Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp: Chương 6.2 - Nguyễn Thị Huế

Bài giảng Hệ thống đo và điều khiển công nghiệp: Chương 6.2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Lịch sử phát triển Profibus; Kiến trúc giao thức; Cấu trúc mạng và kỹ thuật truyền dẫn; Điều khiển truy nhập bus; Dịch vụ truyền dữ liệu; Cấu trúc bức điện; Profibus – FMS; Profibus – DP; Profibus – PA; Thiết bị Profibus. Mời các bạn cùng tham khảo!

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐO VÀ ĐIỀU KHIỂN CÔNG NGHIỆP Nguyễn Thị Huế Bộ môn Kĩ thuật đo Tin học cơng nghiệp NỘI DUNG MƠN HỌC Giới thiệu chung lịch sử phát triển hệ thống đo điều khiển công nghiệp Các thiết bị đo lường chấp hành công nghiệp Các điều khiển khả trình Các thiết bị giám sát công nghiệp Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp Các giao thức công nghiệp tiêu biểu Một số hệ thống đo điều khiển công nghiệp tiêu biểu 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Profibus Lịch sử phát triển Kiến trúc giao thức Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn Điều khiển truy nhập bus Dịch vụ truyền liệu Cấu trúc điện Profibus – FMS Profibus – DP Profibus – PA 10 Thiết bị Profibus 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Lịch sử phát triển Profibus - PROFIBUS (Process Field Bus) hệ thống bus trường phát triển Đức từ năm 1987 21 công ty quan nghiên cứu hợp tác - Sau chuẩn hóa quốc gia với DIN 19245, PROFIBUS trở thành chuẩn châu âu EN 50 170 năm 1996 chuẩn quốc tế IEC 61158 vào cuối năm 1999 - Gần đây, PROFIBUS không dừng lại hệ thống truyền thơng, mà cịn coi cơng nghệ tự động hóa 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Lịch sử phát triển Profibus  Với mục đích quảng bá hỗ trợ việc phát triển sử dụng sản phẩm tương thích PROFIBUS, tổ chức người sử dụng đuợc thành lập, mang tên PROFIBUS Nutzerorgamsation (PNO)  Từ năm 1995, tổ chức nằm hiệp hội lớn mang tên PROFIBUS International (PI) với 1.100 thành viên toàn giới 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Cost Comparison 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Cost Comparison Reduced installation costs 100% 100% 22% 27% 50% Savings > 40% 57% 12% Engineering 22% Assembly 23% Hardware 51% 0% 20mA, discrete wired Source: Namur (Bayer) WWW.PROFIBUS.COM PROFIBUS Kiến trúc giao thức 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Kiến trúc giao thức  Profibus chuẩn bus trường mở, không phụ thuộc vào nhà cung cấp, Profibus cho phép giao tiếp thiết bị hãng khác mà không cần điều chỉnh đặc biệt giao diện  Profibus dùng cho ứng dụng địi hỏi tính thời gian với tốc độ cao nhiệm vụ truyền thông phức tạp  Ngày Profibus hệ bus trường hàng đầu giới với 20% thị phần, triệu thiết bị lắp đặt khoảng 500.000 ứng dụng 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Kiến trúc giao thức 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 10 Các khối Profibus- PA  Khối vật lý (physical block) chứa thông tin chung thiết bị tên thiết bị, nhà sản xuất, chủng loại, mã serie  Khối biến đổi (transducer block ) chứa tham số cần thiết cho việc ghép nối thiết bị trường với trình kỹ thuật, ví dụ thơng tin phục vụ chỉnh định ( calibration) chuẩn đoán vào/ra  Khối chức có trách nhiệm thực chức vào/ra (AI, AO, DI, DO) nằm sách lược điều khiển 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 88 Thiết bị Profibus Giao thức Profibus công nghiệp 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 89 Thiết bị Profibus  Các thiết bị PROFIBUS có đặc điểm cấu trúc khác Sự khác cấu trúc chúng tùy thuộc vào chức thiết bị (ví dụ thiết bị truyền tín hiệu đầu vào/ đầu ra, chuẩn đoán ) phụ thuộc tham số đường truyền tốc độ truyền liệu, giá trị thời gian giám sát Những tham số thay đổi tùy theo loại thiết bị hệ thống điều khiển Để mạng truyền thơng với giao thức PROFIBUS có cấu trúc đơn giản, thiết bị thường sử dụng GSD files  Tất nhà sản xuất phải cung cấp file GSD thiết bị PROFIBUS 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 90 Thiết bị Profibus Hình ảnh GSD file 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 91 Thiết bị Profibus  GSD files ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống truyền tin mở đến hệ thống điều khiển vận hành GSD files dùng cấu hình từ loại đơn giản đến phức tạp Điều có nghĩa tích hợp thiết bị thuộc nhà sản xuất khác mạng PROFIBUS không vấn đề khó khăn  GSD files chứa đặc điểm đặc trưng giống thiết bị PROFIBUS, lý GSD files tương thích với nhiều loại thiết bị Thơng qua file kỹ sư dự án nắm bắt thông số kỹ thuật theo đo đạc tay thông thường trước Thời gian tiết kiệm đáng kể suốt trình, hệ thống điều khiển tự động kiểm tra sai số đầu vào, sai số truyền liệu nhiều loại sai số khác 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 92 Thiết bị Profibus  Các khu vực file GSD: Khu vực chứa thông tin chung: thông tin chung chẳng hạn thiết bị, mã đăng ký phần mềm, phần cứng, tốc độ truyền liệu đường truyền , thời gian giám sát Khu vực liên kết với trạm chủ (Master-related): chứa tham số liên kết với trạm chủ, ví dụ số lượng lớn slave kết nối… Khu vực khơng có thiết bị slave Khu vực liên kết với trạm tớ (Slave-related) : khu vực chứa thông tin liên quan đến trạm slave số lượng chủng loại đầu vào đầu vào/ đâu ra, thông tin chuẩn đoán module thiết bị 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 93 Thiết bị Profibus  Các tham số khu vực riêng biệt tách từ khóa- key words Từ khóa A tham số ủy nhiệm (ví dụ tên hãng sản xuất ), tham số lựa chọn (options ) mã đồng Sự khác biệt nhóm tham số cho phép ta lựa chọn options hiểu Ngoài ra, file bit map với biểu tượng thiết bị tích hợp  Dung lượng file GSD chứa lớn Nó chứa thơng số tốc độ truyền liệu không gian mô tả module hữu ích module thiết bị Nó cịn chứa thơng tin chuẩn đốn 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 94 Thiết bị Profibus 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 95 Thiết bị Profibus 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 96 Thiết bị Profibus Phương thức làm việc slave đơn giản Các phương thức làm việc Phương thức làm việc slave thông minh Phương thức làm việc master phức tạp Phương thức làm việc theo chuẩn IEC 1158-2 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 97 Thiết bị Profibus Phương thức làm việc slave đơn giản  Đối với thiết bị đầu vào/ đầu đơn giản, giải pháp PROFIBUS với ASICs đơn chip giải pháp thực tế Tất chức giao thức tích hợp sẵn ASICs Vì khơng cần vi xử lý phần mềm mà cần mạch giao diện truyền tin, tinh thể thạch anh thiết bị điện tử cơng suất đóng vai trị thiết bị ngoại vi.Thí dụ slave điển hình bao gồm SPM2 ASIC Siemens , chip IX1 M2C CHIP vpcisasic profichip 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 98 Thiết bị Profibus Phương thức làm việc slave thông minh  Đối với slave thông minh, phận thời gian tới hạn làm việc chip giao thức, phần lại làm việc phần mềm vi điều khiển  Chip DDC31 hãng Siemens kết hợp chip giao thức vi điều khiển Cịn chíp sở khác, ví dụ ASICs SPC3 ( Siemens ), VPC3+ (PROFICHIP ) hay IX1 (M2C ) chế sẵn, cần lắp ráp Những chip ASIC cung cấp giao diện dùng chung với vi điều khiển Ngồi ra, slave thơng minh ta cịn dùng vi xử lý với lõi tích hợp giao thức PROFIBUS 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 99 Thiết bị Profibus Phương thức làm việc master phức hợp  Cũng giống slave thông minh, master phức hợp, phận thời gian tới hạn làm việc phần mềm vi điều khiển Các chip ASICs ASPC2 (siemens), IX1 (M2C) hay PBM (IAM) chế sẵn hỗ trợ thiết bị master phức hợp hoạt động Chúng kết hợp vận hành với vi xử lý 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 100 Thiết bị Profibus Phương thức làm việc theo chuẩn IEC 1158-2  Đối với thiết bị trường truyền công suất tuân theo chuẩn IEC 1158-2, vấn đề cần lưu ý cơng suất tiêu tốn phải thấp ( thiết bị truyền công suất ) Đối với thiết bị loại thường thường dùng nguồn dòng cỡ 10 mA phù hợp cho việc nuôi thiết bị đo đạc, cung cấp lượng truyền tin  Để đáp ứng yêu cầu trên, hãng Siemen hãng Smar chế tạo chip đặc biệt phù hợp Những chip lấy lượng cần thiết để vận hành toàn thiết bị từ đường bus truyền theo chuẩn IEC 1158-2 khiến đường truyền nguồn cung cấp điện áp cho thiết bị trường PA khác hệ thống 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 101 Thiết bị Profibus Thiết bị Profibus công nghiệp 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN 102 ... hệ thống đo điều khiển công nghiệp Các thiết bị đo lường chấp hành công nghiệp Các điều khiển khả trình Các thiết bị giám sát cơng nghiệp Cơ sở kĩ thuật truyền tin công nghiệp Các giao thức công. .. nghiệp tiêu biểu Một số hệ thống đo điều khiển công nghiệp tiêu biểu 4/11/2019 NTH-KTĐ&THCN Profibus Lịch sử phát triển Kiến trúc giao thức Cấu trúc mạng kỹ thuật truyền dẫn Điều khiển truy nhập bus... applications - Multi-master communication PROFIBUSDP RS 485 / FO Fast - Plug and play - Efficient and cost effective PROFIBUSPA IEC 115 8-2 Application Oriented - Power over the bus - Intrinsic