Tài liệu C6 1 profibus

Hệ thống thông tin công nghiệp 6.1 Profibus 4/8/2006 6.1 Profibus 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Giới thiệu chung Kiến trúc giao thức Kỹ thuật truyền dẫn Truy nhập bus Dịch vụ truyền dữ liệu Cấu trúc bức ₫iện PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA 6.1 Profibus © 2006 - HMS 2 1. Giới thiệu chung ƒ PROFIBUS (Process Field Bus) ₫ược phát triển tại Đức từ năm 1987 ƒ DIN 19245, EN 50 170, IEC 61158, IEC 61784 ƒ PROFIBUS không chỉ dừng lại là một hệ thống truyền thông, mà còn ₫ược coi là một công nghệ tự ₫ộng hóa. ƒ Một hệ thống bus trường hàng ₫ầu hiện nay, cũng ₫ược sử dụng rất rộng rãi tại Việt Nam ƒ Hỗ trợ bởi PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ năm 1995 nằm trong PROFIBUS International (PI) với hơn 1.100 thành viên trên toàn thế giới. 6.1 Profibus © 2006 - HMS 3 Ba loại giao thức ƒ PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) — Bus hệ thống hoặc bus ₫iều khiển , — Dịch vụ cao cấp, chủ yếu ₫ược sử dụng trong CN chế tạo ƒ PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral) — Bus trường cấp cao, chủ yếu ghép nối giữa thiết bị ₫iều khiển với vào ra phân tán và một số thiết bị thông minh — Truyền dữ liệu thô, hiệu suất cao — Ứng dụng ₫a năng, trong nhiều lĩnh vực ƒ PROFIBUS-PA — Mở rộng PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực công nghiệp chế biến (kỹ thuật truyền dẫn khác) — Ghép nối trực tiếp với thiết bị trường 6.1 Profibus © 2006 - HMS 4 Lựa chọn giao thức 6.1 Profibus © 2006 - HMS 5 2. Kiến trúc giao thức PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA FMS-Profiles DP-Profiles PA-Profiles Giao diÖn sö dông C¸c chøc n¨ng DP më réng C¸c chøc n¨ng DP c¬ së Líp 7 Líp 3-6 Líp 2 Líp 1 6.1 Profibus Fieldbus Message Specification (FMS) K h « n g t h Ó h i Ö n Fieldbus Data Link (FDL) RS-485/RS-485IS/C¸p quang MBP (IEC 1158-2) © 2006 - HMS 6 Các lớp dịch vụ và giao thức ƒ Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con — FMS (Fieldbus Message Specification) à một tập con của chuẩn MMS, ₫ảm nhiệm việc xử lý giao thức và cung cấp các dịch vụ truyền thông, — LLI (Lower Layer Interface)có vai trò trung gian cho FMS kết nối với lớp 2. ƒ Lớp liên kết dữ liệu FDL (Fieldbus Data Link): — kiểm soát truy nhập bus — cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu ƒ Lớp vật lý của PROFIBUS qui ₫ịnh về — kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, — môi trường truyền dẫn, — cấu trúc mạng và các giao diện cơ học. 6.1 Profibus © 2006 - HMS 7 Tương thích? ƒ FMS và DP có thể chạy trên cùng một ₫ường truyền (cùng cơ sở hạ tầng) ƒ Giữa hai mạng FMS và DP không bao giờ cần ghép nối ƒ DP và PA cùng dịch vụ sử dụng (trên lớp 7), khác nhau chủ yếu ở lớp vật lý ƒ Giữa DP và PA cần ghép nối — DP/PA-Coupler (Bridge) — DP/PA-Link (Gateway) ƒ PA ₫ược coi là một ₫oạn mạng của DP 6.1 Profibus © 2006 - HMS 8 3. Kỹ thuật truyền dẫn (lớp 1) Truyền dẫn với RS-485: ƒ Tốc ₫ộ truyền thông từ 9,6 kbit/s ₫ến 12 MBit/s ƒ Cấu trúc ₫ường thẳng kiểu ₫ường trục/₫ường nhánh (trunk-line/drop-line) hoặc daisy-chain, ƒ Tốc ₫ộ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lên yêu cầu cấu trúc daisy-chain. ƒ Cáp truyền ₫ược sử dụng là ₫ôi dây xoắn có bảo vệ (STP). Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A. ƒ Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với các ₫iện trở lần lượt là 390Ω-220Ω-390Ω. 6.1 Profibus © 2006 - HMS 9 ƒ Chiều dài tối ₫a của một ₫oạn mạng từ 100 ₫ến 1200m, phụ thuộc vào tốc ₫ộ truyền ₫ược lựa chọn. Quan hệ giữa tốc ₫ộ truyền và chiều dài tối ₫a của một ₫oạn mạng ₫ược tóm tắt trong bảng 4.1. ƒ Số lượng tối ₫a các trạm trong mỗi ₫oạn mạng là 32. ƒ Có thể dùng tối ₫a 9 bộ lặp tức 10 ₫oạn mạng. Tổng số trạm tối ₫a trong một mạng là 126. ƒ Chế ₫ộ truyền tải không ₫ồng bộ và hai chiều không ₫ồng thời. ƒ Phương pháp mã hóa bit NRZ. 6.1 Profibus © 2006 - HMS 10 Khoảng cách truyền và tốc ₫ộ truyền Tốc độ (kbit/s) 9,6/19,2 45,45/93,75 187.5 500 1500 3000/6000/ 12000 Chiều dài (mét) 1200 1000 400 200 6.1 Profibus 100 © 2006 - HMS 11 ƒ Truyền dẫn với RS-485IS (IS : Intrinsically Safe) — ₫ược phát triển ₫ể có thể phù hợp với môi trường ₫òi hỏi an toàn cháy nổ. — theo chỉ dẫn và các qui ₫ịnh ngặt nghèo về mức ₫iện áp và mức dòng tiêu thụ của các thiết bị. — tối ₫a 32 trạm trong một ₫oạn mạng RS-485IS. ƒ Truyền dẫn với cáp quang — thích hợp ₫ặc biệt trong các lĩnh vực có môi trường làm việc nhiễu mạnh hoặc ₫òi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. — Sợi thủy tinh ₫a chế ₫ộ với khoảng cách truyền tối ₫a 23km và sợi thủy tinh ₫ơn chế ₫ộ với khoảng cách truyền có thể trên 15km. — Sợi chất dẻo với chiều dài tối ₫a 80m và sợi HCS với chiều dài tối ₫a 500m. 6.1 Profibus © 2006 - HMS 12 Cấu hình FMS tiêu biểu 6.1 Profibus © 2006 - HMS 13 Cấu hình DP tiêu biểu 6.1 Profibus © 2006 - HMS 14 Cấu hình PA tiêu biểu 6.1 Profibus © 2006 - HMS 15 Cấu hình mạng cáp ₫iện tiêu biểu 6.1 Profibus © 2006 - HMS 16 5. Truy nhập bus (lớp 2) Vßng token logic gi÷a c¸c thiÕt bÞ Master C¸c tr¹m tÝch cùc, Master PLC PC PLC PROFIBUS M M T C¸c tr¹m thô ®éng, Slave 6.1 Profibus © 2006 - HMS 17 6. Dịch vụ truyền dữ liệu (lớp 2) ƒ Dịch vụ không tuần hoàn: — SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệu không xác nhận — SDA (Send Data with Acknowledge): Gửi dữ liệu với xác nhận — SRD (Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu dữ liệu ƒ Dịch vụ tuần hoàn: — CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn. 6.1 Profibus © 2006 - HMS 18 DÞch vô kh«ng tuÇn hoμn (TruyÒn th«ng b¸o) Göi d÷ liÖu kh«ng x¸c nhËn (SDN) (broadcast) DÞch vô tuÇn hoμn Göi vμ yªu cÇu d÷ liÖu tuÇn hoμn (CSRD) D÷ liÖu D÷ liÖu Tr¹m n Göi d÷ liÖu víi x¸c nhËn (SDA) D÷ liÖu D÷ liÖu D÷ liÖu Tr¹m n+1 X¸c nhËn D÷ liÖu Göi vμ yªu cÇu d÷ liÖu (SRD) D÷ liÖu Tr¹m n+2 D÷ liÖu D÷ liÖu D÷ liÖu 6.1 Profibus © 2006 - HMS 19 7. Cấu trúc bức ₫iện (lớp 2) ƒ Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, không mang dữ liệu: SD1 DA SA FC FCS ED ƒ Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, mang 8 byte dữ liệu: SD3 DA SA FC DU FCS ED ƒ Khung với chiều dài thông tin khác nhau, 1-246 byte dữ liệu: SD2 LE LEr DA SA SD2 DA SA FC DU FCS ED ƒ Token: SD4 6.1 Profibus © 2006 - HMS 20