Luận văn: Tìm hiểu nghiên cứu về truyền thông profibus PA, HOT

EBOOKBKMT.COM - HỖ TRỢ TÀI LIỆU HỌC TẬP
SVTH: NHÓM 2 GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN
1
Mục lục
LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................................2
Chương 1:..........................................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS............................................................................................................3
1.Công nghệ Profibus......................................................................................................................3
2.Phân loại .....................................................................................................................................4
3.Kiến trúc giao thức.......................................................................................................................5
4.Kỹ thuật truyền............................................................................................................................6
5.Truy nhập bus..............................................................................................................................9
6.Dịch vụ truyền dữliệu................................................................................................................10
7.Cấu trúc bức điện.......................................................................................................................11
Chương 2:........................................................................................................................................16
PROFIBUS - PA..............................................................................................................................16
2.1. Giới thiệu về Profibus – PA......................................................................................................16
2.2. kiến trúc giao thức..................................................................................................................17
2.3. Cơ chế giao tiếp (lớp 2)...........................................................................................................20
Chương 3:........................................................................................................................................24
CẤU TRÚC KHUNG TIN................................................................................................................24
1.Cấu trúc bức điện của profibus ...................................................................................................24
2.Cấu trúc khung tin của profibus PA..............................................................................................25
CHƯƠNG 4:....................................................................................................................................29
ỨNG DỤNG CỦA PROFIBUS PA TRONG THỰC TIỄN.................................................................29
1.ProfibusPA profile 3.02..............................................................................................................29
2.Thực hiện việc chuyển đổi giữa PROFIBUS DP và PROFIBUS PA .....................................................32
3.Ví dụ ứng dụng thực tiễn...........................................................................................................35
Kết luận:..........................................................................................................................................37

2
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã góp phần không nhỏ vào trong
công cuộc xây dựng đất nước. Đặc biệt là với sự phát triển không ngừng của lĩnh
vực tự động hóa hiện nay đã giúp việc sản xuất kinh tế rất lớn. Nó đã góp phần vào
việc sản xuất một cách tự động để có thể đạt được năng suất cũng như chất lượng
cao hơn. Trong tự động hóa không thể không kể đến việc ứng dụng mạng truyền
thông công nghiệp đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ profibus vào lĩnh vực
truyền thông. Việc sử dụng truyền thông profibus đã nâng tự động hóa lên một tầm
cao hơn và hứa hẹn đầy triển vọng trong tương lai. Trong đề tài này chúng em tìm
hiểu và nghiên cứu về truyền thông profibus PA. là một trong 3 giao thức của
PROFIBUS.

3
Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS
1.Công nghệ Profibus
PROFIBUS (Process Filed Bus) được một nhóm các nhà cung cấp tự
động hóa nhà máy thành lập năm 1989 tại Đức. Ban đầu, giao thức này
được phát triển cho sản xuất phân tán, sau đó nó dần mở rộng sang tự
động hóa quá trình và các ứng dụng trên toàn doanh nghiệp, được hỗ trợ
bởi PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ năm 1995 nằm trong
PROFIBUS International (PI) với hơn 1100 thành viên trên toàn thế giới.
Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế theo chuẩn mạng
trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng
tự động hóa quá trình công nghiệp và tự động hóa tòa nhà, các mạng
trường nối tiếp (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền
thông, trao đổi thông tin giữa các hệ thống tự động hóa và các thiết bị
hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép các thiết bị của nhiều
nhà cung cấp khác nhau giao tiếp với nhau mà không cần điều chỉnh giao
diện đặc biệt.
Profibus sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công
nghiệp trong các ứng dụng sản xuất hoặc IEC 1158-2 trong điều khiển
quá trình. Profibus cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP.
Profibus là một mạng Fieldbus được thiết kế để giao tiếp giữa máy tính
và PLC. Dựa trên nguyên tắc token bus không đồng bộ ở chế độ thời
gian thực, Profibus xác định mối quan hệ truyền thông giữa nhiều master
và giữa master-slave, với khả năng truy cập theo chu kì và không theo
chu kì, tốc độ truyền tối đa lên tới 500kbit/s (trong một số ứng dụng có

4
thể lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp). Khoảng cách bus tối đa không dùng bộ
lặp (repeater) là 200m và nếu dung bộ lặp thì khoảng cách tối đa có thể
đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu không có bộ lặp là 32 và là
127 nếu có bộ lặp.
2.Phânloại
PROFIBUS bao gồm 3 loại giao thức là PROFIBUS-FMS (multi-
master/peer-to-peer), PROFIBUS-DP (master/slave), PROFIBUS-PA
(intrinsically safe), trong đó hai kiểu giao thức DP và PA đóng vai trò
quan trọng đối với tự động hóa quá trình.
- PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) là giao thức
nguyên bản của PROFIBUS, được dùng chủ yếu cho việc giao tiếp
giữa các máy tính điều khiển và điều khiển giám sát.
- PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral) được xây dựng tối ưu cho việc
kết nối các thiết bị vào ra phân tán và các thiết bị trường với các máy
tính điều khiển
- PROFIBUS-PA (Process Automation) là kiểu đặc biệt được sử dụng
ghép nối trực tiếp các thiết bị trường trong các lĩnh vực tự động hóa
các quá trình có môi trường dễ cháy nổ, đặc biệt trong công nghiệp
chế biến. Thực chất PROFIBUS-PA chính là sự mở rộng của
PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực công nghệ chế biến.
PROFIBUS-
FMS
PROFIBUS-
DP
PROFIBUS-
PA
Ứng
dụng
Cấp điều
khiển quá
trình
Cấp trường Cấp trường
Tiêu
chuẩn
EN 50 170 EN 50 170 IEC 1158-2
Thiết
bị kết
nối
PLC, PG/PC,
các thiết bị
trường
PLC, PG/PC,
các thiết bị
trường logic
và tương tự,
các van, Ops
Các thiết bị
trường giành
cho các khu
vực có nguy
cơ cháy nổ
Thời
gian
< 60 ms 1 – 5 ms < 60 ms

5
đáp
ứng
Kích
cỡ
mạng
<= 100 km <= 100 km Tối đa 1.9 km
Tốc
độ
truyền
9.6 kbit/s –
12Mbit/s
9.6 kbit/s – 12
Mbit/s
31.25kbit/s
3.Kiến trúc giao thức
PROFIBUS chỉ thực hiện các lớp 1, 2, 7 theo mô hình quy chiếu OSI.
Tuy nhiên PROFIBUS DP và PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc
trao đổi dữ liệu quá trình giữa cấp điều khiển và cấp chấp hành. Một số
chức năng còn thiếu được bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm trên
lớp 7. Bên cạnh các hàm dịch vụ DP cơ sở và mở rộng được quy đinh tại
lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI còn đưa ra một số quy định chuyên
biệt về đặc tính và chức năng đặc thù của thiết bị cho một số ứng dụng
tiêu biểu. Các đặc tả này nhằm mục đích tạo khả năng tương tác và thay
thế lẫn nhau của thiết bị từ nhiều nhà sản xuất. Cả 3 giao thức FMS, PD,
PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu.
PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
Giao diện
sử dụng
FMS
Profiles
DP-
Profiles
PA-Profiles
Các chức năng DP mở rộng
Các chức năng DP cơ sở
Lớp 7
Field
message
Specification Không thể hiện
Lớp 3 – 6
Lớp 2 Fieldbus Data Link (FDL)
Lớp 1
RS-485 / RS-485IS / Cáp
quang
MBP(IEC 1158-
2)

6
- Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con là FMS (Field Message
Specification) và LLI (Lower layer Interface). Lớp FMS đảm nhận
việc xử lí giao thức sử dụng và cung cấp các nhiệm vụ truyền thông,
trong khi LLI có vai trò trung gian cho FMS kết nối với lớp 2 mà
không phụ thuộc vào các thiết bị riêng biệt. Lớp LLI còn có các
nhiệm vụ bình thường thuộc các lớp 3, 6, ví dụ: tạo và ngắt nối, kiểm
soát lưu thông.
- Lớp vật lí (lớp 1) của PROFIBUS quy đinh về kỹ thuật truyền dẫn tín
hiệu, môi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học.
Các kỹ thuật truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học. Các
kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng ở đây là RS-485, RS-485-IS và cáp
quang (đối với DP và FMS) cũng như MBP (đối với PA). RS-485-IS
(IS: Intrinsically Safe) được phát triển trên cơ sở RS-485 để có thể sử
dụng trong môi trường đòi hỏi an toàn cháy nổ.
- Lớp liên kết dữ liệu (lớp 2) ở PROFIBUS được gọi là FDL (Field
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.
4.Kỹ thuật truyền
- Truyền dẫn với RS-485
Các đặc tính điện học như sau:
 Tốc độ truyền thông từ 9.6 kbit/s đến 12 Mbit/s.
 Cấu trúc đường thẳng kiểu trunk-line/drop-line hoặc daisy-chain, nếu
tốc độ truyền đòi hỏi từ 1.5 Mbit/s trở lên thì sử dụng cấu trúc daisy-
chain.
 Cáp truyền được sử dụng là đôi dây xoắn có bảo vệ (STP).
 Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe blasing) với các điện trở lần
lượt là 390Ω-220 Ω-390 Ω.
 Chiều dài tối đa của một đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ thuộc
vào tốc độ truyền được lựa chọn được tóm tắt trong bảng:

7
Tốc
độ
(kbit/s
)
9.6/19.2
/45.45/
93.75
187.5 500 1500
3000/600
0/12000
Chiều
dài
(m)
1200 1000 400 200 100
 Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. Có thể
dùng tối đa 9 bộ lặp. Tổng số trạm tối đa trong một mạng là
126
 Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều đồng thời.
 Phương pháp mã hóa NRZ.
Các giao diện cơ học cho các bộ nối, loại D-sub 9 chân được sử dụng
phổ biến nhất với cấp bảo vệ IP20. Trong trường hợp yêu cầu cấp bảo vệ
IP65/67, có thể sử dụng một trong các loại sau đây:
 Bộ nối tròn M12 theo tiêu chuẩn IEC 947-5-2
 Bộ nối Han-Brid theo khuyến cáo của DESINA
 Bộ nối kiểu lai của Siemens
- Truyền dẫn với RS-485IS
Có thể nói RS-485IS là sự phát triển về mặt an toàn cháy nổ của RS-
485. Một trong những ưu điểm của RS-485 là cho phép truyền tốc độ
cao, vì thế nó được phát triển để có thể phù hợp với môi trường đòi hỏi
an toàn cháy nổ. Với RS-485IS (IS: Intrinsically Safe), tổ chức PNO đã
đưa ra các chỉ dẫn và các quy 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
mô hình FISCO chỉ cho phép một nguồn tích cực an toàn riêng, ở đây
mỗi trạm đều là một nguồn tích cực. Khi ghép nối tất cả các nguồn tích
cực, dòng tổng cộng của tất cả các trạm không được phép vượt quá giá
trị tối đa 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

8
Cáp quang thích hợp đặc biệt trong các lĩnh vực ứng dụng có môi
trường làm việc nhiễu mạnh hoặc đòi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. Các
loại cáp quang có thể sử dụng ở đây:
 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
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), có sự hạn chế tốc độ truyền bên đoạn RS-485. Bên
cạnh đó, MBP sử dụng 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 cũng
cấp nguồn với cùng đường dẫn tín hiệu.
Với MBP, các cấu trúc mạng có thể sử dụng là đường thẳng (trunk-
line/drop-line), hình sao hoặc cây. Cáp truyền thông 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 lương thực tế phụ thuộc vào công
suất bộ nạp nguồn bus. Trong khu vực nguy hiểm, công suất bộ nạp
nguồn bị hạn chế, vì thế số lượng thiết bị trường có thể ghép nối tối đa
thông thường là 8 – 10. Số lượng bộ lặp tối đa là 4. 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.

9
5.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 soát truyền thông trên
bus. Một trạm chủ có thể gửi thông tin khi nó giữ quyền truy nhập bus.
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 lí giao thức đơn giản hơn
so với các trạm chủ.
Hai phương pháp truy nhập bus có thể áp dụng độc lập hay kết hợp là
Token-passing 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 thieté bị
trường cấp dưới sử dụng mạng DP hoặc PA. Khi sử dụng kết hợp nhiều
trạm chủ có thể tham gia giữ Token. Một trạm chủ giữ Token sẽ đóng
vai trò là chủ để kiểm soát giao tiếp với các trạm tớ nó quản lí, hoặc có
thể tự do giao tiếp các trạm chủ khác trong mạng.
Cấu hình Multi-Master trong PROFIBUS

10
Trên đây là cấu hình truy nhập bus kết hợp giữa Token-passing và
Master/Slave hay còn được gọi là Multi-Master. Thời gian vòng lặp tối
đa để một trạm chủ lại nhận được Token có thể chỉnh được bằng tham
số. Khoảng thời gian này chính là cơ sở cho việc tính toán chu kỳ thời
gian của cả hệ thống.
6.Dịchvụ truyền dữ liệu
Các dịch vụ truyền dữ liệu thuộc lớp 2 trong mô hình OSI, hay còn
gọi là lớp FDL (Fieldbus Data Link), chung cho cả FMS, DP và PA.
PROFIBUS chuẩn hóa bốn dịch vụ trao đổi dữ liệu, trong đó có 3 kiểu
thuộc phạm trù dịch vụ không tuần hoàn và một thuộc phạm trù tuần
hoàn
Dịch vụ không tuần hoàn
(Truyền thông báo)
Dịch vụ tuần hoàn
Gửi dữ liệu không xác nhận
(SDN) (broadcast) Gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn
(CSRD)
Gửi dữ liệu với xác nhận
(SDA)
Gửi và yêu cầu dữ liệu (SRD)

11
Các dịch vụ truyền dữ liệu PROFIBUS
- SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệu không xác
nhận, được dùng chủ yếu cho việc gửi đồng loạt (broadcast) hoặc gửi
tới nhiều đích (multicast). Một trạm chủ có thể gửi một bức điện đồng
loạt tới tất cả hoặc tới một số trạm chủ khác mà không cần cũng như
không thể đòi xác nhận.
- SDA (Send Data with Acknowledge): Gửi dữ liệu với xác nhận, phục
vụ trao đổi dữ liệu giữa hai đối tác không tuần hoàn cần có xác nhận,
được dùng để trao đổi dữ liệu không gấp lắm giữa trạm chủ và tớ do.
- SRD (Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu dữ liệu,
phục vụ trao đổi dữ liệu giữa hai đối tác không tuần hoàn cần có xác
nhận và gửi kết quả đáp ứng trở lại, được dùng để trao đổi dữ liệu
không gấp lắm giữa trạm chủ và tớ.
- CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu
dữ liệu tuần hoàn, đây là một dịch vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn duy
nhất được quy định với mục đíchhỗ trợ việc trao đổi dữ liệu quá trình
ở cấp chấp hành, giữa các module vào/ra phân tán, các thiết bị cảm
biến và cơ cấu chấp hành với máy tính điều khiển. Chỉ cần một lần
yêu cầu duy nhất từ một lớp trên xuống, sau đó các đối tác logic
thuộc lớp 2 tự động thực hiện tuần hoàn theo chu kỳ đặt trước. Một
trạm chủ sẽ có trách nhiệm hỏi tuần tự các trạm tớ và yêu cầu trao đổi
dữ liệu theo một trình tự nhất định, gọi là phương pháp polling. Do
đó, dữ liệu trao đổi luôn có sẵn tại lớp 2, tạo điều kiện cho các
chương trình ứng dụng trao đổi dữ liệu dưới cấp trường một cách
hiệu quả nhất. Ngoài các dịch vụ trao đổi dữ liệu, lớp 2 của
PROFIBUS còn cung cấp các dịch vụ quản trị mạng, các dịch vụ này
phục vụ việc đặt cấu hình, tham số hóa, đặt chế độ làm việc, đọc các
thông số và trạng thái làm việc của các trạm cũng như đưa ra các
thông báo sự kiện.
7.Cấutrúc 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

12
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:
 Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu:
 Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1-246 byte dữ liệu:
 Token
Các ô DA, SA, FC và DU (nếu có) được coi là phần mang thông tin.
Trừ ô DU, mỗi ô còn lại trong một bức điện đều có chiều dài 8 bit với
các ý nghĩa cụ thể như sau:

13
Ngữ nghĩa khung bức điện FDL
Ký
hiệu
Tên đầy đủ Ý nghĩa
SD1
…SD
4
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 đích (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
Frame Check
Sequence
Byte kiểm soát lỗi, HD = 4
ED End Delimiter Byte kết thúc, ED = 16H
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 còn chứa thông tin về việc thực hiện hàm truyền, kiểm soát lưu
thông để tránh việc mất mát hoặc gửi đúp dữ liệu cũng như thông tin
kiểu trạm, trạng thái FDL.
PROFIBUS-FMS và DP sử dụng phương thức truyền thông không
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 bít khởi đầu (Start bit), một bit chẵn lẻ (parity chẵn)
và một bít kết thúc (Stop bit).

14
Ký tự khung UART sử dụng trong PROFIBUS

15
Việc thực hiện truyền tuân thủ theo các nguyên tắc sau đây:
- Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu của bit 1, tức mức tín
hiệu thấp theo phương pháp mã hóa bit NRZ (0 ứng với mức cao).
- Trước một khung yêu cầu (request frame) cần một thời gian rỗi tối
thiểu là 33 bit phục vụ mục đích đồng bộ hóa giữa hai bên gửi và
nhận.
- Không cho phép thời gian rỗi giữa các ký tự UART của một khung.
- Với mỗi ký tự UART, bên nhận kiểm tra các bit khởi đầu, bit cuối và
bit chẵn lẻ (parity chẵn). Với mỗi khung, bên nhận kiểm tra các byte
SD, DA, SA, FCS, ED, LE/LEr (nếu có) cũng như thời gian rỗi trước
mỗi khung yêu cầu. Nếu có lỗi, toàn bộ khung phải hủy bỏ.
Trong trường hợp gửi dữ liệu với xác nhận (SDA), bên nhận có thể
dùng một ký tự duy nhất SC = E5H để xác nhận. Ký tự duy nhất SC
này cũng được sử dụng để trả lời yêu cầu dữ liệu (SRD) trong trường
hợp bên được yêu cầu không có dữ liệu đáp ứng.

16
Chương 2:
PROFIBUS - PA
2.1. Giới thiệu về Profibus – PA
PROFIBUS-PAlà một trong ba biến thể của Profibus tương thích với nhau
(PROFIBUS FMS, DP, PA). Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế
theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254.
Profibus là một chuẩn fieldbus dành cho tất cả các nhà sản xuất cho những ứng
dụng trong tự động hóa sản xuất, tự động hóa quá trình và tự động hóa tòa nhà.
Trong tự động hóa tòa nhà và tự động hóa quá trình, để thực hiện các tác vụ vận
hành và giám sát thì bên cạnh thiết bị tự động hóa cần phải có thiết bị hiển thị.
Master class-2 này chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng khởi động, tham số
hóa và giám sát các thiết bị hiện trường tiên tiến. việc ghi và đọc dữ liệu cảu thiết
bị phải được thực hiện trong suốt quá trình hoạt động của một vòng điều khiển độc
lập.
Vì chuẩn DP ban đầu không cung cấp các dịch vụ đặc biệt để thực hiện các tác vụ
này, nên vào năm 1997 biến mở rộng PROFIBUS-DPV1 đã được phát triển. Biến
mở rộng này tương thích với giao thức DP hiện tại và tất cả các phiên bản cũ hơn.
Ngoài các dịch vụ truyền thong DP theo chu kỳ, PROFIBUS-DPV1cũng tạo ra các
dịch vụ không theo chu kì cho thong báo cảnh báo, chuẩn đoán, tham số hóa và
điều khiển các thiết bị hiện trường.
PROFIBUS-PAđáp ứng được các yêu cầu đặc biệt của tự động hóa quá trình.
Truyền thong PA dựa trên các dịch vụ do DPV1 cung cấp và được thực hiên như
một hệ thống cục bộ (bộ phận) nhúng trong một hệ thống truyền thong Dp cấp độ
cao hơn. Không giống như những ứng dụng tự động trong kỹ thuật sản xuất đòi hỏi
thời gian chu kỳ ngắn cớ vài ms, trong tự động hóa quá trình có nhiều nhân tố khác
cũng cực kỳ quan trọng như
 Kỹ thuật truyền an toàn nội tại
 Thiết bị hiện trường được cấp nguồn trên cáp bus
 Truyền dữ liệu tin cậy
 Khả năng tương tác ( chuẩn hóa các chức năng của thiết bị)

17
Ban đầu khi Profibus được chuẩn hóa, về an toàn nội tại và cấp nguồn trên bus
không được chú ý. Chỉ khi chuẩn quốc tế IEC 1158-2 ra đời vào khoảng tháng 10
năm 1994, kỹ thuật truyền hợp lý đã được chỉ định rõ phạm vi ứng dụng này và
được xây dựng thành chuẩn châu Âu EN 61158-2. Chuẩn PROFIBUS-PAra đời
vào tháng 3 năm 1995 bao gồm kỹ thuật truyền trong môi trường an toàn nội tại và
các thiết bị hiện trường cấp nguồn trên cáp bus.
Profibus PA là một thể loại bus trường thích hợp với các hệ thống điều khiển trong
các ngành công nghiệp chế biến, đặc biệt là trong hóa chất và hóa dầu. Thực chất
profibus PA là một sự mở rộng của profibus DP với kỹ thuật truyền dẫn MBP theo
IEC 1158-2 cũ và một số quy định chuyên biệt (profile) về thông số và đặc tính
cho các thiết bị trường. các quy định chuyên biệt này tạo điều kiện cho khả năng
tương tác và thay thế lẫn nhau giữa các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau.
Việc mô tả các chức năng và đặc tính hoạt động của các thiết bị dựa mô hình khối
chức năng quen thuộc. xét về mặt kỹ thuật profibus PA không những hoàn toàn có
thể thay thế các phương pháp truyền tín hiệu với 4-20mA hoặc HART, mà còn
đem lại nhiều ưu thế của một hệ thống bus trường.
Với khả năng đồng tải nguồn, profibus PA cho phép nối mạng các thiết bị đo lường
và điều khiển tự động trong các ứng dụng công nghiệp chế biến bằng một cáp đôi
dây xoắn duy nhất, sử dụng tốc độ truyền cố định là 31.25kbit/s. profibus PA cũng
cho phép bảo trì, bảo dưỡng cũng như thay thế các trạm thiết bị trong khi vận hành.
Đặc biệt profibus PA được phát triển để thích hợp sử dụng các khu vực nguy hại,
dễ cháy nổ thuộc kiểu bảo vệ “an toàn riêng”(EEx ia/ib) hoặc “đóng kín” (EEx d).
2.2. kiến trúc giao thức
Profibus chỉ thực hiện ở lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mô hình quy chiếu OSI. Tuy
nhiên PROFIBUS PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu quá
trình giữa cấp điều khiển với cấp chấp hành
Mô hình OSI PROFIBUS-PA
Lớp 7 Lớp ứng dụng
Không sử dụng
Lớp 6 Lớp biểu diễn
Lớp 5 Lớp phân phiên
Lớp 4 Lớp vận chuyển
Lớp 3 Lớp mạng
Lớp 2
Lớp liên kết dữ
liệu
Fieldbus Data Link
(FDL)

18
Lớp 1 Lớp vật lý MBP (IEC-611582)
Xét theo mô hình qui chiếu OSI, profibus PA giống hoàn toàn Profibus DP từ lớp
liên kết dữ liệu (FDL) trở lên. Vì vậy việc ghép nối giữa 2 hệ thống có thể thực
hiên đơn giản qua các bộ chuyển đổi (DP/PA-link hoặc DP/PA coupler). Mỗi thiết
bị trường PA cũng được coinhư một DP Slave. Các giá trị đo, giá trị điều khiển và
trạng thái của các thiết bị trường PA trao đổituần hoàn với DP-master (DPM1) qua
các chức năng cơ sở (DP-V0). Mặt khác các dữ liệu không tuần hoàn như tham số
thiết bị, chế độ vận hành, thông tin bảo dưỡng và chuẩn đoán được trao đổi với các
công cụ phát triển (DPM2), qua các chức năng DP mở rộng (DP-V1). Bên cạnh
các chức năng DP chuẩn, PA còn bổ sung một hàm quản trị hệ thống có đồng bộ
hóa thời gian.
a. DDLM và giao diện người sử dụng
Các tầng OSI3-7 không được sử dụng với profibus DP và PA, cả 2 hệ thống
này sử dụng giao diện người sử dụng đồng nhất. Do đó profibus PA được
tính đến trong các ứng dụng chuẩn hóa của tầng 2.
Giao diện người sử dụng cùng với Direct Data Link Mapper(DDLM) hình
thành giao diện giữa chương trình ứng dụng và tầng 2. Với DPV1, DDLM
cung cấp một số chức năng dịch vụ không đồng bộ, chẳng hạn như:

19
- DDLM_initiate, DDLM_read, DDLM_write, DDLM_Abort;
DDLM_Alarm_Ack
các chức năng DDLM này được sử dụng như một nền tảng cho các dịch vụ
truyền thông, như khởi động, bảo dưỡng, chuẩn đoán và thông báo cảnh báo.
Hệ thống do Master class 1 điều khiển, sử dụng kỹ thuật trao đổi dữ liệu theo
chu kỳ.
Nhiều chức năng của giao diện người sử dụng tạo nên một giao diện mạnh mẽ
hơn cho hệ thống truyền thông tiên tiến. Ngoài ra, một hệ thống mở, hiện đại
cho các ứng dụng tự động hóa quá trình đòihỏi các thành phần của các nhà
sản xuất khác nhau có thể traon đổi được (chính là khả năng tương tác). Điều
này yêu cầu phải xác định (định ngĩa) chính xác tất cả giao diện thiết bị.
Để định nghĩa các giao diện, Profibus PA sử dụng một số yếu tố hoặc các
phần mô tả, cụ thể như sau:
- Các file cơ sở dữ liệu thiết bị - Device Database file (GSD)
- Profile thiết bị
- Mô tả thiết bị điện tử - Electronic Device Description (EDD) hay field
Device Tool(FDT)
b. Lớp vật lý (lớp 1)
Có 2 cách khác nhau để nhận ra kỹ thuật truyền chon profibus PA
- Hoặc theo chuẩn RS 485
- Hoặc theo chuẩn IEC 61158-2 được xác định riêng cho những khu vực có
nguy cơ cháy nổ và cấp nguồn trên bus. Có 4 biến thể IEC 61158-2, nhưng
chỉ có profibus PA sử dụng chế độ điện áp 31.25 kbit/s.
Khi sử dụng giao diện RS485, profibus FMS, profibus DP, profibus PA có
thể được vận hành cùng nhau trên một đường bus chung. Tuy nhiên truyền
thông an toàn nội tại trong những khu vực có nguy cơ cháy nổ đòihỏi việc
lắp đặt phải tuân theo chuẩn IEC 611582
Các master của một hệ thống PA- trạm điều khiển và vận hành luôn hoạt
động trên một đường bus profibus DP.
 Kỹ thuật truyền dẫn IEC 61158-2

20
Với kỹ thuật truyền dẫn IEC 61158-2, phân đoạn PA đưa ra một số
thông số vật lý sau:
- Truyền dữ liệu đồng bộ kỹ thuật số, bit
- Tốc độ truyền dữ liệu: 31.25kbit/s
- Manchester coding mà không tính giá trị trung bình, với sự biến điệu
dòng/ biên độ 9mA
- Nguồn cấp DC từ xa: tối đa 32V
- Truyền tín hiệu và cấp nguồn từ xa trên đường 2 dây xoắn
- 126 thiết bị có thể định vị địa chỉ
- Cấu trúc mạng đường thẳng hay hình cây
- Độ dài line lên tới 1900m
- 32 thiết bị trên mỗi phân đoạn line
- Có thể mở rộng mạng với tối đa 4 bộ lặp (repeater)
Các thuộc tính của 1 field bus cũng được xác định bởi các đặc tính kỹ thuật
điện của cáp truyền tải.Mặc dù IEC 61158-2 không xác định một loại cáp cụ
thể, nhưng có thể tham khảo cáp như trong hình 12 (Type A).Chỉ có loại cáp
này cho phép truyền dữ liệu trên phạm vi tới 1.900m
Để đạt được độ tương thích điện từ (EMC)tốt b nhất ,các đường bus phải
được bọc bảo vệ.Tấm chắn bảo vệ này cũng như các hộp kim loại của thiết bị
hiện trường phải được tiếp đất.
2.3. Cơ chế giao tiếp (lớp 2)
a. Truy nhập bus và lập địa chỉ
trong truyền thông profibus PA, có thể thực hiện các hệ thống đa master. Hệ thống
điều khiển truy cập bus hybrid hoạt động trên phương thức token passing (truyền
mã thông báo) và sử sụng nguyên tắc master/slave để giao tiếp với các đối tượng
tham gia thụ động (passive participant).Mỗi master nhận mã thông báo (token)
trong một khung thời gian chính xác cho phép chỉ mình master đó điều khiển trên
mạng truyền thông trong khung thờ gian đó.

21
Một địa chỉ thiết bị 7 bítxác định các đối tượng bus tham gia trong mạng.Các địa
chỉ có dải từ 0-127,trong đó:
- Địa chỉ 126: mặc định gán địa chỉ tự động qua master ;
- Địa chỉ 127: gửi bức điện (telegrams) rộng khắp.
Nếu như địa chỉ 0 được sử dụng cho master class-1,các địa chỉ từ 1-125 được sử
dụng cho các thiết bị hiện trường và master class-2.Các địa chỉ thường được gán
qua 7 chuyển mạch DIP trên thiết bị hoặc qua phần mềm.
b. Trình tự giao tiếp và cơ chế bảo vệ lỗi
Profibus PA và DP đều được trang bị nhiều cơ cấu an toàn để đảm bảo
truyền thông phi sự cố.Ví dụ, trong quá trình khởi tạo hệ thống, một số
nguồn có khả năng bị lỗi đã được kiểm tra.
Sau khi hệ thống được cấp điện, slave luôn trong tư thế sẵn sàng trao đổi
dữ liệu nếu như master gửi đi trước một bức điện tham số hóa và sau đó
đến một bức điện cấu hình. Chỉ khi các bức điện này phù hợp với các đặc
tính hoạt động, slave mới chấp nhận các lệnh từ master. Ví dụ, số line đầu
ra được master cấu hình phải phù hợp với số line đầu ra hiện có trong thiết
bị.
Với sự trợ giúp của các lệnh Get-Cfg có thể tải cấu hình thiết bị của tất cả
slave. Do đó có thể tránh được các lỗi tham số hóa trong mạng nếu master
so sánh sự lắp ráp thiết bị như kế hoạch với cấu hình hiện có. Thông tin
cần thiết cho quá trình này (kiểu thiết bị ,số đầu vào và đầu ra, định dạng
và độ dài dữ liệu) nhận được qua file cơ sở dữ liệu thiết bị và các mô tả
(description).Hình 25 minh họa chu kỳ khởi tạo điển hình trong quá trình
khởi động một hệ thống .
-Ngoài khả năng kiểm tra lỗi điều khiển của các bức điện dx liệu trong quá
trình vận hành, quá trình truyền thông cũng được giám sát bởi các cơ cấu
an toàn theo thời gian và giao thức.
-Mỗi master điều khiển giao tiếp với các slave nhờ các bộ định thời (timer)
đặc biệt được sử dụng để kiểm tra trình tự thời gian của lưu lượng dữ liệu
có ích.

22
-Với các slave, chức năng giám sát đầu độc sẽ chuyển các đầu ra trong
trạng thái an toàn xác định trước nếu quá trình truyền dữ liệu không xảy ra
với master trong một khoảng thời gian cố định.
-Các đầu ra của slave được bảo vệ chống lại sự truy cập. Khi đó chỉ master
được quyền trong hệ thống đa master mới được phép truy cập (ghi) trong
khi việc đọc các đầu vào và đầu ra cũng có thể được thực hiện mà không
cần quyền truy cập.
Sự an toàn của hệ thống thậm chí còn cao hơn vì mỗi master -1 báo cáo
trạng thái hệ thống của nó theo chu kỳ tới tất cả slave đã được chỉ định
trong khoảng thời gian có thể cấu hình sử dụng một lệnh multicast. Master
có thể được tham số hóa sao cho có thể chuyển tất cả slave tới một trạng
thái an toàn và dừng hoạt động truyền dữ liệu trong trường hợp hệ thống bị
lỗi ….khi slave bị hỏng.
c. Các dịch vụ truyền thông tầng 2
Tầng 2 (Layer 2) cung cấp tầng ứng dụng với các dịch vụ truyền thông SRD
và SDN :
-Với dịch vụ SRD (gửi và yêu cầu dữ liệu có phản hồi – Send and Request
Data with reply),master phát ra một lệnh hay gửi dữ liệu tới slave và nhận hồi
đáp từ slave trong một khoảng thời gian xác định.Hồi đáp này bao gồm hoặc
là một tin báo nhận(tin báo nhận ngắn gọn ) hoặc dữ liệu theo yêu cầu(hình
18).
-Dịch vụ SDN(gửi dữ liệu mà không có tin báo nhận-Send Data with No
acknowledge) gửi dữ liệu tới một nhóm slave.Dịch vụ này cho phép đồng bộ
hóa điều khiển sự kiện,tại đó tất cả slave thiết đặt (set) các đầu ra cùng một
lúc(chế độ đồng bộ - Sync mode)b hay cập nhật dữ liệu đầu vào cùng một lúc
(chế độ cố định – Freeze mode).Trongtrường hợp này không thể thực hiện
chỉ định bus điều khiển master cho slave, do đó các bức điện SDN vẫn không
được phúc đáp.
Điểm truy cập dịch vụ (Service Access Points – SAP )cho phép truy cập ứng
dụng các dạng truyền thông cơ bản này và các dịch vụ tầng 2 khác nhau.Các
SAP này được các tầng cao hơn sử dụng để thực hiện tất cả các nhiệm vụ
truyền thông của chương trình ứng dụng tương ứng.

23
d. Đặc tính dữ liệu
Cùng với độ dài,tốc độ dữ liệu của người sử dụng thay đổitrong phạm vi 8-
96%.
Tốc độ truyền 31.25 kbit/s dẫn đến thời gian truyền của mỗi bức điện là 0.4-
8.2 ms,donđó mỗi byte dữ liệu của người sử dụng cần trung bình 0.4-
32ms.Tốc độ truyền dữ liệu như vậy là đủ chẳng hạn như để đáp ứng 10 vòng
điều khiển,bao gồm 10 sensorvà 10 actuator tương ứng trong thời gian chu kỳ
điều khiển khoảng 210 ms.
Trong quá trình đánh giá ,người ta thấy rằng chỉ duy nhất một giá trị theo chu
kỳ (5 byte dữ liệu người sử dụng)phải được truyền trên mỗi thiết bị .Cứ mỗi
giá trị thêm vào, thời gian chu kỳ tối thiểu tăng (5x8 bits)/(31.25 kbit/s).
Có thể áp dụng theo công thức:
Thời gian chu kỳ ≥
+10ms x số thiết bị
+10ms (đốivới các dịch vụ master class-2 không theo chu kỳ)
+1.3 ms (đối với mỗi giá trị theo chu kỳ thêm vào)

24
Chương 3:
CẤU TRÚC KHUNG TIN
1.Cấutrúc bức điện của profibus
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:
 Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu:
 Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1-246 byte dữ liệu:
 Token
Các ô DA, SA, FC và DU (nếu có) được coi là phần mang thông tin.
Trừ ô DU, mỗi ô còn lại trong một bức điện đều có chiều dài 8 bit với
các ý nghĩa cụ thể như sau:
Ngữ nghĩa khung bức điện FDL
Ký
hiệu
Tên đầy đủ Ý nghĩa

25
SD1
…SD
4
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 đích (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
Frame Check
Sequence
Byte kiểm soát lỗi, HD = 4
ED End Delimiter Byte kết thúc, ED = 16H
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 còn chứa thông tin về việc thực hiện hàm truyền, kiểm soát lưu
thông để tránh việc mất mát hoặc gửi đúp dữ liệu cũng như thông tin
kiểu trạm, trạng thái FDL.
2.Cấutrúc khung tin của profibus PA
FDL định nghĩa theo các bức điện sau đây
- Bức điện không có trường dữ liệu (6 byte điều khiển)
- Bức điện với một trường dữ liệu có độ dài cố định (8 byte dữ liệu và
6 byte điều khiển)
- điện tín với một trường dữ liệu biến (0-244 byte dữ liệu và 9-11 byte
điều khiển),
- xác nhận ngắn gọn (1 byte)
- bức điện mã thông báo cho kiểm soát truy cập bus(3 byte).
Khoảng cách Hamming

26
Với tất cả các hệ thống truyền dữ liệu, tính chẵn lẻ và khối kiểm tra các
điện tín là được sử dụng để đạt được một khoảng cách Hamming của HD
= 4, vì vậy có đến ba lỗi có thể được phát hiện một cách chắc chắn.
Trong hình. 3.1, phần trên minh họa cấu trúc của một bức điện tín FDL
với một biến
chiều dài trường dữ liệu. Trong khi các byte của bức điện tín FDL được
truyền
không đồng bộ trong các hình thức UART ký tự trên dòng RS 485,
truyền trên các phân đoạn IEC là bit đồng bộ. Ở đây, các bức điện tín
FDL
được cung cấp thêm với lời mở đầu và bắt đầu và kết thúc ký tự phân
cách
(xem hình. 3.1 dưới đây).
Tốc độ dữ liệu người sử dụng cao
Hiệu suất dữ liệu
Kích thước của bức điện như hình. 3.1 phụ thuộc vào chiều dài của
trường dữ liệu. Cùng với chiều dài, thay đổi tốc độ dữ liệu người sử dụng
trong giới hạn tám và 96 phần trăm (một hoặc 244 byte dữ liệu và mười
một byte kiểm soát mỗi).

27
Hình 3.1 Bit truyền đồng bộ của IEC điện tín (dưới) và cấu trúc của FDL điện
tín nhúng
SN: bắt đầu dấu phân cách
LE-LEr: byte chiều dài - tăng gấp đôivì lý do an toàn
(chiều dài dài lặp lại)
DA: địa chỉ đích
SA: địa chỉ nguồn
FC: điều khiển khung (dạng của bức điện)
Data-unit: dữ liệu trường

28
FCS: khung trình tự kiểm tra
ED: kết thúc dấu phân cách
Một tốc độ truyền tải của kết quả 31,25 kbit / s trong thời gian truyền của 0,4-
8,2ms mỗi bức điện tín để cho mỗi người dùng byte dữ liệu trung bình 0,4 ms và
34 ms được yêu cầu.
trong 210 mili giây lên đến 10vòng điều khiển có thể xử lý
Tốc độ truyền tải dữ liệu này là đủ, ví dụ, để phục vụ 10 Kiểm soát vòng trong đó
có 10 cảm biến và cơ cấu chấp hành 10 tương ứng trong kiểm soát thời gian chu kỳ
của khoảng 210 mili giây.
Trong việc đánh giá, người ta cho rằng chỉ có một giá trị theo chu kỳ (5 byte người
sử dụng dữ liệu) phải được truyền cho mỗi thiết bị. Với mỗi giá trị bổ sung, tối
thiểu thời gian chu kỳ tăng (5 x 8 bit) / (31.25 kbit / s) = 1,3 ms.
Cho một ước tính đầu tiên, công thức sau đây có thể được sử dụng:
thời gian chu kỳ: >10 ms x số lượng thiết bị
+ 10 ms (cho mạch hở đẳng cấp 2 dịch vụ chủ)
+ 1,3 ms (đối với mỗi giá trị chu kỳ bổ sung)

29
CHƯƠNG 4:
ỨNG DỤNG CỦA PROFIBUS PA TRONG
THỰC TIỄN
1.Profibus PA profile 3.02
Dễ dàng hơn với Profibus PA Profile 3.02
Việc bắt đầu sử dụng profibus PA Device 3.02 mới đây xác định địa chỉ nội bộ có
triển vọng ngắn đòihỏi công nghệ từ khi đưa vào dung giao thức PA vào năm 1998
Interoperability mô tả khả năng trao đổimột phương sách hoặc thiết bị điều khiển
từ 1 nhà cung cấp, với 1 thiết bị được sự cho phép từ 1 nhà cung cấp khác mà
không gây tách rời quy trình công nghệ. Về mặt lý thuyết, điều này là có thể từ khi
xuất hiện Profibus PA, nhưng nó không được thực hiện thành công hơn. Profibus
PA Device Profile 3.02 mới giải quyết được tình trạng này.
Tại sao dùng Fieldbus?
Mặc dù sự phức tạp công nghệ từng tăng lên, nhưng sự tích hợp các thiết bị trường
trong hệ thống điều khiển vẫn còn dễ cho công nghệ 4-20 mA. Trong khi công

30
nghệ 4-20 mA chỉ chuyển mẫu thông tin đơn lẻ, sự biến đổi quá trình (PV) giữa
các thiết bị và hệ thống, thông tin được truyền tải nhiều hơn trên bus trường. Các
mẫu dữ liệu có thể được chuyển đổi bao gồm trạng thái của bộ truyền động cho
việc bảo trì được dự đoán trước hay các giá trị được đo chính xác hơn cho kiểm
soát quá trình thông minh.
Thông tin này sẽ thực sự cần thiết trong tương lai. Sự phức tạp trong các nhà máy
đang gia tăng trong khi số lượng nhân viên đang vận hành chúng đang giảm. Cùng
với đó, yêu cầu chất lượng sản phẩm đang dần trở nên nghiêm ngặt hơn, sự biến
đổi chất lượng không còn được dung thứ. Các thiết bị analog, mặc dầu không thể
phủ nhận sự đơn giản, không thể đáp ứng được những thách thức này. Hơn nữa đòi
hỏi khả năng chuẩn đoán của các thiết bị trường thông minh. Tuy nhiên, khi các
nhà sản xuất thừa nhận hoàn toàn, vấn đề của sự tíchhợp thiết bị trường đã được
chứng minh trong những năm gần đây nhưng bus trường chỉ được sử dụng trong
công nghiệp quá trình. Việc lắp đặt mới và gói dịch vụ và việc chuyển sang phiên
bản thiết bị mới và hệ thống kiểm soát trong suốtniên hạn sử dụng của 1 nhà máy
định hướng cho những trường hợp khó quản lý trong giới hạn thay thế bố trí lại
thiết bị. Về chi tiết, khả năng của người dùng quản lý vòng đời thiết bị bị hạn chế.
Vì sự tương hợp được đảm bảo
"Sự hỏng thiết bị cũng xảy ra những lúc không thuận lợi như là ban đêm hoặc vào
ngày cuối tuần hoặc khi nhân viên không phải là những chuyên gia trong hệ thống
tự động" ông John Immelman, Tổng giám đốc hiệp hội Profibus của Australia mô
tả. “Tuy nhiên, nên để cho người sử dụng thay thế thiết bị trường mà không cần bất
kì kiến thức đặc biệt nào về công nghệ truyền thông số hóa. Nét đặc trưng mới tạo
nên sự sống dễ dàng hơn trong những kịch bản này" Immelman đã ca tụng về
Profibus PA Profile 3.02 mới được giới thiệu trong năm nay. Ứng dụng đặc trưng
xác định rõ nhà cung ứng về thông số thiết bị trung tính và các tính năng cho các
loại thiết bị khác nhau . Điều này tạo nền tảng cho việc đảm bảo tính tương thích
của các loại (GSD, EDD, DTM) và thiết bị trường. Ví dụ, nó có thể tích hợp các
công cụ để tự động phân chia các file đến thiết bị, bằng cách đó, làm đơn giản hóa
quy trình kĩ thuật (như là trong suốt quá trình lắp ráp ban đầu của thiết bị trường).
Cho đến bây giờ, việc sử dụng của nhà sản xuất với các file đặc biệt nghĩa là người
dùng được động viên thay thế thiết bị trường bằng 1 thiết bị đồng nhất khác. Sản
phẩm PA Profile 3.02 khắc phục thiếu sót này, thiết bị trường mới này tự động
thay thế cho phiên bản thiết bị cũ. Để đạt được điều này, nhiệm vụ của kiểu hình

31
thiết bị trước đó phải được xác định rõ và thiết bị thay thế đảm nhận các tính năng
của nó mà không làm xảy ra sự cố ngắt trong quá trình hoạt động. thiết bị thay thế
phải kiểm soát hệ thống như là phiên bản trước đó của nó, thậm chí công nghệ của
nó tốt hơn 10 năm. Do đó, tính năng mới có thể được tích hợp bằng cách cập nhật
file mô tả. Điều tương tự ứng dụng vào sự tíchhợp của 1 EDD hoặc DTM trong
khi thay thế thiết bị. Điều này cũng có thể xảy ra trong trường hợp 1 thiết bị mới
đảm nhận tính năng của 1 vài phiên bản trước đó (hiệu chỉnh thiết bị) đã được thiết
kế nởi nhà sản xuất theo tiêu chuẩn và đã được kiểm tra trong thời gian cấp chứng
nhận.
Kiểm tra nghiêm ngặt
Profile đã được nghiên cứu 1 cách cẩn thận trong phòng thử nghiệm của BIS
Prozesstechnik ở Frankfurt. Phòng thí nghiệm này cung cấp 1 trong những việc lắp
đặt bus trường từ nhiều nhà cung cấp lớn nhất trên thế giới cho phép thiết bị trường
hoạt động. Phòng thử nghiệm này cũng là trung tâm kiểm nghiệm công nghệ EMC
và bộ truyền động (SIL, CE, TA-Luft), là trung tâm có thẩm quyền của PI (PICC)
về PROFIBUS, và là 1 trung tâm kiệt xuất nền tảng Fieldbus .
các nhà kiểm định tập trung vào việc thay thế thiết bị hiện thời – trong trường hợp
này là bộ truyền động, trong khi quy trình sản xuất vẫn đang diễn ra.. Việc hiển thị
tín hiệu trạng thái là theo chuẩn NE 107 trong trường hợp kiểm soát lỗi.
Tất cả kết quả kiểm định đã rõ ràng: profile đã chứng tỏ nó sẵn sàng cho hoạt động
công nghiệp thực sự và làm hài lòng người sử dụng. Khi Immelman khẳng định
dứt khoát: "chúng tôi quan tâm đến kết quả của việc kiểm nghiệm thiết thực, và
chúng tôi xem PA Profile như là 1 bước quann trọng để đơn giản hóa việc thay thế
thiết bị.
Giảm thiểu bảo trì
Mục tiêu chính phía sau sự phát triển của PROFIBUS PA Device Profile 3.02 là tối
thiểu hóa công sức của người sử dụng khi làm việc với bản mô tả thiết bị về bus
trường. Đồng thời giảm công sức bảo trì trong vòng đời của thiết bị.
Nhà sản xuất mô tả những thuộc tính và tính năng của 1 thiết bị trường trên bus
trường trong 1 file (GSD, EDD, FDT/DTM) mà người sử dụng tích hợp trong toàn
bộ 1 hệ thống điều khiển (chẳng hạn như hệ thống điều khiển quá trình,hệ thống kĩ
thuật…) cùng sử dụng công cụ phần mềm. Do đó, tính năng của thiết bị trường
được thực hiện trong hệ thống và tạo thêm thông tin.
Để giảm thiểu công sức bảo trì trong suốt vòng đời thiết bị, 1 bản quy định phù

32
hợp cho các thiết bị, file thiết bị, và nền tảng phần mềm là cần thiết. Nó bao gồm
những quy định để thiết kế phần mềm cho thiết bị, tự động cập nhật tính năng của
phiên bản trước đó trong thương mại, cũng như nhà cung cấp – những quy luật
trung lập cho việc thay đổiphần mềm thiết bị và hiệu quả của chúng trong sự
tương thích.
Những đặc điểm kỹ thuật sơ lược bao gồm sơ đồ bắt buộc cho thông tin chuẩn
đoán rõ ràng của thiết bị trường trên bản tiêu chuẩn (NE107 – tự giám sát và chuẩn
đoán thiết bị trường) và truyền dữ liệu thiết bị trường thực sự nhanh hơn, chẳng
hạn như truyền thông số dữ liệu trong lúc sắp xếp thiết bị.
Mục đíchcủa giấy chứng nhận là cung cấp cho người dùng sự đảm bảo rằng thiết
bị của các nhà sản xuất khác nhau có khả năng hoạt động mà không bị lỗi khi sử
dụng chung với nhau. Số lượng các profile lớn nhằm giúp đơn giản hóa việc vận
dụng các chức năng thiết bị chuẩn cho người dùng. Nhất là trong sản xuất thực
phẩm yêu cầu an toàn cao.
2.Thực hiện việc chuyển đổi giữa PROFIBUS DP và PROFIBUS PA
- Mở rộng bằng module
- Có sẵn phiên bản Ex và phiên bản Non-Ex
* Các ứng dụng
Cầu nối DP/PA và liên kết DP/PA được quản lý bởi hệ thống điều khiển đang được
sử dụng và bằng số lượng khung (Số các thiết bị trường cho mỗi PLC hoặc hệ
thống tự động hoá)
Cầu nối DP/PA:
- Cầu nối DP/PA được dùng với số lượng khung nhỏ và yêu cầu về thời gian liên
hệ thấp
- Khi cầu nối DP/PA tốc độ truyền dữ liệu trên PROFIBUS DP phải được đặt cố
định là 45.45 Kbit/s. Số lượng khung được xác định bằng số lượng lớn nhất các
slave có thể địa chỉ hoá (các thiết bị trường) hoặc thời gian chu kỳ lớn nhất.
Các thiết bị trường được định địa chỉ trực tiếp bằng bộ điều khiển khả trình; cầu
nối DP/PA rõ ràng. Không cần thiết lập cấu hình DP/PA. Cầu nối được khuyên
dùng khi mở rộng những thiết bị đã có dựa trên SIMATIC S5
Liên kết DP/PA
- Liên kết DP/PA được dùng cho số lượng lớn các khung và yêu cầu thời gian liên
hệ
- Mắt nối DP/PA làm việc như một slave trên PROFIBUS DP và như một master
trên PROFIBUS PA. Bộ điều khiển khả trình hoặc hệ thống tự động hoá định địa
chỉ các thiết bị trường qua liên kết DP/PA theo một kiểu slave mà các mô đun của
nó là các thiết bị PA.

33
- Đặt cấu hình liên kết DP/PA rất dễ dàng nhờ dùng phần mềm lập cấu hình STEP
7 (Từ V4.03 trở lên).
- Liên kết DP/PA có thể hoạt động trên các master PROFIBUS tiêu chuẩn
- File GSD cần thiết cho hoạt động trên các master PROFIBUS DP sẵn có trên
Internet.
* Chức năng
Cầu nối DP/PA
- Chuyển đổiđịnh dạng dữ liệu từ không đồng bộ (11 bits/ký tự) và chuyển đổitốc
độ
- Cấp nguồn cho các thiết bị trường.
- Giới hạn dòng cung cấp
- Trong phiên bản Ex dòng cung cấp được giới hạn tới 110 ma. Với phiên bản
Non-Ex dòng cung cấp giới hạn tới 40mA
- Khi kết hợp với PROFIBUS Master S7-400, chức năng CIR (lập trình khi đang
chạy) được hỗ trợ. Điều này khiến có thể tích hợp và tháo rời các thiết bị trường
trong khi đang hoạt động bình thường.
- Số các slave hoặc các thiết bị trường có thể kết nối bị giới hạn bởi năng lượng
tiêu thụ của các thiết bị trường.
Liên kết DP/PA
- Sử dụng liên kết SP/PA cho phép các đường PA cấp dưới với chu kỳ thời gian
ngắn được thiết lập
- Việc truyền dữ liệu từ hệ thống điều khiển được thực hiện qua PROFIBUS DP
với tốc độ truyền tối đa 12 Mbit/s
- Liên kết DP/PA là cổng nối liền PROFIBUS DP và PROFIBUS PA, nhưng tách
riêng tốc độ truyền. Nó làm việc như một slave trên PROFIBUS DP và như một
master trên PROFIBUS PA. PLC định địa chỉ các thiết bị trường gián tiếp qua
DP/PA link.
- Hệ thống tự động hoá coi liên kết DP/PA như một slave mô đun hoa. Các
module phụ riêng biệt của slave này là các thiết bị trường mà có thể được nối tới
các đường PA cấp dưới. Khi kết hợp với PROFBUS master S7-400, chức năng
CIR (lập cấu hình trong khi chạy) được hỗ trợ. Có khả năng tích hợp và tháo bỏ
các thiết bị trong quá trình hoạt động bình thường.
- IM 157 và tối đa 5 cầu nối DP/PA
- Tổng số các thiết bị trường trên một DP/PA link tối đa là 64.
Thông số kỹ thuật
Cầu nối DP/PA
Phiên bản Ex
2 cực đầu cuối loại vặn vít, điện trở đầu cuối
được tích hợp cố định, dòng ra tối đa 110mA,

34
điện áp ra DC 13-14V
Phiên bản Non-Ex
4 cực đầu cuối loại vặn vít, điện trở đầu cuối có
thể chuyển mạch, dòng ra tối đa 400mA, điện
áp ra DC 19V
Nguồn cung cấp DC 24V (màu xanh)
Tiêu thụ dòng điện
- Phiên bản
Ex
- Phiên bản
non-Ex
Tối đa 400 mA
Tối đa 750 mA
Tổn hao công suất
- Phiên bản
Ex
- Phiên bản
non-Ex
Xấp xỉ 7W
Xấp xỉ 7W
Nhiệt độ hoạt động
- Phiên bản
Ex
- Phiên bản
non-Ex
25 tới 600C
-25 tới +600C
Kích thước (W x H X
D)mm
80 x 125 x 130
IM 157
Điện áp cung cấp DC 24 V
Tiêu thụ dòng điện
Tối đa 100mA (Liên kết DP/PA)
Tối đa 200 mA (Liên kết Y)
Tổn hao công suất
Xấp xỉ 2W (Liên kết DP/PA)
Xấp xỉ 4W (Liên kết Y)
Nhiệt độ hoạt động -25 tới +600C
Kích thước (W x H x
D)mm
40 x 125 x 130
Mã hiệu đặt hàng
Cầu nối DP/PA dùng để
chuyển đổi phương pháp
truyền từ RS485 tới
IEC1158-2
- Phiên bản Ex
- Phiên bản
6ES7 157-0AD82-0XA0
6ES7 157-0AC81-0XA0

35
non-Ex
Module giao diện IM 157
dùng cho liên kết DP/PA
6ES7 157-0AA82-0XA0
3.Ví dụ ứng dụng thực tiễn
Lưu lượng kế Coriolis Flowmeters trong profibus PA
Lưu lượng kế Coriolis Flowmeters trong Profibus PA.
Coopers Brewery – nhà nấu rượu lớn thứ 3 ở Australia và là nhà máy bia gia
đình lớn nhất được thành lập bởi Thomas Coopero ở miền bắc Australia vào năm
1862. Khi Coopers Brewery chuyển từ Leabrook đến Regency Park vào năm 2001,
công ty đã mở rộng năng suất bằng cách đặt mua một nhà máy bia mới hoàn toàn.

36
Nhà thiết kế cho nhà máy bia quốc tế Briggs của Burton đề xuất liên kết tất cả các
điểm đo lường với hệ thống truyền thông Profibus dựa trên sự thành công nổi bật
của nó trên các nhà máy bia thế giới. Nhận thấy công nghệ Profibus có hiệu quả
trong tương lai cho các công ty, MD Dr Tim Cooperđồng ý và do đó Coopers đã
kiếm được profibus PA đầu tiên của Australia cho hệ thống nhà máy bia.
Ngay cả hiện nay, nhà máy bia rượu Coopervẫn là một trong những nhà
máy bia rượu hiện đại nhất Australia. Công nghệ profibus tiến tiến bao gồm cả
profibus DP (được sử dụng trong phòng điều khiển để liên kết PLC và SCADA),
profibus PA (được sử dụng rộng rãi khắp nhà máy cho việc đo lường và kiểm soát
mức, nhiệt độ, lưu lượng, áp suất và các van) và bus ASi (cho các I/O số).
Việc làm bia thương mại thành công tùy thuộc vào quản lý chính xác chuỗi
quy trình phức hợp cao. Dữ liệu được tích hợp nghiêm ngặt về tỉ trọng, lưu lượng,
mức, áp suất, độ PH và nhiệt độ quyết định cho việc kiểm soát quá trình. Theo ông
David Medlyn, kỹ sư trưởng kiểm soát quy trình ở Coopers Brewery, từ khi đưa
profibus vào, các quản lý quá trình của ông hiện đang đạt được sự hồi tiếp chính
xác hơn và ngayn lập tức qua các thông số đo lường và điểm đo tại mọi giai đoạn
của quy trình. Việc kiểm soát quá trình tốt hơn cũng làm tăng hiệu quả quy trình
phụ bên trong nhà máy bia- như việc thu thập bã rượu đã dùng qua và quá trình
CIP.

37
Kết luận:
- Chúng em đã tìm hiểu và nghiên cứu về profibus pa và trình bày theo cấu
trúc của thầy đã nêu ra
- Do kiến thức còn hạn chế cũng như mới tiếp xúc với môn học mới nên bài
tập lớn của chúng em còn nhiều thiếu sót.
- Chúng em cũng xin chân thành cảm ơn thầy đã giảng dậy cũng như giúp
đỡ chúng em hoàn thành bài tập lớn này

Luận văn: Tìm hiểu nghiên cứu về truyền thông profibus PA, HOT

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to Luận văn: Tìm hiểu nghiên cứu về truyền thông profibus PA, HOT

Similar to Luận văn: Tìm hiểu nghiên cứu về truyền thông profibus PA, HOT (20)

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620

More from Dịch vụ viết bài trọn gói ZALO: 0909232620 (20)

Recently uploaded

Recently uploaded (19)

Luận văn: Tìm hiểu nghiên cứu về truyền thông profibus PA, HOT