Mạng truyền thông công nghiệp Simatic Net

[Tommy]

2.3.2 Mạng Profibus
Kỹ thuật mạng PROFIBUS.
Giao thức Profibus được một nhóm các nhà cung cấp tự động hóa 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.
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 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 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 lên tới 12Mbp và khoảng cách truyền tối đa có thể đạt được là 800m.
Profibus bao gồm 3 kiểu giao thức, mỗi kiểu được sử dụng cho những tác vụ khác nhau. Tất nhiên, các thiết bị có cả ba giao thức vẫn có thể giao tiếp với nhau trong một hệ thống phức tạp thông qua một mạng Profibus. Có 3 kiểu giao thức truyền thông đó là Profibus FMS, DP, PA.
 Profibus-PA là một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. Profibus PA truyền thông với tốc độ 31,25 Kbp với phạm vi tối đa 1.900m/phân đoạn (segment). Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng yêu cầu độ an toàn cao.
 Profibus-FMS là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.
 Profibus-DP là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự (analog) và tín hiệu phân tán (discrete). Profibus DP được sử dụng rộng rãi cho các đối tượng như hệ thống I/O. Profibus DP truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbp – 12 Mbp trong phạm vi từ 100 – 1.200m. PROFIBUS-DP được thiết kế để truyền dữ liệu tốc độ cao tại cấp thiết bị. Trong trường hợp này, các bộ điều khiển trung tâm (PLC, PC) giao tiếp với các thiết bị hiện trường phân tán của chúng (I/O, truyền động – drive, van…) qua một liên kết nối tiếp tốc độ cao. Hầu hết quá trình truyền dữ liệu với các thiết bị phân tán này được thực hiện theo chu kì.
Mạng Profibus DP.
Profibus-DP được phát triển nhằm đáp ứng các yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu dưới cấp trường. Việc trao đổi dữ liệu ở đây chủ yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế chủ/tớ. Các dịch vụ truyền thông cần thiết được định nghĩa qua các chức năng DP cơ sở theo chuẩn EN 50 170. Bên cạnh đó, DP còn hỗ trợ các dịch vụ truyền thông không tuần hoàn, phục vụ tham số hoá, vận hành và chuẩn đoán các thiết bị trường thông minh.
Cấu hình mạng Profibus-DP.
Profibus -DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ (Mono-Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi-Master). Trong cấu hình nhiều chủ, tất cả các trạm chủ đều có thể đọc dữ liệu đầu vào/ra của các trạm tớ. Tuy nhiên, duy nhất một trạm chủ được quyền ghi dữ liệu đầu ra. Việc đặt cấu hình hệ thống được thực hiện bằng các công cụ phần mềm.
Đặc tính vận hành của mạng Profibus DP.
Chuẩn DP mô tả chi tiết đặc tính vận hành hệ thống để đảm bảo tính tương thích và khả năng thay thế lẫn nhau của các thiết bị.
Trước hết, đặc tính vận hành của hệ thống được xác định qua các trạng thái hoạt động của các thiết bị chủ:
 STOP: Không truyền dữ liệu sử dụng trạm chủ và trạm tớ, chỉ có thể chuẩn đoán và tham số hoá.
 CLEAR: Trạm chủ đọc thông tin đầu vào từ các trạm tớ và giữ các đầu ra ở giá trị an toàn.
 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 gởi thông tin trạng thái của nó tới các trạm tớ bằng cách sử dụng lệnh gởi đồng loạt vào các khoảng thời gian đặt trước.
Các hàm DP cơ sở cho phép đặt trạng thái làm việc cho hệ thống, phản ứng của hệ thống đối với một lỗi xảy ra trong quá trình truyền dữ liệu của trạm chủ (ví dụ khi một trạm tớ có sự cố) được xác định bằng tham số cấu hình “auto-clear”. Nếu tham số này được chọn đặt, trạm chủ sẽ đặt đầu ra cho tất cả các trạm tớ của nó về trạng thái an toàn trong trường hợp một trạm tớ có sự cố, sau đó trạm chủ sẽ tự chuyển về trạng thái CLEAR. Nếu tham số này không được đặt, trạm chủ sẽ vẫn tiếp tục giữ ở trạng thái OPERATE.