Trang 1
December 20 Nội dung Mạng truyền thông 1. Giới thiệu chung 2. Kiến trúc giao thức công nghiệp 3. Kỹ thuật truyền dẫn 4. Truy nhập bus 5. Dịch vụ truyền dữ liệu 4. Profibus 6. Cấu trúc bức điện 7. PROFIBUS-DP 8. PROFIBUS-PA 2 1. Giới thiệu chung Ba loại giao thức ▪ PROFIBUS (Process Field Bus) được phát triển tại ▪ PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) Đức từ năm 1987 — Bus hệ thống hoặc bus điều khiển , ▪ DIN 19245, EN 50 170, IEC 61158, IEC 61784 — Dịch vụ cao cấp, chủ yếu được sử dụng trong CN chế tạo ▪ PROFIBUS không chỉ dừng lại là một hệ thống ▪ PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral) truyền thông, mà còn được coi là một công nghệ tự — Bus trường cấp cao, chủ yếu ghép nối giữa thiết bị điều động hóa. khiển với vào ra phân tán và một số thiết bị thông minh — Truyền dữ liệu thô, hiệu suất cao ▪ Một hệ thống bus trường hàng đầu hiện nay, —Ứng dụng đa năng, trong nhiều lĩnh vực cũng được sử dụng rất rộng rãi tại Việt Nam ▪ PROFIBUS-PA ▪ Hỗ trợ bởi PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ — Mở rộng PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực năm 1995 nằm trong PROFIBUS International (PI) công nghiệp chế biến (kỹ thuật truyền dẫn khác) với hơn 1.100 thành viên trên toàn thế giới. — Ghép nối trực tiếp với thiết bị trường 3 4
Trang 2
December 20 Lựa chọn giao thức 2. Kiến trúc giao thức PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Giao diÖn FMS-Profiles DP-Profiles PA-Profiles sö dông C¸c chøc n¨ng DP më réng C¸c chøc n¨ng DP c¬ së Líp 7 Fieldbus Message Specification (FMS) Líp 3-6 K h « n g t h Ó h i Ö n Líp 2 Fieldbus Data Link (FDL) Líp 1 RS-485/RS-485IS/C¸p quang MBP (IEC 1158-2) 5 6 Các lớp dịch vụ và giao thức Tương thích? ▪ Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con ▪ FMS và DP có thể chạy trên cùng một đường — FMS (Fieldbus Message Specification) là một tập con của truyền (cùng cơ sở hạ tầng) chuẩn MMS, đảm nhiệm việc xử lý giao thức và cung cấp các dịch vụ truyền thông, ▪ Giữa hai mạng FMS và DP không bao giờ cần — LLI (Lower Layer Interface) có vai trò trung gian cho FMS kết ghép nối nối với lớp 2. ▪ DP và PA cùng dịch vụ sử dụng (trên lớp 7), khác ▪ Lớp liên kết dữ liệu FDL (Fieldbus Data Link): nhau chủ yếu ở lớp vật lý — kiểm soát truy nhập bus ▪ Giữa DP và PA cần ghép nối — cung cấp các dịch vụ truyền dữ liệu — DP/PA-Coupler (Bridge) ▪ Lớp vật lý của PROFIBUS qui định về — DP/PA-Link (Gateway) — kỹ thuật truyền dẫn tín hiệu, ▪ PA được coi là một đoạn mạng của DP — môi trường truyền dẫn, — cấu trúc mạng và các giao diện cơ học. 7 8
Trang 3
December 20 3. Kỹ thuật truyền dẫn (lớp 1) ▪ Chiều dài tối đa của một đoạn mạng từ 100 đến Truyền dẫn với RS-485: 1200m, phụ thuộc vào tốc độ truyền được lựa chọn. ▪ Tốc độ truyền thông từ 9,6 kbit/s đến 12 MBit/s Quan hệ giữa tốc độ truyền và chiều dài tối ▪ Cấu trúc đường thẳng kiểu đường trục/đường đa của một đoạn mạng được tóm tắt trong bảng 4.1. nhánh (trunk-line/drop-line) hoặc daisy-chain, ▪ Tốc độ truyền từ 1,5 Mbit/s trở lên yêu cầu cấu ▪ Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. trúc daisy-chain. ▪ Có thể dùng tối đa 9 bộ lặp tức 10 đoạn mạng. ▪ Cáp truyền được sử dụng là đôi dây xoắn có bảo Tổng số trạm tối đa trong một mạng là 126. vệ (STP). Hiệp hội PI khuyến cáo dùng cáp loại A. ▪ Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều ▪ Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe biasing ) với không đồng thời. các điện trở lần lượt là 390-220 -390. ▪ Phương pháp mã hóa bit NRZ. 9 10 Khoảng cách truyền và tốc độ truyền ▪ Truyền dẫn với RS-485IS (IS : Intrinsically Safe) —Được phát triển để có thể phù hợp với môi trường đòi hỏi an toàn cháy nổ. — Theo chỉ dẫn và các qui định ngặt nghèo về mức điện áp và mức dòng tiêu thụ của các thiết bị. 9,6/19,2 3000/6000/ — Tối đa 32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS. Tốc độ 187.5 500 1500 (kbit/s) 45,45/93,75 12000 ▪ Truyền dẫn với cáp quang — Thích hợp đặc biệt trong các lĩnh vực có môi trường làm Chiều dài 1200 1000 400 200 100 việc nhiễu mạnh hoặc đòi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. (mét) — 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. 11 12
Trang 4
December 20 Cấu hình FMS tiêu biểu Cấu hình DP tiêu biểu 13 14 Cấu hình PA tiêu biểu Cấu hình mạng cáp điện tiêu biểu 15 16
Trang 5
December 20 5. Truy nhập bus (lớp 2) 6. Dịch vụ truyền dữ liệu (lớp 2) ▪ Dịch vụ không tuần hoàn: Vßng token logic gi÷a c¸c thiÕt bÞ Master — SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệu C¸c tr¹m tÝch cùc, Master không xác nhận — SDA (Send Data with Acknowledge): Gửi dữ liệu với xác PLC PC PLC nhận — SRD (Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu dữ liệu ▪ Dịch vụ tuần hoàn: PROFIBUS — CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn. M M T C¸c tr¹m thô ®éng, Slave 17 18 7. Cấu trúc bức điện (lớp 2) Dịch vụ không tuầnhoàn Dịch vụ tuần hoàn (Truyền thông báo) ▪ Khung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu: Göi d÷ liÖu kh«ng x¸c nhËn (SDN) Gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn (CSRD) (broadcast) SD1 DA SA FC FCS ED D÷ liÖu D÷ liÖu ▪ Khung với chiều dài thông tin cố ₫ịnh, mang 8 byte dữ liệu: Tr¹m n Göi d÷ liÖu víi x¸c nhËn (SDA) D÷ liÖu SD3 DA SA FC DU FCS ED D÷ liÖu ▪ Khung với chiều dài thông tin khác nhau, 1-246 byte dữ liệu: D÷ liÖu X¸c nhËn Tr¹m n+1 SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED D÷ liÖu Göi vμ yªu cÇu d÷ liÖu (SRD) ▪ Token: D÷ liÖu Tr¹m n+2 D÷ liÖu SD4 DA SA D÷ liÖu D÷ liÖu 6.1 Profibus © 2006 - HMS 19 20
Trang 6
December 20 Khung UART (FMS,DP) Ký hiệu Tên đầy đủ Ý nghĩa SD1... Start Delimiter Byte khởi đầu, phân biệt giữa các SD4 loại khung SD1 = 10H, SD2=68H, D·y bit truyÒn ®i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 SD3 = A2H, SD4=DCH LE Length Chiều dài thông tin (4-249 byte) 20 27 LEr Length repeated Chiều dài thông tin nhắc lại vì lý do LSB M SB an toàn 0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 P 1 DA Destination Address Địa chỉ đích (trạm nhận), từ 0-127 Start bit (ST) Stop bit (SP) SA Source Address Địa chỉ nguồn (trạm gửi), từ 0-126 Parity bit (ch½n) 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 21 22 8. Profibus-DP Ba phiên bản DP ▪ PRFIBUS-DP ₫áp ứng các yêu cầu cao về tính ▪ DP-V0 qui định các chức năng DP cơ sở: năng thời gian thực trong trao đổi dữ liệu dưới — Trao đổi dữ liệu tuần hoàn cấp trường (ví dụ giữa PLC, PC với DIO, thiết bị — Chẩn đoán trạm, module và kênh đo, biến tần, ...) — Hỗ trợ đặt cấu hình với tập tin GSD. ▪ Trao đổi dữ liệu ở đây chủ yếu là tuần hoàn theo ▪ DP-V1 bổ sung các chức năng DP mở rộng: cơ chế chủ/tớ. — Trao đổi dữ liệu không tuần hoàn giữa PC hoặc PLC với ▪ DP còn hỗ trợ các dịch vụ không tuần hoàn, phục các trạm tớ vụ tham số hóa, vận hành và chẩn đoán các thiết — Tích hợp khả năng cấu hình với EDD (Electronic Device bị trường thông minh. Description) và FDT (Field Device Tool) — Các khối chức năng theo chuẩn IEC 61131-3 ▪ Đối chiếu với mô hình OSI, PROFIBUS-DP chỉ — Giao tiếp an toàn (PROFIsafe) thực hiện các lớp 1 và 2 vì lý do hiệu suất xử lý — Hỗ trợ cảnh báo và báo động. giao thức và tính năng thời gian. 23 24
Trang 7
December 20 Cấu hình hệthống và kiểu thiết bị ▪ Trạm chủ DP cấp 1 (DP-Master Class 1, DPM1): ▪ Phiên bản DP-V2 mở rộng DP-V1 với các chức Các bộ điều khiển trung tâm, ví dụ PLC hoặc PC, năng: hoặc các module thuộc bộ điều khiển trung tâm. — Trao đổi dữ liệu giữa các trạm tới theo cơ chế chào hàng/đặt hàng (publisher/subscriber) ▪ Trạm chủ DP cấp 2 (DP-Master Class 2, DPM2): — Chế độ giao tiếp đẳng thời (isochronous mode) Các máy lập trình, công cụ cấu hình và vận hành, —Đồng bộ hóa đồng hồ và đóng dấu thời gian chẩn đoán hệ thống bus. Cung cấp dịch vụ của (time synchronisation, time stamping) DPM1 + các hàm đặc biệt phục vụ đặt cấu hình — Hỗ trợ giao tiếp qua giao thức HART hệ thống, chẩn đoán trạng thái, truyền nạp — Truyền nạp các vùng nhớ lên và xuống chương trình,v.v... — Khả năng dự phòng. ▪ Trạm tớ DP (DP-Slave): Các vào/ra phân tán, truyền động, HMI, van, cảm biến, các bộ điều khiển phân tán. Một PLC cũng có thể đóng vai trò là một trạm tớ thông minh 25 26 Đặctính vận hành hệ thống Trao đổi dữ liệu tuầnhoàn ▪ STOP: Không truyền dữ liệu sử dụng giữa trạm chủ và trạm tớ, chỉ có thể chẩn đoán và tham số yªu cÇu D÷ liÖu ®Çu ra D÷ liÖu ®Çu ra hóa. Slave 1 ®¸p øng Slave 1 D÷ liÖu ®Çu vào D÷ liÖu ®Çu vào ▪ CLEAR: Trạm chủ đọc thông tin đầu vào từ các D÷ liÖu ®Çu ra trạm tớ và giữ các đầu ra ở giá trị an toàn Slave 2 D÷ liÖu ®Çu vào ▪ OPERATE: Trạm chủ ở chế độ trao đổi dữ liệu đầu vào và đầu ra tuần hoàn với các trạm tớ. Trạm chủ cũng thường xuyên gửi thông tin trạng thái danh s¸ch hái tuÇn tù của nó tới các trạm tớ sử dụng lệnh gửi đồng loạt D÷ liÖu ®Çu ra yªu cÇu D÷ liÖu ®Çu ra vào các khoảng thời gian đặt trước. Slave n ®¸p øng Slave n D÷ liÖu ®Çu vào D÷ liÖu ®Çu vào DP-Master 27 28
Trang 8
December 20 Đồngbộ hóa dữliệu vào/ra Chẩnđoán hệthống ▪ Mục đích: Bảo đảm tính nhất quán của dữ liệu ▪ Chẩn đoán trạm: Các thông báo liên quan tới trạng thái cho bài toán điều khiển hoạt động chung của cả trạm, ví dụ tình trạng quá nhiệt hoặc sụt áp ▪ Đồng bộ hóa đầu ra: ▪ Chẩn đoán module: Các thông báo này chỉ thị lỗi nằm ở một — Lệnh SYNC: Đưa một nhóm trạm tớ về chế độ đồng bộ khoảng vào/ra nào đó của một module hóa đầu ra. ▪ Chẩn đoán kênh: Trường hợp này, nguyên nhân của lỗi — Lệnh UNSYNC sẽ ₫ưa các trạm tớ về chế độ bình thường nằm ở một bit vào/ra (một kênh vào/ra) riêng biệt. (đưa đầu ra tức thì). ▪ Phiên bản DP-V1 còn mở rộng thêm hai loại thông báo: ▪ Đồng bộ hóa đầu vào: — Thông báo cảnh báo/báo động liên quan tới các biến quá trình, — Lệnh FREEZE: Đưa một nhóm các trạm tớ về chế độ trạng thái cập nhật dữ liệu và các sự kiện tháo/lắp module đồng bộ hóa đầu vào. thiết bị. — Lệnh UNFREEZE sẽ đưa các trạm tớ về chế độ bình — Thông báo trạng thái phục vụ mục đích bảo trì phòngngừa, đánh giá thống kê số liệu,... thường (đọc đầu vào tức thì). 29 30 Giao tiếp giữa các trạm tớ(DXB) Chế độ đẳng thời (isochronous mode) DP MasterDP Master ▪ Ứng dụng chủ yếu trong điều khiển các hệ thống Cấp 1Cấp 1 chuyển động ▪ Đáp ứng yêu cầu rất cao về tính thời gian thực,độ chính xác (độ rung, jitter) tới microgiây ▪ Kết hợp chủ/tớ với TDMA. DP SlaveDP Slave DP SlaveDP Slave DP SlaveDP Slave ▪ Cần đồng bộ hóa thời gian ((chào hàngchào hàng)) ((đặt hàngđặt hàng)) ((đặt hàngđặt hàng)) 31 32
Trang 9
December 20 8. Profibus-PA ▪ Lớp 1 sử dụng MBP ▪ Bổ sung một số qui định chuyên biệt (profiles) PLC PC (DP-Master) (DP-Master) PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA I/O ph©n t¸n DP/PA-Link (DP-Slave) (DP-Slave) 33
Hiển thị 9 trang đầu. Tải tài liệu để xem đầy đủ.
Bình luận (0)
Chưa có bình luận nào. Hãy là người đầu tiên!