ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘIĐẠI HỌC CÔNG NGHỆKHOA CƠ HỌC KĨ THUẬT VÀ TỰ ĐỘNG HÓA------------------o0o------------------BÀI TIỂU LUẬNKiến trúc máy tính và mạng truyền thông công nghiệpGiảng viên : Đặng Anh ViệtĐề tài : PROFIBUSNhóm 24:HÀN VĂN TUẤN -17020452TRẦN VĂN PHƠN - 17020398Hà Nội, tháng 05 năm 2020MỤC LỤCLỜI MỞ ĐẦU...............................................................................................................11. Công nghệ PROFIBUS............................................................................................21.1. Dạng truyền thông [Communication profiles]....................................................31.2. Kỹ thuật truyền....................................................................................................41.3. Ứng dụng.............................................................................................................52. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢN......................................................................................62.1. Cấu trúc giao thức [Protocol architecture]..........................................................62.2. Kỹ thuật truyền RS - 485....................................................................................72.3. Kỹ thuật truyền IEC 1158 - 2............................................................................102.4. Kỹ thuật truyền cáp quang................................................................................132.5. Phương thức truy cập PROFIBUS....................................................................143. DẠNG TRUYỀN THÔNG DP..............................................................................183.1. Các chức năng cơ bản.......................................................................................183.2. Các chức năng mở rộng của DP.......................................................................234. TRUYỀN THÔNG FMS........................................................................................284.1. Các dịch vụ FMS...............................................................................................294.2. Giao tiếp cấp thấp [Lower Layer Interface]......................................................314.3. Quản lý mạng....................................................................................................335. CÁC TIÊU CHUẨN ỨNG DỤNG........................................................................355.1. Tự động hoá quá trình [PA: Process Automation].............................................355.2. Các ứng dụng an toàn........................................................................................405.3. Tự động hoá toà nhà..........................................................................................415.4. Các tiêu chuẩn ứng dụng cho các loại thiết bị đặc biệt.....................................416. KỸ THUẬT THIẾT BỊ..........................................................................................437. ƯU ĐIỂM, NHƯỢC ĐIỂM...................................................................................448. ỨNG DỤNG............................................................................................................459. LỜI KẾT.................................................................................................................47DANH MỤC HÌNHHình 1: PROFIBUS on Ethernet.................................................................................1YHình 1.1: PROFIBUS và ETHERNET..........................................................................2Hình 1.2: Tổng quan về công nghệ PROFIBUSHình 2.1: Cấu trúc giao thức [Protocol architecture].....................................................7Hình 2.2: Cáp và đầu nối Bus của RS 485 trong PROFIBUS.....................................11Hình 2.3: cấu trúc liên kết mạng hình cây...................................................................12Hình 2.4: Cấu hình PROFIBUS có 3 Master và 7 Slave 3 Master tạo nên một vòngToken1Hình 3.1:Thời gian chu kỳ BUS của hệ thống DP Mono-Master-Systems..................20Hình 3.2: Hệ thống DP Mono-Master-Systems...........................................................20Hình 3.3: Truyền dữ liệu theo chu kì...........................................................................22Hình 3.4: Địa chỉ trong các dịch vụ đọc và ghi không chu kỳ của DP. 2Hình 4.1: Thiết bị trường ảo [VFD] với danh mục đối tượng [OD: Object Dictionary]......................................................................................................................................29Hình 4.2: Tổng quan về dịch vụ FMS..........................................................................31Hình 4.3: Trình tự thực hiện một dịch 3Hình 5.1: Cấu hình điển hình trong tự động hoá quá trình..........................................35Hình 5.2: So sánh nối dây thông thường và PROFIBUS.............................................37Hình 5.3: Biểu diễn các tham số trong PROFIBUS-PA Profile...................................38Hình 5.4: Với PROFISafe Profile, các thiết bị an toàn có thể truyền thông qua.........40LỜI MỞ ĐẦUCông nghệ thông tin đã thúc đẩy công nghệ tự động hoá phát triển. Nó làm thayđổi các cấp,cấu trúc và quá trình trong lĩnh vực tự động hoá và ngày nay có ảnhhưởng đến tất cả các lĩnhvực công nghiệp từ điều khiển quá trình, tự động hóa xínghiệp, tự động hóa toà nhà đến điều khiển giao thông. Khả năng truyền thông củathiết bị và các đường truyền thông tin trong suốt,liên tục là các thành phần không thểthiếu của khái niệm tự động hoá trong tương lai. Sự truyền thông tăng không chỉ ởchiều ngang của cấp trường mà còn theo cả chiều dọc qua tất cả các cấp.Hệ thốngtruyền thông công nghiệp có nhiều dạng Ethernet, PROFIBUS và ASI là các điềukiệnlý tưởng cho việc nối mạng trong tất cả các lĩnh vực của quá trình sản xuất theo mỗitrường hợp ứng dụng và giá cả.Cuộc cách mạng công nghệ thông tin trong công nghệ tự động hoá mở ra 1 độnglực mới ở tối ưu hoá việc xử lý và đóng một vai trò để sử dụng tốt hơn nguồn tàinguyên. Hệ thống truyền thông công nghiệp đảm nhận một vai trò quan trọng. Trongbài tiểu luận này PROFIBUS được mô tả như một liên kết trung tâm cho dòng chảythông tin trong tự động hoá.Hình 1: PROFIBUS on Ethernet11. CÔNG NGHỆ PROFIBUSPROFIBUS là một Bus trường chuẩn mở rộng, không phụ thuộc vào nhà sảnxuất dùng cho các ứng dụng trong tự động hoá sản xuất và xử lý. Sự độc lập và tínhmở rộng được đảm bảo theo tiêu chuẩn quốc tế EN 50170 và EN 50254. PROFIBUScho phép truyền thông giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau không đòi hỏigiao tiếp đặc biệt. PROFIBUS không những sử dụng cho các ứng dụng nhanh theochu kỳ mà còn cho các nhiệm vụ tryền thông đặc biệt. Nhờ sự phát triển kỹ thuật liêntục mà PROFIBUS vẫn còn là một hệ thống truyền thông công nghiệp trong tương lai.Hình 1.1: PROFIBUS và ETHERNETPROFIBUS là một Bus trường chuẩn mở rộng, không phụ thuộc vào nhà sảnxuất dùng cho các ứng dụng trong tự động hoá sản xuất và xử lý. Sự độc lập và tínhmở rộng được đảm bảo theo tiêu chuẩn quốc tế EN 50170 và EN 50254. PROFIBUScho phép truyền thông giữa các thiết bị của các nhà sản xuất khác nhau không đòi hỏigiao tiếp đặc biệt. PROFIBUS không những sử dụng cho các ứng dụng nhanh theochu kỳ mà còn cho các nhiệm vụ truyền thông đặc biệt. Nhờ sự phát triển kỹ thuật liêntục mà PROFIBUS vẫn còn là một hệ thống truyền thông công nghiệp trong tương lai.2PROFIBUS có các phương thức truyền thông được chia theo dạng truyền thông[Communication Profiles]: DP và FMS. Tùy thuộc vào ứng dụng có thể sử dụng kỹthuật truyền RS 485, IEC 1158-2 hoặc cáp quang. Trong tài liệu kỹ thuật nâng cao, tổchức sử dụng PROFIBUS đang thực thi các khái niệm chung cho tích hợp dựa trên cơsở TCP/IP.Dạng ứng dụng [Application profiles]: qui định các phương thức và công nghệtruyền tùy chọn cần thiết theo vùng ứng dụng cho các loại thiết bị. Các profiles nàycũng qui định các đặc tính thiết bị mở rộng của nhà sản xuất.1.1. Dạng truyền thông [Communication profiles]PROFIBUS communication Profiles qui định các trạm tuyền dữ liệu nối tiếp củanó qua môi trường truyền chung như thế nào.DPDP là dạng truyền thông được sử dụng nhiều nhất. Nó tối ưu hoá tốc độ truyền,hiệu quả và chi phí kết nối và được thiết kế đặc biệt cho truyền thông giữa các hệthống tự động và ngoại vi phân tán. DP, là sự thay thế phù hợp cho truyền tín hiệusong song 24V thông thường trong tự động hoá sản xuất cũng như truyền tín hiệuAnalog 4...20mA hoặc Hart trong tự động hoá xử lý. FMSĐây là dạng truyền thông đa năng cho các công việc truyền thông theo yêu cầu.FMS mang lại các chức năng truyền thông hiện đại cho truyền thông giữa các thiết bịthông minh [Intelligent Device]. Tuy nhiên, do sự phát triển kỹ thuật của PROFIBUSvà việc sử dụng TCP/IP ở cấp Cell mà FMS ngày càng chiếm một vai trò ít quan trọngtrong tương lai.3Hình 1.2: Tổng quan về công nghệ PROFIBUS1.2. Kỹ thuật truyềnVùng ứng dụng của hệ thống Bus trường chủ yếu được xác định bằng sự lựachọn kỹ thuật truyền hiện có. Cũng như các yêu cầu chung dựa trên hệ thống Bus nhưđộ tin cậy, khoảng cách lớn và tốc độ truyền cao. Trong tự động hoá xử lý các yêu cầukhác phải được thoả mãn như hoạt động trong các vùng nguy hiểm, truyền dữ liệu vànăng lượng trên cùng một cáp. Bởi vì vẫn chưa thể thoả mãn tất các các yêu cầu bằngmột kỹ thuật truyền chung nên hiện vẫn có 3 phương pháp truyền [Physical profiles]cho PROFIBUS là:-RS 485 dùng cho các ứng dụng vạn năngIEC 1158-2 dùng trong tự động hoá quá trình. Cáp quang dùng chống nhiễu vàmạng có khoảng cách truyền lớn.Trong tài liệu kỹ thuật nâng cao, có khuynh hướng dùng các thành phần củaEthernet thương mại với 10Mbit/s và 100Mbit/s như là cấp vật lý cho PROFIBUS.Các bộ nối [Coupler] và Link dùng cho việc chuyển đổi giữa các kỹ thuật truyền khácnhau.Các Coupler41.3. Ứng dụngPROFIBUS Application Profiles mô tả các tác động qua lại giữa phương thứctruyền thông với kỹ thuật truyền được sử dụng. Chúng cũng qui định các đặc tính củathiết bị trường trong suốt quá trình truyền thông qua PROFIBUS. Qui định ứng dụngquan trọng nhất của PROFIBUS là các qui định [Profiles] về PA, trong đó qui địnhcác thông số và khối chức năng của các thiết bị tự động hoá quá trình như các bộchuyển đổi đo, các van, các bộ định vị. Cao hơn là các bộ điều khiển tốc độ, HMI vàcác bộ mã hoá [Encoder] qui định các đặc tính thiết bị mở rộng của nhà sản xuất.52. CÁC ĐẶC TÍNH CƠ BẢNPROFIBUS qui định các đặc tính của một hệ thống Bus trường nối tiếp, với cácqui định này các bộ điều khiển lập trình số đặt phân tán có thể nối mạng, từ cấp fieldtới cấp Cell. PROFIBUS là một hệ thống Multi-Master và cho phép kết hợp nhiều hệthống tự động hoá, hệ thống công nghệ và hệ thống điều khiển với các thiết bị ngoạivi phân tán của chúng vào trong một Bus. Profibus có hai loại thiết bị sau:Master xác định việc truyền dữ liệu trên BUS. Một Master được phép gửi thôngbáo mà không cần yêu cầu từ bên ngoài, khi nó giữ quyền truy cập BUS [giữTOKEN]. Các Master cũng được gọi là các trạm tích cực.Slave là các thiết bị ngoại vi như các I/O, các van, các bộ truyền động và các bộbiến đổi đo lường. Chúng không có quyền truy cập BUS, có nghĩa là nó được phépnhận các thông báo hoặc gửi các thông báo tới các Master khi có yêu cầu. Slave cũngđược gọi là các trạm thụ động. Các slave cần sử dụng ít giao thức BUS, sự trang bịcủa chúng đơn giản, kinh tế.2.1. Cấu trúc giao thức [Protocol architecture]PROFIBUS dựa trên các tiêu chuẩn quốc tế công nhận. Cấu trúc của giao thứctheo chuẩn OSI [Open System Interconnection], tương xứng với tiêu chuẩn quốc tếISO 7498. Theo đó mỗi lớp truyền thực hiện một nhiệm vụ nhất định. Lớp 1 [PhysicalLayer] xác định các đặc điểm truyền vật lý. Lớp 2 [Date Link Layer] xác định phươngthức truy cập BUS, Lớp 7 xác định các chức năng ứng dụng. Cấu trúc của giao thứcPROFIBUS được mô tả trong hình 2.1.6Hình 2.1: Cấu trúc giao thức [Protocol architecture]DP là giao thức truyền thông hiệu quả, sử dụng cho lớp 1 và lớp 2 cũng như giaotiếp ứng dụng. Lớp 3 đến lớp 7 là không sử dụng. Qua cấu trúc này đảm bảo việctruyền dữ liệu nhanh và hiệu quả. Bản đồ liên kết dữ liệu trực tiếp [Direct Data LinkMapper, DDLM] cung cấp giao tiếp ứng dụng dễ dàng truy cập đến lớp 2. Trong giaotiếp ứng dụng xác định các chức năng ứng dụng cho người dùng, cũng như các đặctính hệ thống, đặc tính thiết bị của các loại DP khác nhau.FMS là phương thức truyền thông vạn năng, sử dụng cho lớp 1, 2 và 7. Lớp ứngdụng 7 bao gồm Fieldbus Message Specification [FMS] và Lower Layer Interface[LLI]. FMS xác định một lượng lớn các dịch vụ truyền thông mạnh cho truyền thôngMaster - Master, Master - Slave. LLI xác định các dịch vụ FMS trên phương thứctruyền dữ liệu của lớp 2.2.2. Kỹ thuật truyền RS - 485Kỹ thuật truyền RS - 485 thường được sử dụng nhất trong PROFIBUS. Nó đượcsử dụng trong tất cả các lĩnh vực ứng dụng mà yêu cầu tốc độ truyền cao, lắp đặt đơngiản, rẻ tiền. Nó sử dụng cáp đôi dây xoắn.7Kỹ thuật truyền RS - 485 dễ dàng sử dụng. Sự lắp đặt cáp đôi dây xoắn khôngđòi hỏi kiến thức cao. Cấu trúc BUS cho phép thêm vào hoặc tháo bớt ra các trạmhoặc vận hành hệ thống từng bước. Sự mở rộng sau này không làm ảnh hưởng đếncác trạm đang hoạt động.Tốc độ truyền có thể chọn trong vùng 9,6Kbit/s đế 12Mbit/s. Khi hệ thống hoạtđộng có thể chọn một tốc độ truyền duy nhất cho tất cả các thiết bị trên BUS. Hướng dẫn lắp đặt RS - 485Tất cả các thiết bị được kết nối trong cấu trúc BUS [Line]. Trong một phân đoạnBUS có thể kết nối tối đa 32 trạm [Master hoặc Slave].Bus được khống chế bằng việc kích hoạt một bộ điện trở đầu cuối, tại điểm bắtđầu và cuối của một công đoạn [xem hình trang bên]. Để đảm bảo sự hoạt động khôngxảy ra lỗi, cả hai điện trở đầu cuối phải luôn luôn được cấp nguồn. Điện trở đầu cuốithường được tác động trong thiết bị hoặc trong các đầu nối.Trong trường hợp có hơn 32 trạm hoặc để mở rộng vùng của network, repeaterphải được sử dụng để kết nối các phân đoạn riêng lẻ.Chiều dài cáp tối đa phụ thuộc vào tốc độ truyền, xem bảng 2. Các thông số kỹthuật của chiều dài cáp trong bảng 2 dựa trên cáp loại A với các thông số sau:-Trở kháng : 135 đến 165 ΩCông suất : < 30pf/m. Trở kháng vòng : 110 Ω/km. Wire gauge : 0,64 mmTiết diện : > 0,34 mm2Không nên sử dụng cáp dạng P. Mạng PROFIBUS dùng kỹ thuật truyền RS 485thường sử dụng một đầu nối 9 chân, cấp bảo vệ IP 20. Sơ đồ chân và nối dây đượccho ở hình 6. Ba dạng kết nối khác có thể thực hiện cho RS 485 có cấp bảo vệ IP65/67 là:- Đầu nối M12 dạng tròn theo IEC 947-5-2. Đầu nối HAN – BRID theoDESINA.- Đầu nối Hibrid của Siemens.- Đầu nối HAN -BRID có thể dùng cho truyền dữ liệu qua cáp quang và điện ápnguồn 24 v cho các ngoại vi qua cáp đồng.8- Đầu nối M12 cho RS 485 -cấp bảo vệ IP 65/67. sơ đồ chân: 1: VP, 2:RxD/TxD-N, 3:DGND, 4: RxD/TxD, 5: vỏ bọc- Đầu nối Han-Brid kiểu Cu-Fo. Dùng để truyền dữ liệu qua cáp quang và điệnáp 24V cung cấp cho các ngoại vi. Đầu nối này cũng có kiểu Cu-Cu.- Đầu nối Siemens-Hybrid, truyền điện áp cung cấp 24 V. dữ liệu PROFIBUSqua cáp đồng cho các thiết bị với cấp bảo vệ IP 65.Cáp PROFIBUS được nhiều hãng sản xuất. Một ưu điểm đặc biệt là hệ thốngđược kết nối nhanh, nhờ một cáp đặc biệt và cầu nối đặc biệt làm cho việc nối dây rấtđơn giản, nhanh chóng và tin cậy.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 hoàn toàn cần thiết để hệ thống có khả năngtránh được những ảnh hưởng của từ trường. Vỏ bọc dây dẫn cần phải được nối vối PEở cả 2 phía. Ngoài ra đường dây dữ liệu phải đặt cách cáp dẫn điện áp cao. Khi tốc độtruyền >= 1,5 Mbit/s không được sử dụng trong các đường nhánh cụt. Hiện có các đầunối dạng cắm có khả năng kết nối trực tiếp cáp dữ liệu vào và cáp dữ liệu ra. Qua đó9loại trừ sử dụng đường nhánh cụt và đầu nối BUS có thể cắm vào hoặc tháo ra khỏiBUS 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 donối dây và lắp đặt sai. Các vấn đề này có thể giải quyết bằng thiết bị BUS - tester, nócó thể phát hiện nhiều lỗi nối dây điển hình trước khi hoạt động.Các địa chỉ của các nhà cung cấp thiết bị hư: Các đầu nối, cáp, bộ lặp, BUS - testercó thể lấy từ catalog sản phẩm của PROFIBUS.2.3. Kỹ thuật truyền IEC 1158 - 2Sự truyền đồng bộ theo qui định IEC 1158-2 với tốc độ truyền từ 31,25 kbit/s,được sử dụng trong tự động hoá quá trình. Nó thoả mãn các yêu cầu quan trọng trongcông nghiệp hoá chất, hoá dầu nơi có các đòi hỏi an toàn về cháy nổ và nguồn cungcấp, nó sử dụng cáp đôi dây xoắn. Do đó PROFIBUS được sử dụng trong các môitrường nguy hiểm. Khả năng và giới hạn của PROFIBUS với kỹ thuật truyền IEC1158 - 2 cho các thiết bị trong vùng cháy nổ được qui định qua mô hình FISCO[Fieldbus Intrinically Safe Concept]. Mô hình này được viện vật lý Liên Bang Đức[PTP] phát triển. Ngày nay đã được quốc tế công nhận rộng rãi là một mô hình cơ sởcho các hệ thống BUS trường làm việc trong môi trường nguy hiểm. Sự truyền theoIEC 11582 và FISCO dựa trên các nguyên tắc cơ bản sau:- Khi một trạm đang gửi dữ liệu thì không được cấp nguồn cho BUS.- Một đoạn mạng chỉ được phép có một nguồn cung cấp.- Trong trạng thái bình thường, mỗi thiết bị trường đều tiêu thụ một dòng điệnkhông đổi. Các thiết bị trường như là một bộ tiêu thụ dòng thụ động.- Mỗi đầu cuối của đường dây BUS chính được kết thúc bằng một điện trở.- Nó có thể được nối vào mạng theo hình sao. đường thẳng, hình cây.Trong trạng thái bình thường mỗi trạm tiêu thụ một dòng điện nhỏ nhất là 10mA. Dòng này được cung cấp cho thiết bị trường qua nguồn BUS. Các tín hiệu trưyềnthông được tạo ra từ các thiết bị gửi qua điều chế +/-9mA đến dòng điện cơ bản.10Hình 2.2: Cáp và đầu nối Bus của RS 485 trong PROFIBUS.Để sử dụng mạng PROFIBUS trong vùng nguy hiểm, cháy nổ thì tất cả các thiếtbị sử dụng phải theo mô hình FISCO và theo IEC 1158-2 được các văn phòng PTB,BVS [của Đức], UL, FM [của Mỹ] công nhận và cấp chứng chỉ. Nếu tất cả các thiết bịsử dụng được cấp chứng chỉ, vẫn phải chú ý đến các qui tắc chọn bộ nguồn cung cấp,chiều dài dây dẫn, điện trở đầu cuối, sau đó không đòi hỏi thêm sự chuẩn nào nữa khivận hành mạng PROFIBUS. Hướng dẫn lắp đặt IEC 1158-2Trong các trạm điều khiển thường bao gồm hệ thống điều khiển quá trình, cũngnhư các thiết bị phục vụ và các thiết bị công nghệ, các thiết bị này truyền thông quaPROFIBUS qua RS 485. Trong trường thực hiện việc kết nối từ phân đoạn RS 485 tớiphân đoạn IEC 1158-2 qua khớp nối phân đoạn [Segmentcoupler] hoặc liên kết phânđoạn [Link]. Coupler cũng như Link đảm nhiệm đồng thời nhiệm vụ nguồn cung cấpcho các thiết bị trường.Segmentcoupler là các bộ chuyển đổi tín hiệu RS 485 sang IEC 1158-2 . Trênquan điểm giao thức BUS chúng là thuần nhất [hai mức tín hiệu]. Nếu sử dụngSegmentcoupler thì tốc độ truyền trong phân đoạn RS 485 được giới hạn lớn nhất93,75 kbit/s.Link có sự thông minh riêng của nó. Nó coi tất cả các thiết bị trường kết nốitrong phân đoạn IEC 2258-2 như một Slave riêng trong phân đoạn RS 485. Khônggiới hạn tốc độ khi sử dụng Link trong phân đoạn RS 485. Qua đó cũng có thể thực11hiện nhiệm vụ điều chỉnh cũng như thực hiện mạng nhanh bao gồm các thiết bị trườngcó kết nối IEC 1158-2.Trong PROFIBUS sử dụng kỹ thuật truyền IEC 1158-2, có thể sử dụng cấu trúcliên kết mạng hình cây hoặc đường thẳng cũng như kết hợp cả 2. Xem hình 2.3.Trong cấu trúc đường thẳng các trạm được kết nối với cáp chính qua đầu nốihình T. Cấu trúc hình cây có thể được so sánh với kỹ thuật lắp đặt trường cổ điển.Trong đó cáp chính nhiều lõi được thay thế bằng cáp hai lõi, đầu nối tiếp tục được sửdụng để kết nối các thiết bị trường và bao bọc điện trở đầu cuối.Hình 2.3: cấu trúc liên kết mạng hình câyVới kỹ thuật truyền IEC 1158-2 ở cấu trúc hình cây tất cả các thiết bị trườngđược đóng mạch với phân đoạn BUS trường qua bộ chia trường song song.Trong mọi trường hợp khi tính toán chiều dài lớn nhất của đường nhánh thì phảichú ý đế chiều dài tổng của đường truyền. Một đường dây nhánh trong ứng dụng antoàn không được vượt quá chiều dài 30m.Trong môi trường truyền dẫn sử dụng cáp đôi dây xoắn có bảo vệ xem hình 7. ởđầu cuối của cáp BUS chính được nối với một bộ RC mắc nối tiếp với R = 100W, C =1 mF. ở khớp nối phân đoạn [segment coupler] hoặc ở bộ liên kết [Link] có sẵn mộtbộ điện trở đầu cuối.Nối ngược cực tính ở thiết bị trường theo tiêu chuẩn IEC 1158-2 không làm ảnhhưởng đến chức năng của BUS, bởi vì các thiết bị này tự động nhận biết cực tính.12Số lượng các trạm có thể kết nối trong một phân đoạn nhiều nhất là 32. Tuynhiên số lượng trạm có thể bị giới hạn tùy thuộc vào dạng bảo vệ và cấp nguồn choBUS. Trong mạng an toàn đã qui định điện áp cũng như dòng điện tối đa trong mộtgiới hạn nghiêm ngặt. Trong mạng không an toàn [không yêu cầu chống cháy, nổ...]thì công suất bộ nguồn cũng được giới hạn.Để xác định chiều dài đường truyền lớn nhất thì cần phải tính công suất yêu cầucủa thiết bị trường kết nối, chọn bộ nguồn cung cấp ở bảng 5 và dạng cáp ở bảng 6.Dòng điện yêu cầu [=Σ công suất yêu cầu] bằng tổng dòng điện cơ bản của các thiếtbị và thiết bị trường kết nối trên một phân đoạn, cũng như 9mA dự trữ cho ở phânđoạn cho FDE [Fault Disconnection Equipment]. FDE ngăn cản các thiết bị có lỗihoạt động trên Bus.Cho phép kết hợp nguồn cung cấp cho Bus và nguồn ngoài cung cấp cho thiết bị.Cần chú ý là các thiết bị được cung cấp từ nguồn ngoài cũng tiêu thụ một dòng điệncơ bản và cần phải tính thêm khi tính tổng dòng điện cung cấp.Dựa trên sự tiêu thụ công suất 10mA của mỗi thiết bị. Nếu một thiết bị tiêu thụhơn 10mA thì số lượng thiết bị kết nối phải gảm theo2.4. Kỹ thuật truyền cáp quangCáp quang có thể sử dụng cho PROFIBUS khi các ứng dụng ở môi trường cónhiễu từ trường cao, cần cách ly về điện hay cần tăng khoảng cách truyền tối đa vớitốc độ truyền cao. Hiện có nhiều loại cáp quang với các đặc điểm khác nhau vềkhoảng cách, giá cả và ứng dụng. Xem bảng 7 để biết tổng quát.Các đoạn mạng PROFIBUS dùng cáp quang có cấu trúc hình sao[Star] hoặcvòng [Ring]. Các thành phần cáp quang của một số nhà sản xuất cho phép tạo ra cáckết nối Redandant, có khả năng tự động chuyển đổi đường truyền vật lý khi có sự cố.Nhiều hãng sản xuât các khớp nối [Coupler] dùng nối cáp RS 485 và cáp quang. Điềunày cho phép có thể chuyển đổi bất cứ khi nào giữa truyền RS 485 hay cáp quang13trong một hệ thống. Xem tài liệu hướng dẫn 2.022 về các thông số kỹ thuật của kỹthuật truyền bằng cáp quang trong PROFIBUS.Đối với các bộ phận của cáp quang dùng trong PROFIBUS, hãy xem catalog sảnphẩm hiện hành của PROFIBUS.2.5. Phương thức truy cập PROFIBUSTruyền thông PROFIBUS sử dụng một phương thức truyền đồng nhất. Phươngthức này thuộc lớp 2 của kiểu OSI. Nó cũng bao gồm an toàn dữ liệu, xử lý cácphương thức truy cập và các bức điện. Trong PROFIBUS, lớp 2 được gọi là FieldbusData Link [FDL]. Điều khiển truy cập [Medium Access Control: MAC] xác định thủtục khi một trạm được phép gửi dữ liệu. MAC phải đảm bảo rằng tại một thời điểmchỉ có một trạm có quyền gửi dữ liệu. Phương thức truy cập PROFIBUS được thiết kếđể giải quyết 2 yêu cầu chính của đIều khiển truy cập MAC là :- Trong thời gian truyền thông giữa các hệ thống tự động phức [master], phảiđảm bảo rằng mỗi một trạm có đủ thời gian cần thiết để thực hiện xong cáccông việc truyền thông của nó.- Mặt khác, để truyền thông giữa các bộ điều khiển lập trình và các Slave gáncho nó thì sự truyền dữ liệu theo chu kỳ, thời gian thực cần phải được trang bịcàng nhanh và càng đơn giản càng tốt.Do đó phương thức truy cập PROFIBUS [xem hình 2.4] gồm phương thứcvòng Token được sử dụng để các Master truyền thông với nhau và phương thứcmaster-slave được các master sử dụng để truyền thông với các Slave.14Hình 2.4: Cấu hình PROFIBUS có 3 Master và 7 Slave 3 Master tạo nên một vòngTokenPhương thức Token passing bảo đảm rằng quyền truy cập Bus [token] được gáncho mỗi master theo đúng khung thời gian đã xác định. Thông báo Token là một bứcđiện đặc biệt để chuyển Token từ một master này sang một master khác và phảichuyển theo vòng token tới tất cả các master trong khoảng thời gian tối đa cho phép[có thể cấu hình]. Trong PROFIBUS, phương thức Token passing được sử dụng chotruyền thông giữa các master.Phương thức master-slave cho phép các master [các trạm tích cực] hiện đang giữToken truy cập các Slave [các trạm thụ động]. Điều này cho phép các master có thểgửi hay nhận các thông báo từ Slave. Phương thức truy cập này trang bị các cấu hìnhhệ thống sau:- Hệ thống Master-Master [token passing]- Hệ thống Master-Slave- Kết hợp cả 2 hệ thống trênMột vòng Token có nghĩa là sắp xếp lần lượt các trạm tích cực và tạo nên mộtvòng logic nhờ các địa chỉ Bus của chúng. Trong vòng này [token] hay quyền truy cậpbus được chuyển từ master này sang master khác theo một thứ tự đã xác định [thứ tựtheo địa chỉ tăng dần]. Khi một trạm tích cực nhận được bức điện token thì nó đóng15vai trò một master cho việc truyền thông với các tất cả các Slave theo quan hệ truyềnthông Master-Slave và tất cả các master theo quan hệ Master-Master.Nhiệm vụ của bộ điều khiển truy cập Bus MAC của trạm tích cực là phát hiệnthứ tự logic trong pha khởi động của hệ thống Bus và thiết lập vòng token. Trong suốtquá trình hoạt động, các trạm deactive hay switch-off phải được loại bỏ khỏi vòng vàcác trạm active khác có thể thêm vào vòng. Ngoài ra, điều khiển truy cập Bus cònphải bảo đảm rằng token được chuyển từ trạm này sang trạm khác theo theo thứ tự địachỉ tăng dần.Thời gian giữ token của một master phụ thuộc vào thời gian chuyển token đãđược cấu hình. Ngoài ra, điều khiển truy cập bus còn phát hiện được lỗi trên đườngtruyền, địa chỉ trạm [ví dụ gán nhiều địa chỉ] hoặc lỗi trong chuyển token [multitokenhoặc mất token]Nhiệm vụ quan trọng khác của lớp 2 là an toàn dữ liệu. PROFIBUS lớp 2 bảođảm sự tích hợp dữ liệu cao. Tất cả các bức điện có một Hamming Distance HD = 4.Điều này có được nhờ đáp ứng chuẩn IEC 870-5-1, qua các bức điện khởi động và kếtthúc, đồng bộ hoá, bit chẵn lẻ và Byte kiểm tra.PROFIBUS lớp 2 hoạt động ở dhế độ không kết nối [connectionless]. Ngoài sựtruyền dữ liệu peer-to-peer nó còn cung cấp truyền multipeer [broadcast và multicast].Truyền thông Broadcast có nghĩa rằng một trạm active có thể gửi một thông báo chotất cả các trạm [master và Slaves].Truyền thông Multicast có nghĩa một trạm tích cực gửi thông báo tới một nhómcác trạm đã xác định trước [Master và slaves].Mỗi một qui định truyền thông PROFIBUS sử dụng một tập con các dịch vụtruyền thông thuộc lớp 2, xem bảng 8. Các dịch vụ này được gọi ra từ các lớp cấp caohơn qua điểm truy cập dịch vụ [SAPs]. Trong FMS các điểm truy cập dịch vụ nàyđược sử dụng để xác định các quan hệ truyền thông logic.16Trong DP, một chức năng xác định trước được gán cho mỗi điểm truy cập dịchvụ một cách chính xác. Nhiều điểm truy cập dịch vụ có thể sử dụng đồng thời cho tấtcả các trạm Active và Passive. Cần phân biệt giữa điểm truy cập dịch vụ nguồn[SSAP] và điểm truy cập dịch vụ đích [DSAP].173. DẠNG TRUYỀN THÔNG DPDạng truyền thông DP được dùng cho việc trao đổi dữ liệu ở cấp trường có hiệuquả. Các thiết bị tự động hoá trung tâm như PLC/PC hoặc các hệ thống điều khiểnquá trình qua một kết nối nối tiếp nhanh với các thiết bị trường phân tán như I/O, cácbộ truyền động, các van cũng như các bộ chuyển đổi đo. Trao đổi dữ liệu với các thiếtbị phân tán diễn ra chủ yếu theo chu kì.Các chức năng truyền thông cần thiết cho trao đổi theo chu kỳ là các chức năngDP cơ bản xác định theo tiêu chuẩn EN 50 170. Ngoài các chức năng cơ bản này, DPcũng có các chức năng truyền thông không chu kì mở rộng dùng cho gán thông số,vận hành, giám sát và cảnh báo của các thiết bị trường thông minh. Chúng được địnhnghĩa trong tài liệu PROFIBUS No.3.1. Các chức năng cơ bảnCác bộ đIều khiển trung tâm [Master] đọc các thông tin ngõ vào của Slave theochu kỳ và ghi các thông tin ngõ ra tới các Slave theo chu kỳ. Thời gian chu kỳ BUSphải ngắn hơn thời gian chu kỳ chương trình của hệ thống tự động hoá trung tâm, thờigian chu kỳ BUS trong nhiều ứng dụng khoảng 10ms. Bên cạnh sự truyền dữ liệu ứngdụng theo chu kỳ, DP cũng có các chức năng cho chuẩn đoán và chọn chế độ hoạtđộng. Sự truyền thông dữ liệu được giám sát bởi các chức năng giám sát ở cả hai phíaMaster và Slave. Bảng 9 cho biết tất cả các chức năng cơ bản của DP.3.1.1. Các đặc điểm cơ bảnTruyền dữ liệu tốc độ cao không phải là điều kiện đủ cho sử dụng thành côngmột hệ thống Bus. Để thoả mãn các yêu cầu của người dùng thì các chức năng như:Điều khiển đơn giản, khả năng chuẩn đoán tốt và kỹ thuật truyền chống nhiễu cầnđược đáp ứng. DP thể hiện sự kết hợp tối ưu các đặc tính trên.Tốc độ: DP chỉ mất 1ms tại tốc độ 12Mbit/s để truyền 512 bit dữ liệu ngõ vào và512 bit dữ liệu ngõ ra tới 32 trạm. Hình 9 mô tả thời gian truyền điển hình của DPphụ thuộc vào số lượng trạm và tốc độ truyền. Việc truyền dữ liệu ngõ vào và ngõ ra18trong một chu kỳ bus làm cho tốc độ truyền tăng đáng kể so với FMS. Trong DP dữliệu người dùng được truyền bằng dịch vụ SRD lớp 2.Các chức năng chuẩn đoán: Các chức năng chuẩn đoán mở rộng của DP chophép tìm ra vị trí lỗi nhanh chóng. Các thông báo chuẩn đoán được truyền trên Bus vàtập trung tại Master. Các thông báo này được chia làm 3 cấp:- Chuẩn đoán các trạm liên quan: Các thông báo dạng này đề cập tới trạng tháihoạt động chung của một trạm [ví dụ quá nhiệt hay thấp áp]- Chuẩn đoán các modul liên quan: Các thông báo này chỉ ra trong phạm vi mộtvùng I/O [ví dụ 8 bit của modul ngõ ra] của một trạm có các thông báo chuẩnđoán.- Chuẩn đoán các kênh liên quan: Trong trường hợp này nguyên nhân của lỗiđược xác định liên quan tới một bit ngõ vào/ngõ ra riêng biệt [kênh]. Ví dụngắn mạch tại ngõ ra thứ 7.3.1.2. Cấu hình hệ thống và các dạng thiết bịVới DP có thể thực hiện hệ thống Mono-Master hoặc Multi-Master. Điều nàymang lại độ linh hoạt cao khi cấu hình hệ thống. Tối đa 126 thiết bị [Master hoặcSlave] có thể kết nối trên một Bus. Các thông số Số lượng ngõ vào và ngõ ra phụthuộc vào trang thiết bị. Tối đa là 246 byte dữ liệu ngõ vào và 246 byte dữ liệu ngõ ra.Trong hệ thống- mono - master chỉ một master được kích hoạt trên bus trongsuốt qúa trình hoạt động của hệ thống bus. Hình 10 cho biết cấu hình của một hệthống mono - master. Bộ điều khiển lập trình là phần điều khiển trung tâm. các slavephân tán kết nối với PLC qua các môi trường truyền thông. Hệ thống mono - mastercó được thời gian chu kì bus ngắn nhất.19Hình 3.1:Thời gian chu kỳ BUS của hệ thống DP Mono-Master-SystemsHình 3.2: Hệ thống DP Mono-Master-SystemsTrong cấu hình multi - master có nhiều master kết nối tới một bus. Các masternày có thể là các hệ thống phụ [subsystem] mỗi hệ thống gồm có một master DPM1và các slave của nó, hoặc cấu hình mở rộng và các thiết bị chuẩn đoán. Tất cả cácmaster đều có thể đọc các bộ đệm ngõ vào và ra của slave. Tuy nhiên chỉ một DPmaster [ví dụ DPM1 được gán trong khi cấu hình] mới có thể truy cập ghi các ngõ ra.3.1.3. Đặc tính hệ thốngDP cũng tiêu chuẩn hoá đặc tính hệ thống, để đảm bảo khả năng tráo đổi thiết bịmột các rộng rãi. Đặc tính hệ thống được xác định chủ yếu dựa vào trạng thái hoạt20động của DPM1. DPM1 có thể được điều khiển tại chỗ hoặc qua bus bởi thiết bị cấuhình. Có 3 trạng thái chính là:- Stop:Trong trạng thái này không xảy ra sự truyền dữ liệu giữa DPM1 và cácslave.- Clear: Trong trạng thái này DPM1 đọc thông tin ngõ vào của các slave và giữcác ngõ ra ở trạng thái an toàn [failsafe].- Operate: Trong trạng thái này DPM1 đang ở trong pha truyền dữ liệu. Trongtruyền thông dữ liệu theo chu kì sẽ đọc các ngõ vào của các slave và ghi cácthông tin ngõ ra tới slave.DPM1 gởi trạng thái của nó tới tất cả các slave theo chu kì sử dụng lệnhmulticast trong khoảng thời gian đã được cấu hình.Đáp ứng hệ thống khi có một lỗi xảy ra trong pha truyền dữ liệu của DPM1 [nhưsự cố của một slave] được xác định bởi thông số “auto - clear”.Nếu thông số này được set = true, DPM1 chuyển tất cả các ngõ ra của slave sangtrạng thái failsafe ngay khi một slave không sẵn sàng truyền dữ liệu. Sau đó DPM1chuyển sang trạng thái clear.Nếu thông số này = false thì DPM1 vẫn duy trì trạng thái hoạt động thậm chíkhi một sự cố xảy ra, và người dùng có thể xác định đáp ứng hệ thống.3.1.4. Truyền dữ liệu theo chu kì giữa DPM1 và slaveSự truyền dữ liệu giữa DPM1 và slave được xử lý tự động bởi DPM1 theo mộttrình tự đã được định nghĩa. Khi cấu hình hệ thống bus, người sử dụng xác định cácslave được gán tới DPM1. Đồng thời cũng phải xác định các slave nào tham gia vàotruyền thông dữ liệu theo chu kì.Sự truyền dữ liệu tới DPM1 và slave được chia ra làm 3 pha: truyền thông số,cấu hình và truyền dữ liệu. Trước khi một DP slave tham gia vào pha truyền dữ liệu,nó sẽ được kiểm tra trong pha truyền thông số và pha cấu hình xem cấu hình đặt trướccó phù hợp với cấu hình thưc hay không. Trong phần kiểm tra này dạng thiết bị, dạngdữ liệu và chiều dài thông tin cũng như số lượng ngõ vào và ngõ ra phải phù hợp. Các21