM) mà người sử dụng tích hợp tồn hệ thống điều khiển (chẳng hạn hệ thống điều khiển trình,hệ thống kĩ thuật…) sử dụng công cụ phần mềm Do đó, tính thiết bị trường thực hệ thống tạo thêm thông tin Để giảm thiểu cơng sức bảo trì suốt vịng đời thiết bị, quy định phù SVTH: NHÓM 30 GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN hợp cho thiết bị, file thiết bị, tảng phần mềm cần thiết Nó bao gồm quy định để thiết kế phần mềm cho thiết bị, tự động cập nhật tính phiên trước thương mại, nhà cung cấp – quy luật trung lập cho việc thay đổi phần mềm thiết bị hiệu chúng tương thích Những đặc điểm kỹ thuật sơ lược bao gồm sơ đồ bắt buộc cho thơng tin chuẩn đốn rõ ràng thiết bị trường tiêu chuẩn (NE107 – tự giám sát chuẩn đoán thiết bị trường) truyền liệu thiết bị trường thực nhanh hơn, chẳng hạn truyền thông số liệu lúc xếp thiết bị Mục đích giấy chứng nhận cung cấp cho người dùng đảm bảo thiết bị nhà sản xuất khác có khả hoạt động mà không bị lỗi sử dụng chung với Số lượng profile lớn nhằm giúp đơn giản hóa việc vận dụng chức thiết bị chuẩn cho người dùng Nhất sản xuất thực phẩm yêu cầu an toàn cao 2.Thực việc chuyển đổi PROFIBUS DP PROFIBUS PA - Mở rộng module - Có sẵn phiên Ex phiên Non-Ex * Các ứng dụng Cầu nối DP/PA liên kết DP/PA quản lý hệ thống điều khiển sử dụng số lượng khung (Số thiết bị trường cho PLC hệ thống tự động hoá) Cầu nối DP/PA: - Cầu nối DP/PA dùng với số lượng khung nhỏ yêu cầu thời gian liên hệ thấp - Khi cầu nối DP/PA tốc độ truyền liệu PROFIBUS DP phải đặt cố định 45.45 Kbit/s Số lượng khung xác định số lượng lớn slave địa hoá (các thiết bị trường) thời gian chu kỳ lớn Các thiết bị trường định địa trực tiếp điều khiển khả trình; cầu nối DP/PA rõ ràng Khơng cần thiết lập cấu hình DP/PA Cầu nối khuyên dùng mở rộng thiết bị có dựa SIMATIC S5 Liên kết DP/PA - Liên kết DP/PA dùng cho số lượng lớn khung yêu cầu thời gian liên hệ - Mắt nối DP/PA làm việc slave PROFIBUS DP master PROFIBUS PA Bộ điều khiển khả trình hệ thống tự động hoá định địa thiết bị trường qua liên kết DP/PA theo kiểu slave mà mô đun thiết bị PA SVTH: NHĨM 31 GVHD: HỒNG QUỐC XUN - Đặt cấu hình liên kết DP/PA dễ dàng nhờ dùng phần mềm lập cấu hình STEP (Từ V4.03 trở lên) - Liên kết DP/PA hoạt động master PROFIBUS tiêu chuẩn - File GSD cần thiết cho hoạt động master PROFIBUS DP sẵn có Internet * Chức Cầu nối DP/PA - Chuyển đổi định dạng liệu từ không đồng (11 bits/ký tự) chuyển đổi tốc độ - Cấp nguồn cho thiết bị trường - Giới hạn dòng cung cấp - Trong phiên Ex dòng cung cấp giới hạn tới 110 ma Với phiên NonEx dòng cung cấp giới hạn tới 40mA - Khi kết hợp với PROFIBUS Master S7-400, chức CIR (lập trình chạy) hỗ trợ Điều khiến tích hợp tháo rời thiết bị trường hoạt động bình thường - Số slave thiết bị trường kết nối bị giới hạn lượng tiêu thụ thiết bị trường Liên kết DP/PA - Sử dụng liên kết SP/PA cho phép đường PA cấp với chu kỳ thời gian ngắn thiết lập - Việc truyền liệu từ hệ thống điều khiển thực qua PROFIBUS DP với tốc độ truyền tối đa 12 Mbit/s - Liên kết DP/PA cổng nối liền PROFIBUS DP PROFIBUS PA, tách riêng tốc độ truyền Nó làm việc slave PROFIBUS DP master PROFIBUS PA PLC định địa thiết bị trường gián tiếp qua DP/PA link Hệ thống tự động hố coi liên kết DP/PA slave mơ đun hoa Các module phụ riêng biệt slave thiết bị trường mà nối tới đường PA cấp Khi kết hợp với PROFBUS master S7-400, chức CIR (lập cấu hình chạy) hỗ trợ Có khả tích hợp tháo bỏ thiết bị trình hoạt động bình thường - IM 157 tối đa cầu nối DP/PA - Tổng số thiết bị trường DP/PA link tối đa 64 Thông số kỹ thuật Phiên Ex SVTH: NHÓM Cầu nối DP/PA cực đầu cuối loại vặn vít, điện trở đầu cuối tích hợp cố định, dịng tối đa 110mA, 32 GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN Phiên Non-Ex Nguồn cung cấp Tiêu thụ dòng điện Phiên Ex Phiên non-Ex Tổn hao công suất Phiên Ex Phiên non-Ex Nhiệt độ hoạt động Phiên Ex Phiên non-Ex Kích thước (W x H X D)mm điện áp DC 13-14V cực đầu cuối loại vặn vít, điện trở đầu cuối chuyển mạch, dòng tối đa 400mA, điện áp DC 19V DC 24V (màu xanh) Tối đa 400 mA Tối đa 750 mA Xấp xỉ 7W Xấp xỉ 7W 25 tới 600C -25 tới +600C 80 x 125 x 130 IM 157 Điện áp cung cấp DC 24 V Tối đa 100mA (Liên kết DP/PA) Tối đa 200 mA (Liên kết Y) Xấp xỉ 2W (Liên kết DP/PA) Xấp xỉ 4W (Liên kết Y) -25 tới +600C Tiêu thụ dòng điện Tổn hao cơng suất Nhiệt độ hoạt động Kích thước (W x H x D)mm 40 x 125 x 130 Mã hiệu đặt hàng Cầu nối DP/PA dùng để chuyển đổi phương pháp truyền từ RS485 tới IEC1158-2 Phiên Ex SVTH: NHÓM 6ES7 157-0AD82-0XA0 6ES7 157-0AC81-0XA0 33 GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN - Phiên non-Ex Module giao diện IM 157 dùng cho liên kết DP/PA 6ES7 157-0AA82-0XA0 3.Ví dụ ứng dụng thực tiễn Lưu lượng kế Coriolis Flowmeters profibus PA Lưu lượng kế Coriolis Flowmeters Profibus PA Coopers Brewery – nhà nấu rượu lớn thứ Australia nhà máy bia gia đình lớn thành lập Thomas Coopero miền bắc Australia vào năm 1862 Khi Coopers Brewery chuyển từ Leabrook đến Regency Park vào năm 2001, công ty mở rộng suất cách đặt mua nhà máy bia hoàn toàn Nhà thiết kế cho nhà máy bia quốc tế Briggs Burton đề xuất liên kết tất điểm đo lường với hệ thống truyền thông Profibus dựa thành công bật nhà máy bia giới Nhận thấy cơng nghệ Profibus có hiệu tương lai cho công ty, MD Dr Tim Cooper đồng ý Coopers kiếm profibus PA Australia cho hệ thống nhà máy bia Ngay nay, nhà máy bia rượu Cooper nhà máy bia rượu đại Australia Cơng nghệ profibus tiến tiến bao gồm SVTH: NHĨM 34 GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN profibus DP (được sử dụng phòng điều khiển để liên kết PLC SCADA), profibus PA (được sử dụng rộng rãi khắp nhà máy cho việc đo lường kiểm soát mức, nhiệt độ, lưu lượng, áp suất van) bus ASi (cho I/O số) Việc làm bia thương mại thành cơng tùy thuộc vào quản lý xác chuỗi quy trình phức hợp cao Dữ liệu tích hợp nghiêm ngặt tỉ trọng, lưu lượng, mức, áp suất, độ PH nhiệt độ định cho việc kiểm sốt q trình Theo ơng David Medlyn, kỹ sư trưởng kiểm sốt quy trình Coopers Brewery, từ đưa profibus vào, quản lý q trình ơng đạt hồi tiếp xác ngayn qua thông số đo lường điểm đo giai đoạn quy trình Việc kiểm sốt q trình tốt làm tăng hiệu quy trình phụ bên nhà máy bia- việc thu thập bã rượu dùng qua trình CIP Kết luận: - Chúng em tìm hiểu nghiên cứu profibus pa trình bày theo cấu trúc thầy nêu Do kiến thức cịn hạn chế tiếp xúc với mơn học nên tập lớn chúng em nhiều thiếu sót SVTH: NHĨM 35 GVHD: HỒNG QUỐC XUYÊN - Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy giảng dậy giúp đỡ chúng em hồn thành tập lớn SVTH: NHĨM 36 GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN ... GVHD: HỒNG QUỐC XUN CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA PROFIBUS PA TRONG THỰC TIỄN 1 .Profibus PA profile 3.02 Dễ dàng với Profibus PA Profile 3.02 Việc bắt đầu sử dụng profibus PA Device 3.02 xác định địa... thiết bị từ nhiều nhà sản xuất Cả giao thức FMS, PD, PA có chung lớp liên kết liệu PROFIBUS- FMS PROFIBUS- DP PROFIBUS- PA DPPA-Profiles Profiles Giao diện FMS sử dụng Profiles Các chức DP mở rộng... chuẩn, PA bổ sung hàm quản trị hệ thống có đồng hóa thời gian a DDLM giao diện người sử dụng Các tầng OSI 3-7 không sử dụng với profibus DP PA, hệ thống sử dụng giao diện người sử dụng đồng Do profibus