VI. CÁC TIÊU CHUẨN ỨNG DỤNG
1. Tự động hoá quá trình (PA: Process Automation)
Việc sử dụng các thiết bị PROFIBUS điển hình và các ứng dụng trong tự động hoá quá trình được định nghĩa trong các tiêu chuẩn PA. Các tiêu chuẩn có thể lấy được từ Tổ chức người dùng PROFIBUS (PROFIBUS User Organization) trong đơn đặt hàng có mã số 3.204. Nó dựa trên các tiêu chuẩn truyền thông DP và tùy thuộc vào lĩnh vực ứng dụng mà sử dụng kỹ thuật truyền: IEC 1158-2, RS 485 hoặc cáp quang. Các tiêu chuẩn PA định nghĩa các thông số và đặc tính của các thiết bị trường điển hình (các bộ chuyển đổi đo hoặc các van) không phụ thuộc vào nhà sản xuất, do đó các thiết bị của các hãng khác nhau có thể sử dụng chung với nhau. Sự mô tả các chức năng và đặc tính thiết bị dự trên kiểu khối chức năng được các quốc tế công nhận. Với các qui định và khả năng của tiêu chuẩn ứng dụng PA, làm cho PROFIBUS thay thế phù hợp cho truyền tín hiệu Analog 4..20mA hoặc Hart.
PROFIBUS cũng cho phép đo lường và điều khiền, đIều chỉnh trong qui trình công nghệ theo vòng kín qua việc sử dụng cáp đôi dây xoắn. PROFIBUS cho phép bảo trì và tháo -lắp thiết bị trong quá trình hoạt động, thậm chí trong những vùng nguy hiểm. Các tiêu chuẩn PROFIBUS PA đã được phát triển với sự hợp tác chặt chẽ với những người sử dụng trong công nghiệp chế biến (NAMUR) và đáp ứng những yêu cầu đặc biệt của lĩnh vực này là:
Các tiêu chuẩn ứng dụng được chuẩn hoá cho tự động hoá quá trình và dùng lẫn các thiết bị trường từ các nhà sản xuất khác nhau.
Thêm vào và tháo bớt ra các trạm thậm chí trong các vùng nguy hiểm mà không làm ảnh hưởng tới các trạm khác.
Bus cho các bộ chuyển đổi đo sử dụng cáp đôI dây xoắn theo tiêu chuẩn IEC 1158-2.
Có thể sử dụng trong các vùng dễ cháy nổ với dạng bảo vệ “instrincally safe” (Eex ia/ib) hoặc “ encapsulation” (EE xd).
1.1. Các phương diện truyền thông
Sử dụng PROFIBUS trong hệ thống tiết kệm tới 40% chi phí trong việc lập kế hoạch, nối dây, cài đặt, bảo trì và làm tăng đáng kể tính năng và sự an toàn. Hình 17 cho biết sự khác nhau hệ thống giữa nối dây thông thường 4 đến 20mA và hệ thống dùng PROFIBUS.
Hình 17: So sánh nối dây thông thường và PROFIBUS
Các thiết bị trong vùng nguy hiểm được kết nối qua PROFIBUS bằng kỹ thuật truyền IEC 1158-2. Kỹ thụât truyền IEC 1158-2 cho phép truyền dữ liệu và nguồn cho thiết bị trường trên cùng một cáp đôi dây xoắn. Khi truyền tới vùng không nguy hiểm, PROFIBUS sử dụng kỹ thuật truyền RS 485 qua một couper hoặc Link. Không giống như kết nối thông thường một đường dây riêng phải đặt cho mỗi tín hiệu từ điểm đo tới modul I/O của hệ thống điều khiển (DCS). Với
PROFIBUS dữ liệu của nhiều thiết bị được truyền chung trên một cáp. Trong khi ở nối dây thông thường một nguồn cung cấp riêng (bảo vệ chống nổ nếu cần) phải được cung cấp cho một tín hiệu thì các Coupler hoặc Link sẽ thực hiện chức năng chung này cho nhiều thiết bị trong mạng PROFIBUS. Tùy thuộc vào các yêu cầu chống nổ và nguồn tiêu thụ của thiết bị thì có thể kết nối các bộ chuyển đổi đo từ cấp 9 (EEx ia/ib) tới 32 (non-ex) với 1 Coupler/Link. Điều này không chỉ tiết kiệm trong đi dây mà còn tiết kiệm nối dây trên các modul I/O của DCS, bởi vì chúng đựơc thay thế bằng giao tiếp PROFIBUS. Với PROFIBUS có thể bỏ qua các cách ly và thanh chắn vì nhiều bộ chuyển đổi đo được cấp nguồn từ một bộ nguồn duy nhất.
Các giá trị đo được và trạng thái của các thiết bị trường PA được truyền theo chu kỳ với cấp ưu tiên cao giữa DCS (DPM1) và các bộ chuyển đổi đo sử dụng các
chức năng nhanh cơ bản của DP. Điều này bảo đảm cho các giá trị đo hiện hành và các trạng thái của nó luôn luôn được cập nhật và hiện hữu trong hệ thống (DPM1). Mặt khác, các thông số thiết bị phục vụ cho điều khiển (visualization), bảo trì và chuẩn đoán được truyền bằng DPM2 với các chức năng DP không chu kỳ cấp ưu tiên thấp qua một kết nối C2.
1.2. Phương diện ứng dụng
Bên cạnh các định nghĩa liên quan tới truyền thông, các tiêu chuẩn PA còn bao gồm các định nghĩa ứng dụng như dạng dữ liệu, đơn vị dữ liệu đo lường được truyền cũng như giá trị trạng thái kết hợp. Các tiêu chuẩn cho đơn vị, ý nghĩa của các thông số như giới hạn phạm vi đo mức cao/thấp là không phụ thuộc vào nhà sản xuất.
Để hỗ trợ điều khiển, có thể mô phỏng các giá trị trong các bộ chuyển đổi đo. ở đây người sử dụng có thể nhập vào các giá trị không thực, sau đó các giá trị này được truyền từ bộ chuyển đổi đo tới hệ thống điều khiển xử lý thay vì các giá trị thực đo được. Điều này cho phép mô phỏng trạng thái cuả nhà máy và hỗ trợ người lập trình trong quá trình lập trình từng bước cho nhà máy.
Hình 18: Biểu diễn các tham số trong PROFIBUS-PA Profile
Hoạt động của thiết bị được mô tả bằng cách xác định các biến được chuẩn hoá, đặc tính của các bộ chuyển đổi đo được mô tả chi tiết. Trong hình 18 cho biết nguyên lý của của một bộ chuyển đổi áp suất (pressure transmitter) được mô tả với khối chức năng “Analog Input”.
Các tiêu chuẩn PA bao gồm một bảng dữ liệu chung (data Sheet) chứa các định nghĩa có thể áp dụng cho tất cả các dạng thiết bị và các bảng dữ liệu chứa các thông tin xác định cho từng dạng thiết bị. Các tiêu chuẩn phù hợp với sự mô tả cuả các thiết bị với chỉ duy nhất một biến đo được (single variable) cũng như cho các thiết bị đa chức năng với nhiều biến đo được (multi variable). Tiêu chuẩn PA hiện hành (version 3.0) định nghĩa bảng dữ liệu cho tất cả các bộ chuyển đổi:
áp suất và sự chênh lệch áp suất
Mức, nhiệt độ, dòng chảy
Các ngõ vào và ra số/tương tự
Các van, bộ định vị
Các bộ phân tích (Analyzer)
1.3. Các khối chức năng PA
Các tiêu chuẩn PA hỗ trợ sự tráo đổi và khả năng hoạt động chung
(intreoperability) của các thiết bị trường từ các nhà sản xuất khác nhau. Các tiêu chuần PA sử dụng kiểu khối chức năng đã được quốc tế công nhận để mô tả các chức năng và thông số thiết bị. Các khối chức năng biểu diễn các chức năng ứng dụng khác nhau như các ngõ vào analog hoặc ngõ ra analog.
Ngoài các khối chức năng ứng dụng xác định, còn có 2 khối chức năng cho các đặc tính xác định của thiết bị (khối vật lý: physical block và khối cho bộ chuyển đổi: transducer block). Các thông số ngõ vào và ngõ ra của các khối chức năng có thể kết nối thông qua bus và liên kết tới một ứng dụng.
Physical block: Chứa các thông tin chung về thiết bị như tên thiết bị, nhà sản xuất, phiên bản, số serial.
Transducer Block: Chứa các dữ liệu ứng dụng xác định dưới dạng các thông số chuẩn.
Analog input Block: Cung cấp giá trị đo được từ cảm biến kèm theo trạng thái và tỷ lệ
Analog output Block: Cung cấp các tín hiệu ngõ ra với các giá trị ngõ ra được xác định bởi hệ thống
Hình 19: Với PROFISafe Profile, các thiết bị an toàn có thể truyền thông qua PROFIBUS
Digital input (DI): Cung cấp cho hệ thống các giá trị của ngõ vào số
Digital output: Cung cấp các tín hiệu ngõ ra với các giá trị được xác định bởi hệ thống.
Một ứng dụng chứa nhiều khối chức năng (FB). Các khối chức năng này được tích hợp trong các thiết bị trường bởi nhà sản xuất và có thể truy cập qua truyền thông cũng như qua các công cụ phần mềm liên quan (Engineering tool).