Cả ba giao thức FMS, DP và PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu (lớp FDL).PROFIBUS-PA có cùng giao diện sử dụng như DP, tuy nhiên tính năng của các thiết bị được qui định khác nhằm phù hợp với môi trường làm việc dễ cháy nổ. Kỹ thuật truyền dẫn MBP (Manchester coded, Bus Powered) theo IEC 1158-2 cũ được áp dụng ở đây đảm bảo vấn đề an toàn và cung cấp nguồn cho các thiết bị qua cùng dây dẫn bus. Để tích hợp các đoạn mạng DP và PA có thể dùng các bộ chuyển đổi (DP/PA-Link, DP/PACoupler) có sẵn trên thị trường.
Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con là FMS (Fieldbus Message Specification) và LLI (Lower Layer Interface), trong đó FMS chính là một tập con của chuẩn MMS (xem chi tiết trong chương 5). Lớp FMS đảm nhiệm việc xử lý giao thức sử dụng và cung cấp các dịch vụ truyền thông, trong khi LLI có vai trị trung gian cho FMS kết nối với lớp 2 mà không phụ thuộc vào các thiết bị riêng biệt. Lớp LLI cịn có nhiệm vụ thực hiện các chức năng bình thường thuộc các lớp 3-6, ví dụ tạo và ngắt nối, kiểm sốt lưu thơng. PROFIBUS-FMS và PROFIBUS-DP sử dụng cùng một kỹ thuật truyền dẫn và phương pháp truy nhập bus, vì vậy có thể cùng hoạt động trên một đường truyền vật lý duy nhất.
Lớp liên kết dữ liệu ở PROFIBUS được gọi là FDL (Fieldbus Data Link), có chức năng kiểm soát truy nhập bus , cung cấp các dịch vụ cơ bản (cấp thấp) cho việc trao đổi dữ liệu một cách tin cậy , không phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn ở lớp vật lý.
DP là giao thức truyền thông hiệu quả, sử dụng cho lớp 1 và lớp 2 cũng như giao tiếp ứng dụng. Lớp 3 đến lớp 7 là không sử dụng. Qua cấu trúc này đảm bảo việc truyền dữ liệu nhanh và hiệu quả. Bản đồ liên kết dữ liệu trực tiếp (Direct Data
25 Link Mapper, DDLM) cung cấp giao tiếp ứng dụng dễ dàng truy cập đến lớp 2. Trong giao tiếp ứng dụng xác định các chức năng ứng dụng cho người dùng, cũng như các đặc tính hệ thống, đặc tính thiết bị của các loại DP khác nhau.
b) Cấu trúc bức điện
Một bức điện (telegram) trong giao thức thuộc lớp 2 của PROFIBUS được gọi là khung (frame). Ba loại khung có khoảng cách Hamming là 4 và một loại khung đặc biệt đánh dấu một token được qui định như sau:
− Khung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu: SD1 DA SA FC FCS ED
− Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu: SD3 DA SA FC DU FCS ED
− Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1-246 byte dữ liệu: SD2 LE Ler SD2 DA SA FC DU FCS ED
− Token:
SD4 DA SA
Byte điều khiển khung (FC) dùng để phân biệt các kiểu bức điện, ví dụ bức điện gửi hay yêu cầu dữ liệu (Send and/or Request) cũng như xác nhận hay đáp ứng (Acknowledgement/Response). Bên cạnh đó, byte FC cịn chứa thơng tin về việc thực hiện hàm truyền, kiểm sốt lưu thơng để tránh việc mất mát hoặc gửi đúp dữ liệu cũng như thông tin kiểu trạm, trạng thái FDL.
PROFIBUS-DP sử dụng phương thức truyền khơng đồng bộ, vì vậy việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận phải thực hiện với từng ký tự. Cụ thể, mỗi byte trong bức điện từ lớp 2 khi chuyển xuống lớp vật lý được xây dựng thành một ký tự UART dài 11 bit, trong đó một bit khởi đầu (Start bit), một bit chẵn lẻ (parity chẵn) và một bit kết thúc (Stop bit).
Các ô DA, SA, FC và DU được coi là phần mang thông tin. Trừ ô DU, mỗi ô cịn lại trong một bức điện đều có chiều dài 8bit (tức một ký tự) với các ý nghĩa cụ thể như sau:
Bảng 2.8 Ngữ nghĩa khung bức điện FDL
Ký hiệu
Tên đầy đủ Ý nghĩa
SD1… SD4
Start Delimiter Byte khởi đầu, phân biệt giữa các loại khung
SD1=10H, SD2=68H, SD3=A2H, SD4=DCH
LE Length Chiều dài thông tin (4-249 byte)
LEr Length repeated Chiều dài thông tin nhắc lại vì lý do an toàn
DA Destination Address Địa chỉ đíc (trạm nhận) , từ 0-127 SA Source Address Địa chỉ nguồn (trạm gửi ), từ 0-126 DU Data Unit Khối dữ liệu sử dụng
FC Frame Control Byte điều khiển khung FCS Fram Check
Sequence
Byte kiểm soát lỗi , HD=4
ED End Delimiter Byte kết thúc, ED=16H
Dãy bit truyền đi :
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
20 27
LSB MSB
0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 P 1
Start bit (ST) Stop bit (BP)
Parity bit (chẵn)
c) Truy nhập bus
PROFIBUS phân biệt hai loại thiết bị chính là trạm chủ (master) và trạm tớ (slave). Các trạm chủ có khả năng kiểm sốt truyền thơng trên bus. Một trạm chủ có
27 thể gửi thơng tin khi nó giữ quyền truy nhập bus. Một trạm chủ cịn được gọi là trạm tích cực. Các trạm tớ chỉ được truy nhập bus khi có yêu cầu của trạm chủ. Một trạm tớ phải thực hiện ít dịch vụ hơn, tức xử lý giao thức đơn giản hơn so với các trạm chủ, vì vậy giá thành thường thấp hơn nhiều. Một trạm tớ còn được gọi là trạm thụ động.
Hai phương pháp truy nhập bus có thể được áp dụng độc lập hoặc kết hợp là TokenPassing và Master/Slave. Nếu áp dụng độc lập, Token-Passing thích hợp với các mạng FMS dùng ghép nối các thiết bị điều khiển và máy tính giám sát đẳng quyền, trong khi Master/Slave thích hợp với việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với các thiết bị trường cấp dưới sử dụng mạng DP hoặc PA. Khi sử dụng kết hợp (Hình 2.14), nhiều trạm tích cực có thể tham gia giữ Token. Một trạm tích cực nhận được Token sẽ đóng vai trị là chủ để kiểm sốt việc giao tiếp với các trạm tớ nó quản lý, hoặc có thể tự do giao tiếp với các trạm tích cực khác trong mạng.