BÀI TIỂU LUẬN MẠNG PROFIBUS

gt chung về mạng profibus

BÀI TIỂU LUẬN MẠNG PROFIBUS MÔN: KIẾN TRÚC MÁY TÍNH VÀ MẠNG TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP SV: NGUYỄN VĂN HÒA(11020124) QUÁCH LONG ĐỨC PHẦN A: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG PROFIBUS I- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus: 1- Giới Thiệu: Giao thức Profibus được một nhóm các nhà cung cấp tự động hóa nhà máy thành lập năm 1989 tại Đức. Ban đầu, giao thức này được phát triển cho sản xuất phân tán, sau đó nó dần mở rộng sang tự động hóa quá trình và các ứng dụng trên toàn doanh nghiệp. Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao diện đặc biệt. PROFIBUS sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP. PROFIBUS là một mạng Fieldbus được thiết kế để giao tiếp giữa máy tính và PLC. Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời gian thực, Profibus xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master và giữa master-slave, với khả năng truy cập theo chu kì và không theo chu kì, tốc độ truyền tối đa lên tới 500 kbit/s (trong một số ứng dụng có thể lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp). Khoảng cách bus tối đa không dùng bộ lặp (repeater) là 200m và nếu dùng bộ lặp khoảng cách tối đa có thể đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu không có bộ lặp là 32 và là 127 nếu có bộ lặp. 2- Phân Loại: Họ Profibus bao gồm 3 kiểu giao thức, mỗi kiểu được sử dụng cho những tác vụ khác nhau, 3 kiểu giao thức đó là PROFIBUS FMS, DP, PA, trong đó hai kiểu giao thức DP và PA đóng vai trò quan trọng đối với tự động hóa quá trình. Profibus cũng bao gồm chuẩn giao thức bus công nghiệp (Industrial Bus Protocol) PROFInet. II- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus-DP Profibus–DP (Distributed Peripheral): phục vụ cho việc trao đổi thông tin nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. Profibus–DP được xây dựng tối ưu cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. Profibus–DP phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu giữa cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại vi phân tán ở cấp trường như: thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa là 126, Profibus–DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master). Phần B: Mạng Profibus-DP I- Đặc Điểm, Kiểu Thiết Bị Và Cấu Hình Hệ Thống 1- Đặc Điểm Mạng Profibus DP Truyền các lượng dữ liệu nhỏ và nhanh, do:  o Truyền thông DP là liên tục và tuần hoàn. o Hoạt động một master. o Dữ liệu truyền được xác định trong cấu hình(tối ưu hóa trao đổi dữ liệu). Trao đổi dữ liệu theo 2 khung:  o Master gửi dữ liệu đến các slave. o Các slave thông báo và gửi dữ liệu về master. Duy nhất một Master có thể xuất ngõ ra(an toàn).  Hệ thống fieldbus nhanh(có thể lên đến 12Mb).  Dữ liệu lên đến 244 byte vào/244 byte ra mỗi trạm.  Thời gian đáp ứng nhanh đo được với 10 trạm ET200 và mỗi trạm  này có 32 I/O là 0.35 ms. 2- Cấu Hình Thiết Bị: Gán cấu hình hệ thống bao gồm các trạm, địa chỉ trạm, phân phát vùng nhớ cho các địa chỉ I/O, các tham số bus sữ dụng và các thông điệp chẩn đoán. 3- Kiểu Thiết Bị: Mỗi hệ thống Profibus-DP bao gồm nhiều loại thiết bị cài đặt tùy theo tính năng hoạt động. Cơ bản có 3 loại sau được phân theo công việc: Trạm chủ DP cấp 1(DP Master Class 1):  o Các thiết bị này trao đổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu trình được định trước. o Trạm chủ DP cấp 1 thường là các bộ điều khiển trung tâm: PLC, PC, hoặc các module của bộ điều khiển trung tâm. Trạm chủ DP cấp 2(DP Master Class 2):  o Là các máy lập trình, công cụ đặt cấu hình vận hành, chẩn đoán hệ thống bus. o Các thiết bị này được dùng khi khởi động hệ thống để đăt cấu hình cho hệ thống DP. o Ngoài các dịch vụ cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các hàm đặc biệt phục vụ đặc cấu hình hệ thống, chẩn đoán trạng thái, truyền nạp chương trình,… Trạm tớ(DP Slave):  o Không có vai trò kiểm soát truy cập bus. o Là các thiết bị vào/ra. o Các thiết bị trường(bộ truyền động, màn hình HMI, van, cảm biến) o PLC đóng vai trò là một Slave thông minh. II- Hoạt Động Của Hệ Thống: 1- Mạng Profibus-DP Nhiều Máy Chủ: Là kiểu truyền thông mà có nhiều master(Class 1 hoặc Class 2)  trên bus như: có thêm thiết bị đặt cấu hình,… Các master này có thể truy cập vào một DP slave nhưng chỉ một  master mới có quyền viết(ghi) dữ liệu xuống slave. Các master có thể trao đổi dữ liệu với nhau.  Dạng này có từ 1 tới 124(max) slave.  Số lượng thiết bị lớn nhất có thể kết nối vào mạng là 126. 2- Mạng Profibus DP Một Máy Chủ(Mono Master) Là dạng truyền thông mà trong mạng chỉ có một  master(Central Controller) có nhiệm vụ là trao đổi dữ liệu với các thiết bị ngoại vị phân tán. Trong mạng có thể sữ dụng một công cụ kỹ thuật để cài đặt cấu hình  cho các slave. III- Truyền Thông Trong Mạng: 1- Nguyên Tắc Chung: Profibus DP sử dụng chuẩn RS-485 và cáp quang cho phần truyền dẫn tín hiệu. Trong đó chuẩn RS-485 thông dụng hơn vì nó có giá thành thấp, dễ đấu nối, tốc độ truyền cao. RS-485 có cấu trúc dạng Bus, sử dụng cáp đôi xoắn có vỏ bọc chống nhiễu làm môi trường truyền dẫn. Thông thường người ta hay sử dụng cáp kiểu A với các thông số sau: Trở kháng 135W đến 165W  Dung kháng <30 pF/m  Điện trở vòng 110W/km  Thiết diện dây > 0,34 mm2  Tốc độ truyền có thể chọn từ 9,6 kbps đến 12Mbps. Khoảng cách truyền lớn nhất 1200 m. RS-485 không định nghĩa kiểu jack đấu do đó khi đấu nối ta phải chú ý xem hướng dẫn của nhà sản xuất để đấu nối cho đúng. Các thiết bị của SIEMENS hay dùng jack D-sub 9 chân cho kết nối với chân 3 là chân Tx/Rx+ và chân 8 là Tx/Rx-, chân 1 được nối với vỏ chống nhiễu. Mỗi một đoạn mạng có tối đa 32 nút mạng mà không cần repeater. NếU có repeater ta có thể mở rộng số nút trên mạng lờn 126 nút. Ở hai đầu nút của đường truyền yêu cầu nối một điện trở kết thúc để giảm sóng phản xạ gây nhiễu tín hiệu. Lớp DataLink của Profibus cung cấp bốn dịch vụ trao đổi số liệu. SDN ( Send Data with No Acknowledge) được dùng cho việc gửi đồng loạt tới tất cả các thiết bị trong mạng (broadcast) hay gửi tới một nhóm thiết bị (Multicast). SDA (Send Data with Acknowledge) và SRD ( Send and Request Data with Reply) là các dịch vụ trao đổi dữ liệu có xác nhận, trong đó SRD bên nhận phải gửi dữ liệu trả lời. CSRD ( Cyclic Send and Request Data with Reply) là dịch vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn. Profibus cung cấp 4 kiểu bản tin khác nhau cho truyền dữ liệu và gửi thẻ bài. Trạng thái làm việc của Profibus DP được xác định thông qua trang thái của trạm chủ. Có 3 trạng thái hoạt động là: Operate truyền theo chu kỳ dữ liệu đầu vào/ra; Clear đọc đầu vào và giữ đầu ra ở trạng thái an toàn; Stop không truyền dữ liệu của ứng dụng, chỉ cho phép tham số hóa và chuẩn đoán. Profibus DP có các lệnh cho phép đồng bộ các đầu vào và ra. Chế độ Sync để đồng bộ hóa dữ liệu đầu ra và chế độ Freeze dùng để đồng bộ hóa dữ liệu đầu vào. Trao đổi dữ liệu giữa Master và các Slave gán cho nó thực hiện tuần hoàn theo trình tự định sẵn. Trong mỗi một chu kỳ Bus, Master sẽ lần lượt đọc các thông tin đầu vào của các trạm Slave lên bộ nhớ của Master và đưa các thông tin đầu ra từ bộ nhớ Master tới trạm Slave. Mỗi trạm Slave cho phép tối đa 246 byte dữ liệu đầu vào và 246 byte dữ liệu đầu ra.vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn. Profibus cung cấp 4 kiểu bản tin khác nhau cho truyền dữ liệu và gửi thẻ bài. Trạng thái làm việc của Profibus DP được xác định thông qua trang thái của trạm chủ. Có 3 trạng thái hoạt động là: Operate truyền theo chu kỳ dữ liệu đầu vào/ra; Clear đọc đầu vào và giữ đầu ra ở trạng thái an toàn; Stop không truyền dữ liệu của ứng dụng, chỉ cho phép tham số hóa và chuẩn đoán. Profibus DP có các lệnh cho phép đồng bộ các đầu vào và ra. Chế độ Sync để đồng bộ hóa dữ liệu đầu ra và chế độ Freeze dùng để đồng bộ hóa dữ liệu đầu vào. Trao đổi dữ liệu giữa Master và các Slave gán cho nó thực hiện tuần hoàn theo trình tự định sẵn. Trong mỗi một chu kỳ Bus, Master sẽ lần lượt đọc các thông tin đầu vào của các trạm Slave lên bộ nhớ của Master và đưa các thông tin đầu ra từ bộ nhớ Master tới trạm Slave. Mỗi trạm Slave cho phép tối đa 246 byte dữ liệu đầu vào và 246 byte dữ liệu đầu ra. Profibus DP còn có các dich vụ trao đổi dữ liệu không theo chu kỳ cho phép số hóa và chuẩn đoán các vấn đề xảy ra với Slave từ Master. Các thiết bị PROFIBUS có những đặc điểm cấu trúc khác nhau. Sự khác nhau về cấu trúc giữa chúng tùy thuộc vào chức năng của từng thiết bị và phụ thuộc vào các tham số đường truyền như tốc độ truyền dữ liệu, các giá trị thời gian giám sát. Những tham số này thay đổi tùy theo từng loại thiết bị và hệ thống điều khiển. Để mạng truyền thông với giao thức Profibus có cấu trúc đơn giản, các thiết bị thường sử dụng GSD files, file GSD là file datasheet của thiết bị. Tất cả các nhà sản xuất đều phải cung cấp file GSD trong các thiết bị Profibus của mình. GSD files được ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống truyền tin mở đến các hệ thống điều khiển vận hành. GSD files được dùng trên mọi cấu hình từ loại đơn giản nhất đến loại phức tạp nhất. Điều này có nghĩa là tích hợp giữa các thiết bị thuộc những nhà sản xuất khác nhau trong mạng Profibus còn không là vấn đề khó khăn. GSD files chứa những đặc điểm đặc trưng cơ bản giống nhau giữa các thiết bị Profibus, đó chính là lý do vì sao GSD files tương thích được với nhiều loại thiết bị. Thông qua những file này, kỹ sư dự án không phải nắm bắt các thông số kỹ thuật theo cách đo đạc bằng tay thông thường như trước nữa. Thời gian được tiết kiệm đáng kể và trong suốt quá trình, hệ thống điều khiển sẽ tự động kiểm tra (check) các sai số đầu vào, sai số truyền dữ liệu và nhiều loại sai số khác. Để thiết kế một thiết bị điều khiển có tích hợp Profibus DP, thông thường người ta sử dụng các chip ASICs Đối với các thiết bị đầu vào/ đầu ra đơn giản, giải pháp Profibus với ASICs đơn chíp là một giải pháp thực tế. Tất cả các chức năng giao thức đã được tích hợp sẵn trong ASICs. Vì vậy không cần bộ vi xử lý hoặc phần mềm mà chỉ cần mạch giao diện truyền tin, tinh thể thạch anh và các thiết bị điện tử công suất đóng vai trò như các thiết bị ngoại vi. Thí dụ: bộ Slave điển hình bao gồm SPM2 ASICs của Siemens, chip IX1 của M2C và CHIP vpcls-ASIC của profichip. Cũng giống như bộ slave thông minh, ở bộ master phức hợp, bộ phận xử lý giao thức của nó cũng làm việc trên chip giao thức, còn những phần còn lại làm việc như phần mềm trong bộ vi điều khiển. Các chip ASICs ASPC2 (Siemens), IX1 (M2C) hay VAF PBM (IAM) đều đã được chế sẵn để hỗ trợ các thiết bị master phức hợp hoạt động. Chúng cũng được kết hợp và cùng vận hành với các bộ vi xử lý. Do có nhiều ưu điểm nên hiện nay Profibus DP được sử dụng rất nhiều trong hệ thống điều khiển tự động của các nhà máy công nghiệp như Xi-măng, điện, hóa chất, chế biến v v tại Việt Nam cũng như trên thể giới. 2- Xác Định Vùng Truyền Nhận Dữ Liệu: a- Mục Đích: Khi ta gửi dữ liệu lên mạng thì nó sẽ tự động chuyển tới vùng nhớ mà ta qui định, khi đó ta chỉ việc đọc vùng nhớ đó. b- Cách Truyền: Xét ví dụ: Truyền 1 bit điều khiển từ master xuống slave 1 chẳng hạn : - Xuất ra vùng nhớ trên master mà slave 1 đã được qui định. cụ thể là: QB10/QB12, ví dụ ta chọn bit Q10.0 chẳng hạn - Khi đó ở slave 1 chỉ cần đọc nội dung của V10.0 đó cũng chính là nội dung của Q10.0. . quá trình. Profibus cũng bao gồm chuẩn giao thức bus công nghiệp (Industrial Bus Protocol) PROFInet. II- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus- DP Profibus DP. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MẠNG PROFIBUS I- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus: 1- Giới Thiệu: Giao thức Profibus được một nhóm các nhà cung cấp tự động hóa nhà máy