Khi kết nối tới trạm hãy đảm bảo rằng các đường dữ liệu không bị đảo ngược. Việc sử dụng đường dây dữ liệu có bọc là hồn tồn cần thiết để hệ thống có khả năng tránh được những ảnh hưởng của từ trường. Vỏ bọc dây dẫn cần phải được nối vối PE ở cả 2 phía. Ngồi ra đường dây dữ liệu phải đặt cách cáp dẫn điện áp cao. Khi tốc độ truyền >= 1,5 Mbit/s không được sử dụng trong các đường nhánh cụt. Hiện có các đầu nối dạng cắm có khả năng kết nối trực tiếp cáp dữ liệu vào và cáp dữ liệu ra. Qua đó loại trừ sử dụng đường nhánh cụt và đầu nối BUS có thể cắm vào hoặc tháo ra khỏi BUS bất cứ thời gian nào mà không làm ảnh hưởng đế sự truyền dữ liệu.
Khi có vấn đề xảy ra trong mạng PROFIBUS thì hơn 90% các trường hợp là do nối dây và lắp đặt sai. Các vấn đề này có thể giải quyết bằng thiết bị BUS - tester, nó có thể phát hiện nhiều lỗi nối dây điển hình trước khi hoạt động.
Truyền dẫn với RS-485IS:
Một trong những ưu điểm của RS-485 là cho phép truyền tốc độ cao, vì thế nó được phát triển để phù hợp với mơi trường địi hỏi an toàn cháy nổ. Với RS- 485IS (IS: Intrinsically Safe), tổ chức PNO đã đưa ra các chỉ dẫn và các qui định ngặt nghèo về mức điện áp và mức dòng tiêu thụ của các thiết bị làm cơ sở cho các nhà cung cấp. Khác với mơ hình FISCO chỉ cho phép một nguồn tích cực an tồn riêng, ở đây mỗi trạm đều là một nguồn tích cực .Khi ghép nối tất cả các nguồn tích cực, dịng tổng cộng của tất cả các trạm không được phép vượt quá một giá trị tối đa
21 cho phép. Các thử nghiệm cho thấy cũng có thể ghép nối tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS.
Truyền dẫn với cáp quang:
Cáp quang thích hợp đặc biệt trong các lĩnh vực ứng dụng có mơi trường làm việcnhiễu mạnh hoặc đòi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. Các loại cáp quang có thể sử dụng ở đây là:
− Sợi thủy tinh đa chế độ với khoảng cách truyền tối đa 2-3km và sợi thủy tinh đơn
chế độ với khoảng cách truyền có thể trên 15km.
− Sợi chất dẻo với chiều dài tối đa 80m và sợi HCS với chiều dài tối đa 500m. Do đặc điểm liên kết điểm-điểm ở cáp quang, cấu trúc mạng chỉ có thể là hình sao hoặc mạch vòng. Trong thực tế, cáp quang thường được sử dụng hỗn hợp với RS-485 nên cấu trúc mạng phức tạp hơn.
Truyền dẫn với MBP:
MBP (Manchester Coded, Bus-Powered) là một kỹ thuật truyền dẫn được đưa ra trong chuẩn IEC 1158-2 cũ nhằm vào các ứng dụng điều khiển quá trình trong cơng nghiệp chế biến như lọc dầu, hóa chất, nơi có u cầu nghiêm ngặt về an tồn cháy nổ và nguồn cung cấp cho các thiết bị trường. Chuẩn IEC 61158-2 mới qui định nhiều kỹ thuật truyền dẫn khác nhau, trong đó có MBP, vì vậy tên mới này được sử dụng để tránh nhầm lẫn.
Như cái tên của nó đã thể hiện, MBP sử dụng mã Manchester, cho phép đồng tải nguồn trên đường bus, chế độ truyền đồng bộ và tốc độ truyền 31,25kbit/s. Về mặt tín hiệu, thực chất MBP cũng sử dụng phương thức truyền dẫn chênh lệch đối xứng, với cáp đôi dây xoắn và trở đầu cuối là 100Ω. Mức điện áp tối đa được qui định nằm trong khoảng 0,75-1V. Trong phạm vi dải tần tín hiệu, các trạm phải có trở kháng rất lớn để việc chia nguồn không ảnh hưởng tới chất lượng truyền tải dữ liệu.
Trong một số ngành công nghiệp chế biến, đặc biệt là ngành xăng dầu, hóa chất, mơi trường làm việc rất nhạy cảm với xung điện nên mức điện áp cao trong chuẩn truyền dẫn RS-485 khơng thích hợp. PROFIBUS-PA sử dụng lớp vật lý theo phương pháp MBP (chuẩn IEC 1158-2 cũ). Phương pháp mã hóa bit Manchester rất bền vững với nhiễu nên cho phép sử dụng mức tín hiệu thấp hơn nhiều so với RS- 485, đồng thời cho phép các thiết bị tham gia bus được cung cấp nguồn với cùng đường dẫn tín hiệu.
Kỹ thuật truyền dẫn MBP thông thường được sử dụng cho một đoạn mạng an toàn riêng (thiết bị trường trong khu vực dễ cháy nổ), được ghép nối với đoạn RS-
485 qua các bộ nối đoạn (segment coupler) hoặc các liên kết (link). Một segment coupler hoạt động theo nguyên tắc chuyển đổi tín hiệu ở lớp vật lý, vì vậy có sự hạn chế về tốc độ truyền bên đoạn RS-485. Trong khi đó, một link ánh xạ tồn bộ các thiết bị trường trong một đoạn MBP thành một trạm tớ duy nhất trong đoạn RS-485, không hạn chế tốc độ truyền bên đoạn RS-485.
Bảng 2.5 Mỗi đầu dây được kết thúc bằng một trở đầu cuối bị động
Chế độ truyền Đồng bộ Mã hóa bít Manchester code Tốc độ truyền 31,25kbit/s
Cáp truyền Hai đôi dây xoắn STP
Cung cấp nguồn từ xa Tùy chọn, sử dụng đường dây tải dữ liệu Mức bảo vệ cháy nổ EEx ia/ib và EEx d/m/p/q
Cấu trúc Đường thẳng, cây, hình sao hoặc phối hợp Số trạm Tối đa 32 trạm một đoạn, tổng cộng tối đa 126 Số bộ lặp Tối đa 4 bộ lặp
Số trạm tối đa trong một đoạn mạng theo qui định là 32, nhưng số trạm thực tế có thể ghép nối được phụ thuộc vào mức bảo vệ được chọn và công suất nguồn nuôi. Trong một mạng an toàn riêng, điện thế cũng như dịng nguồn ni cũng bị hạn chế ở một mức nhất định. Bảng 2.6 liệt kê một số thông số cho các bộ cung cấp nguồn chuẩn, với điều kiện tiêu hao nguồn tại mỗi trạm là 10mA. Trong trường hợp tiêu hao nguồn lớn hơn, số lượng trạm tối đa sẽ phải giảm đi theo tỉ lệ tương ứng.
Bảng 2.6 Một số bộ cung cấp nguồn chuẩn theo IEC 1158-2
Kiểu Mức an tồn riêng Điện thế Dịng tối đa Công suất Số trạm I EEx ia/ib IIC 13,5V 110mA 1,8W 9 II EEx ib IIC 13,5V 110mA 1,8W 9 III EEx ib IIB 13,5V 250mA 4,2W 22 IV Không 24V 500mA 12W 32
23 Chiều dài tối đa của một đoạn mạng một mặt phụ thuộc vào công suất nguồn nuôi, mặt khác phụ thuộc vào số trạm tham gia. Có thể tính tốn chiều dài này một cách tương đối dựa vào bảng 2.4 Tổng dịng tiêu hao ở cột thứ nhất được tính bằng tổng tiêu hao của các trạm, cộng với dòng dự trữ 9mA mỗi đoạn mạng cho thiết bị ngắt lỗi FDE (Fault Disconnection Equipment). Trong điều khiển quá trình, một trạm có sự cố khơng được phép làm tê liệt cả đoạn mạng. Vì vậy, FDE được tích hợp trong mỗi trạm và có nhiệm vụ tách trạm liên quan ra khỏi đoạn bus, trong trường hợp trạm đó tiêu hao dịng q lớn vì lý do sự cố bên trong.
Bảng 2.7 Chiều dài cáp dẫn theo IEC 1158-2
Bộ nguồn cung cấp Kiểu I Kiểu II Kiểu III Kiểu IV Kiểu IV Kiểu IV Điện thế (V) 13,5 13,5 13,5 24 242 24 Tổng dòng tiêu hao
tối đa (mA)
110 110 250 110 250 500
Chiều dài tối đa (m) tiết diện 0,8 mm2
900 900 400 1900 1300 650
Chiều dài tối đa (m) tiết diện 1,5 mm2
1000 1500 500 1900 1900 1900
Với MBP, các cấu trúc mạng có thể sử dụng là đường thẳng (đường trục/đường nhánh), hình sao hoặc cây. Cáp truyền thơng dụng là đôi dây xoắn STP với trở đầu cuối dạng RC (100Ω và 2μF). Số lượng trạm tối đa trong một đoạn là 32, tuy nhiên số lượng thực tế phụ thuộc vào công suất bộ nạp nguồn bus. Trong khu vực nguy hiểm, cơng suất bộ nạp nguồn bị hạn chế, vì thế số lượng thiết bị trường có thể ghép nối tối đa thơng thường là 8-10. Số lượng bộ lặp tối đa là 4, tức 5 đoạn mạng. Với chiều dài tối đa một đoạn mạng là 1900m, tổng chiều dài của mạng sử dụng kỹ thuật MBP có thể lên tới 9500m.
2.2.2 Giao thức
a) Kiến trúc giao thức
PROFIBUS chỉ thức hiện các lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mơ hình quy chiếu OSI. Tuy nhiên PROFIBUS-DP bỏ qua lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu quá trình giữa cấp điều khiển với cấp chấp hành. Một số chức năng còn thiếu được bổ sung qua giao diện sử dụng nằm trên lớp 7. Bên cạnh các hàm dịch vụ DP cơ sở và mở rộng được quy định tại lớp giao diện sử dụng , hiệp hội PI còn đưa ra một số
quy định chuyên biệt (profiles) về đặc tính và chức năng đặc biệt của thiết bị cho một số lĩnh vực tiêu biểu . Các đặc tả này nhằm mục đích tạo khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau của thiết bị từ nhà sản xuất.