Bài giảng Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 6.1: Profibus. Những nội dung chính trong chương này gồm có: Giới thiệu chung, kiến trúc giao thức, kỹ thuật truyền dẫn, truy nhập bus, dịch vụ truyền dữ liệu, cấu trúc bức ₫iện, PROFIBUS-DP, PROFIBUS-PA.
Hệ thống thông tin công nghiệp 6.1 Profibus 4/8/2006 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 6.1 Profibus Giới thiệu chung Kiến trúc giao thức Kỹ thuật truyền dẫn Truy nhập bus Dịch vụ truyền liệu Cấu trúc ₫iện PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Giới thiệu chung PROFIBUS (Process Field Bus) ₫ược phát triển Đức từ năm 1987 DIN 19245, EN 50 170, IEC 61158, IEC 61784 PROFIBUS không dừng lại hệ thống truyền thơng, mà cịn ₫ược coi cơng nghệ tự ₫ộng hóa Một hệ thống bus trường hàng ₫ầu nay, ₫ược sử dụng rộng rãi Việt Nam Hỗ trợ PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ năm 1995 nằm PROFIBUS International (PI) với 1.100 thành viên toàn giới 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Ba loại giao thức PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) — Bus hệ thống bus ₫iều khiển , — Dịch vụ cao cấp, chủ yếu ₫ược sử dụng CN chế tạo PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral) — Bus trường cấp cao, chủ yếu ghép nối thiết bị ₫iều khiển với vào phân tán số thiết bị thông minh — Truyền liệu thô, hiệu suất cao — Ứng dụng ₫a năng, nhiều lĩnh vực PROFIBUS-PA — Mở rộng PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực công nghiệp chế biến (kỹ thuật truyền dẫn khác) — Ghép nối trực tiếp với thiết bị trường 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Lựa chọn giao thức 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kiến trúc giao thức PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA FMS-Profiles DP-Profiles PA-Profiles Giao diện sử dụng Các chức DP mở rộng Các chức DP sở Lớp Fieldbus Message Specification (FMS) K h « n g Líp 3-6 h i Ư n Fieldbus Data Link (FDL) Líp Líp t h Ĩ RS-485/RS-485IS/C¸p quang 6.1 Profibus MBP (IEC 1158-2) © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Các lớp dịch vụ giao thức Lớp ứng dụng FMS bao gồm hai lớp — FMS (Fieldbus Message Specification) tập chuẩn MMS, ₫ảm nhiệm việc xử lý giao thức cung cấp dịch vụ truyền thơng, — LLI (Lower Layer Interface)có vai trị trung gian cho FMS kết nối với lớp Lớp liên kết liệu FDL (Fieldbus Data Link): — kiểm soát truy nhập bus — cung cấp dịch vụ truyền liệu Lớp vật lý PROFIBUS qui ₫ịnh — kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, — môi trường truyền dẫn, — cấu trúc mạng giao diện học 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tương thích? FMS DP chạy ₫ường truyền (cùng sở hạ tầng) Giữa hai mạng FMS DP không cần ghép nối DP PA dịch vụ sử dụng (trên lớp 7), khác chủ yếu lớp vật lý Giữa DP PA cần ghép nối — DP/PA-Coupler (Bridge) — DP/PA-Link (Gateway) PA ₫ược coi ₫oạn mạng DP 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kỹ thuật truyền dẫn (lớp 1) Truyền dẫn với RS-485: Tốc ₫ộ truyền thông từ 9,6 kbit/s ₫ến 12 MBit/s Cấu trúc ₫ường thẳng kiểu ₫ường trục/₫ường nhánh (trunk-line/drop-line) daisy-chain, Tốc ₫ộ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lên yêu cầu cấu trúc daisy-chain Cáp truyền ₫ược sử dụng ₫ơi dây xoắn có bảo vệ (STP) Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với ₫iện trở 390Ω-220Ω-390Ω 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Chiều dài tối ₫a ₫oạn mạng từ 100 ₫ến 1200m, phụ thuộc vào tốc ₫ộ truyền ₫ược lựa chọn Quan hệ tốc ₫ộ truyền chiều dài tối ₫a ₫oạn mạng ₫ược tóm tắt bảng 4.1 Số lượng tối ₫a trạm ₫oạn mạng 32 Có thể dùng tối ₫a lặp tức 10 ₫oạn mạng Tổng số trạm tối ₫a mạng 126 Chế ₫ộ truyền tải không ₫ồng hai chiều không ₫ồng thời Phương pháp mã hóa bit NRZ 6.1 Profibus â 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 10 Dịch vụ không tuần hon (Truyền thông báo) Gửi liệu không xác nhận (SDN) (broadcast) Dịch vụ tuần hon Gửi v yêu cầu liệu tuần hon (CSRD) Dữ liệu Dữ liệu Trạm n Gửi liệu với xác nhận (SDA) Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu Trạm n+1 Xác nhận Dữ liệu Gửi v yêu cầu liệu (SRD) Dữ liệu Trạm n+2 Dữ liệu Dữ liệu Dữ liệu 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 19 Cấu trúc ₫iện (lớp 2) Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, không mang liệu: SD1 DA SA FC FCS ED Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, mang byte liệu: SD3 DA SA FC DU FCS ED Khung với chiều dài thông tin khác nhau, 1-246 byte liệu: SD2 LE LEr DA SA SD2 DA SA FC DU FCS ED Token: SD4 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 20 Ký hiệu Tên ₫ầy ₫ủ 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 ₫ích (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 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 21 Khung UART (FMS,DP) D ·y bit trun ®i 10 11 20 27 LSB M SB b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 P Start bit (ST) Stop bit (SP) Parity bit (ch½n) 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 22 Profibus-DP PRFIBUS-DP ₫áp ứng yêu cầu cao tính thời gian thực trao ₫ổi liệu cấp trường (ví dụ PLC, PC với DIO, thiết bị ₫o, biến tần, ) Trao ₫ổi liệu ₫ây chủ yếu tuần hoàn theo chế chủ/tớ DP hỗ trợ dịch vụ khơng tuần hồn, phục vụ tham số hóa, vận hành chẩn ₫ốn thiết bị trường thơng minh Đối chiếu với mơ hình OSI, PROFIBUS-DP thực lớp lý hiệu suất xử lý giao thức tính thời gian 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 23 Ba phiên DP DP-V0 qui ₫ịnh chức DP sở: — Trao ₫ổi liệu tuần hoàn — Chẩn ₫oán trạm, module kênh — Hỗ trợ ₫ặt cấu hình với tập tin GSD DP-V1 bổ sung chức DP mở rộng: — Trao ₫ổi liệu khơng tuần hồn PC PLC với trạm tớ — Tích hợp khả cấu hình với EDD (Electronic Device Description) FDT (Field Device Tool) — Các khối chức theo chuẩn IEC 61131-3 — Giao tiếp an toàn (PROFIsafe) — Hỗ trợ cảnh báo báo ₫ộng 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 24 Phiên DP-V2 mở rộng DP-V1 với chức năng: — Trao ₫ổi liệu trạm tới theo chế chào hàng/₫ặt hàng (publisher/subscriber) — Chế ₫ộ giao tiếp ₫ẳng thời (isochronous mode) — Đồng hóa ₫ồng hồ ₫óng dấu thời gian (time synchronisation, time stamping) — Hỗ trợ giao tiếp qua giao thức HART — Truyền nạp vùng nhớ lên xuống — Khả dự phịng 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 25 Cấu hình hệ thống kiểu thiết bị Trạm chủ DP cấp (DP-Master Class 1, DPM1): Các ₫iều khiển trung tâm, ví dụ PLC PC, module thuộc ₫iều khiển trung tâm Trạm chủ DP cấp (DP-Master Class 2, DPM2): Các máy lập trình, cơng cụ cấu hình vận hành, chẩn ₫oán hệ thống bus Cung cấp dịch vụ DPM1 + hàm ₫ặc biệt phục vụ ₫ặt cấu hình hệ thống, chẩn ₫ốn trạng thái, truyền nạp chương trình,v.v Trạm tớ DP (DP-Slave): Các vào/ra phân tán, truyền ₫ộng, HMI, van, cảm biến, ₫iều khiển phân tán Một PLC ₫óng vai trị trạm tớ thơng minh 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 26 Đặc tính vận hành hệ thống STOP: Khơng truyền liệu sử dụng trạm chủ trạm tớ, chẩn ₫ốn tham số hóa CLEAR: Trạm chủ ₫ọc thông tin ₫ầu vào từ trạm tớ giữ ₫ầu giá trị an toàn OPERATE: Trạm chủ chế ₫ộ trao ₫ổi liệu ₫ầu vào ₫ầu tuần hoàn với trạm tớ Trạm chủ thường xuyên gửi thông tin trạng thái tới trạm tớ sử dụng lệnh gửi ₫ồng loạt vào khoảng thời gian ₫ặt trước 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 27 Trao i d liu tun hon Dữ liệu đầu danh sách hỏi Slave Dữ liệu đầu vo yêu cầu đáp ứng Dữ liệu đầu Slave Dữ liệu đầu vo Dữ liệu đầu Slave Dữ liệu đầu vo Dữ liệu đầu Slave n Dữ liệu đầu vo yêu cầu đáp ứng Dữ liệu đầu Slave n Dữ liệu đầu vo DP-Master 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 28 Đồng hóa liệu vào/ra Mục ₫ích: Bảo ₫ảm tính qn liệu cho tốn ₫iều khiển Đồng hóa ₫ầu ra: — Lệnh SYNC: Đưa nhóm trạm tớ chế ₫ộ ₫ồng hóa ₫ầu — Lệnh UNSYNC ₫ưa trạm tớ chế ₫ộ bình thường (₫ưa ₫ầu tức thì) Đồng hóa ₫ầu vào: — Lệnh FREEZE: Đưa nhóm trạm tớ chế ₫ộ ₫ồng hóa ₫ầu vào — Lệnh UNFREEZE ₫ưa trạm tớ chế ₫ộ bình thường (₫ọc ₫ầu vào tức thì) 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 29 Chẩn ₫oán hệ thống Chẩn ₫oán trạm: Các thông báo liên quan tới trạng thái hoạt ₫ộng chung trạm, ví dụ tình trạng q nhiệt sụt áp Chẩn ₫ốn module: Các thơng báo thị lỗi nằm khoảng vào/ra ₫ó module Chẩn ₫ốn kênh: Trường hợp này, nguyên nhân lỗi nằm bit vào/ra (một kênh vào/ra) riêng biệt Phiên DP-V1 mở rộng thêm hai loại thông báo: — Thông báo cảnh báo/báo ₫ộng liên quan tới biến trình, trạng thái cập nhật liệu kiện tháo/lắp module thiết bị — Thông báo trạng thái phục vụ mục ₫ích bảo trì phịng ngừa, ₫ánh giá thống kê số liệu, 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 30 Giao tiếp trạm tớ (DXB) DP Master Cấp DP Slave (chào hàng) 6.1 Profibus DP Slave (đặt hàng) DP Slave (đặt hàng) © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 31 Chế ₫ộ ₫ẳng thời (isochronous mode) Ứng dụng chủ yếu ₫iều khiển hệ thống chuyển ₫ộng Đáp ứng yêu cầu cao tính thời gian thực, ₫ộ xác (₫ộ rung, jitter) tới microgiây Kết hợp chủ/tớ với TDMA Cần ₫ồng hóa thời gian 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 32 Profibus-PA Lớp sử dụng MBP Bổ sung số qui ₫ịnh chuyên biệt (profiles) PLC (DP-Master) PC (DP-Master) PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA I/O phân tán (DP-Slave) 6.1 Profibus DP/PA-Link (DP-Slave) â 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt 33 ... chọn giao thức 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kiến trúc giao thức PROFIBUS- FMS PROFIBUS- DP PROFIBUS- PA FMS-Profiles DP-Profiles PA-Profiles Giao diện... lĩnh vực PROFIBUS- PA — Mở rộng PROFIBUS- DP xuống cấp trường cho lĩnh vực công nghiệp chế biến (kỹ thuật truyền dẫn khác) — Ghép nối trực tiếp với thiết bị trường 6.1 Profibus © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com... biệt (profiles) PLC (DP-Master) PC (DP-Master) PROFIBUS- DP PROFIBUS- PA I/O phân tán (DP-Slave) 6.1 Profibus DP/PA-Link (DP-Slave) © 2006 - HMS CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt