Bài giảng Mạng máy tính & Hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 2: Các giao thức công nghệ - Đào Đức Thịnh (Phần 4)

bus - PA
- PROFIBUS PA thực chất đ−ợc xây dựng trên mô hình giao 
thức PROFIBUS DP với chuẩn truyền dẫn IEC 1158-2(MBP). 
và một số các thông số- đặc tính cho các thiết bị tr−ờng. 
- Ưu điểm của nó là cho phép các thiết bị của những nhà sản 
xuất khác nhau có thể t−ơng tác với nhau hoặc thay thế lẫn 
nhau. 
- Những đặc tính hữu dụng của PROFIBUS PA khiến giao thức 
này có thể thay thế ph−ơng thức truyền tín hiệu với 4..20 mA 
hoặc HART. 
Profibus - PA
- Xét về mặt đặc tính hoạt động-chức năng, PROFIBUS PA dựa 
trên mô hình khối hàm chức năng( Function Block Model).
- PROFIBUS PA cho phép kết nối các hệ thống thiết bị tr−ờng 
bằng cáp đôi dây xoắn đơn giản, với tốc độ truyền cố định 
31,5kbps.
- Khi sử dụng giao thức này, ta có thể bảo d−ỡng, thay thế một 
số thiết bị nếu cần thiết trong khi đang vận hành. Đặc biệt, nó 
còn rất hữu ích khi sử dụng ở những khu vực nguy hiểm, dễ 
cháy nổ với ph−ơng thức bảo vệ kiểu "an toàn riêng" (EEX ia/ib) 
hoặc kiểu "đóng kín" (EEXd).
Profibus - PA
Profibus - PA
Profibus - PA
Giao diện Bus an toàn riêng:
- Tr−ờng thiết bị trong những vùng nguy hiểm đ−ợc kết nối với 
công nghệ truyền dẫn sử dụng chuẩn 1158-2. Chuẩn này cho 
phép truyền dẫn thông tin cũng nh− năng l−ợng giữa các tr−ờng 
thiết bị chỉ với 2 dây dẫn. 
- Khác với những ph−ơng thức truyền dẫn quen thuộc tr−ớc 
đây, PROFIBUS PA chỉ cần dùng một đ−ờng dây truyền dẫn tín 
hiệu từ những điểm đo đạc tới bộ I/O của hệ thống điều khiển. 
Với một nguồn công suất (nguồn chống nổ - nếu cần, ở những 
khu vực nguy hiểm), tín hiệu sẽ đ−ợc truyền khắp mạng 
PROFIBUS tới những nơi yêu cầu. 
Profibus - PA
- Tuỳ vào mức độ cháy nổ của khu vực và sự tiêu tốn năng 
l−ợng của thiết bị, có từ 9 tới 32 bộ truyền tín hiệu đo đạc đ−ợc 
kết nối trong mạng truyền thông. 
Profibus - PA
Các yêu cầu cụ thể cho BUS an toàn riêng:
- Một đoạn mạng chỉ có một nguồn nuôi tích cực.
- Mỗi một trạm tiêu thụ dòng cố định(>=10mA) ở trạng thái xác 
lập.
- Mỗi một trạm đ−ợc coi là tải tiêu thụ dòng thụ động(bỏ qua 
thành phần dung, cảm kháng).
- Một trạm khi phát tín hiệu 0 đ−ợc nạp thêm nguồn.
Profibus - PA
- Các giá trị đo, biến trạng thái và biến điều khiển của giao thức 
PROFIBUS PA đ−ợc truyền dẫn tuần hoàn với quyền −u tiên 
cao tới DP Master (DPM1) thông qua các bộ DP cơ sở. Điều 
này đảm bảo các giá trị đo cũng nh− các biến trạng thái luôn 
luôn đ−ợc cập nhật và luân chuyển kịp thời đến DP Master. 
- Mặt khác, các thông số thiết bị không tuần hoàn nh− thông tin 
bảo d−ỡng- chuẩn đoán, chế độ vận hành đ−ợc trao đổi tuần 
hoàn tới công cụ phát triển - engineering tool (DPM2) thông qua 
các hàm DP mở rộng kết nối với quyền −u tiên thấp.
Profibus - PA
Các thiết bị tr−ờng PA tuỳ theo các đặc tính (profile) có thể chia 
thành 2 nhóm :
– Đặc tính nhóm A (Profile class A) : quy định đặc tính và chức năng 
cho các thiết bị đơn giản nh− : bộ cảm biến áp suất, nhiệt độ các 
cơ cấu truyền động. Ta cũng có thể truy nhập các thông số hệ
thống nh− tốc độ, thời gian trễ, ng−ỡng cảnh báo vào mạng thông 
tin.
– Đặc tính nhóm B (Profile Class B): quy định chức năng, đặc tính 
cho các thiết bị phức hợp, còn gọi là các thiết bị thông minh. Các 
chức năng này của giao thức cho phép gán địa chỉ tự động, đồng 
bộ hoá thời gian , phân tán dữ liệu tới các bộ I/O phân tán, mô tả
thiết bị qua ngôn ngữ DDL (Device Discription Language) cũng 
nh− lập lịch khối hàm (Function Block).
Profibus - PA
Profibus - PA
Giao thức PROFIBUS PA cho phép t−ơng tác, thay thế lẫn 
nhau giữa các thiết bị của những nhà sản xuất khác nhau. Nó 
sử dụng mô hình khối hàm để mô tả chức năng tham số thiết bị. 
Mỗi khối hàm mô tả một chức năng sử dụng, chẳng hạn vào 
hoặc ra t−ơng tự. Trên thực tế, hai khối hàm - tuỳ theo chức 
năng cụ thể, có thể một khối hàm vật lý và một khối chuyển đổi, 
đ−ợc kết nối với nhau thông qua mối liên kết truyền thông của 
hệ tạo thành ch−ơng trình điều khiển.
Profibus - PA
Th−ờng có những loại khối hàm sau đây :
- Khối hàm vật lý (Physical Block) : chứa những thông tin chung 
về thiết bị nh− tên, nhà sản xuất, chủng loại, mã số.
- Khối hàm chuyển đổi (Transducer Block) chứa những thông 
số kết nối giữa các thiết bị
- Khối đầu vào t−ơng tự (Analog Input) : cung cấp giá trị đo 
đ−ợc bởi cảm biến nh− các thông số trạng thái, nhiệt độ, áp 
suất.
-Khối đầu ra t−ơng tự (AO) : cung cấp các giá trị t−ơng tự ở đầu 
ra hệ thống điều khiển.
Profibus - PA
- Khối đầu vào số (Digital Input) : chứa giá trị đầu vào ở dạng số
- Khối đầu ra số (DO) : đ−a ra thông số đầu ra của hệ thống 
điều khiển ở dạng số.
Trong mạng truyền thông, nhiều khối hàm đ−ợc các nhà sản 
xuất tích hợp với nhau thông qua thiết bị tr−ờng, do đó ta có thể
truy nhập vào hệ thống lấy ra các thông số, kết nối các khối 
hàm tạo nên trình ứng dụng giao thức PROFIBUS PA.
Thiết bị Profibus
Các thiết bị PROFIBUS có những đặc điểm cấu trúc khác nhau. 
Sự khác nhau về cấu trúc giữa chúng tuỳ thuộc vào chức năng 
của từng thiết bị (ví dụ nh− thiết bị truyền tín hiệu đầu vào/đầu 
ra, các bộ chẩn đoán) và phụ thuộc vào các tham số đ−ờng 
truyền nh− tốc độ truyền dữ liệu, các giá trị thời gian giám sát. 
Những tham số này thay đổi tuỳ theo từng loại thiết bị và hệ
thống điều khiển. Để mạng truyền thông với giao thức 
PROFIBUS có cấu trúc đơn giản, các thiết bị th−ờng sử dụng 
GSD files.
Thiết bị Profibus
- Tất cả các nhà sản xuất đều phải cung cấp file GSD trong các 
thiết bị PROFIBUS của mình.
- GSD files đ−ợc ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống truyền tin mở
đến các hệ thống điều khiển vận hành. GSD files đ−ợc dùng 
trên mọi cấu hình từ loại đơn giản nhất đến loại phức tạp nhất. 
Điều này có nghĩa là tích hợp giữa các thiết bị thuộc những nhà
sản xuất khác nhau trong mạng PROFIBUS không là vấn đề 
khó khăn.
Thiết bị Profibus
- GSD files chứa những đặc điểm đặc tr−ng cơ bản giống nhau 
giữa các thiết bị PROFIBUS, đó chính là lý do vì sao GSD files 
t−ơng thích đ−ợc với nhiều loại thiết bị. Thông qua những file 
này, kỹ s− dự án không phải nắm bắt các thông số kỹ thuật 
theo cách đo đạc bằng tay thông th−ờng nh− tr−ớc nữa. Thời 
gian đ−ợc tiết kiệm đáng kể và trong suốt quá trình, hệ thống 
điều khiển sẽ tự động kiểm tra (check) các sai số đầu vào, sai 
số truyền dữ liệu và nhiều loại sai số khác. 
Thiết bị Profibus
- Nhìn chung một file GSD bao gồm ba khu vực (sections) sau:
* Khu vực chứa thông tin chung: những thông tin chung chẳng 
hạn nh− tên thiết bị, mã đăng ký phần mềm, phần cứng, tốc độ
truyền dữ liệu của đ−ờng truyền, thời gian giám sát.
* Khu vực liên kết với trạm chủ (Master - related): chứa những 
tham số liên kết với trạm chủ, ví dụ số l−ợng lớn nhất các slave 
có thể kết nối Khu vực này không có trong các thiết bị slave.
* Khu vực liên kết với trạm tớ (Slave - related): khu vực này 
chứa những thông tin liên quan đến trạm slave nh− số l−ợng và
chủng loại đầu vào/ đầu ra, các thông tin chẩn đoán về các 
module thiết bị.
Thiết bị Profibus
- Các tham số của từng khu vực riêng biệt đ−ợc tách biệt ra bởi 
các từ khoá - key words. Từ khoá A chỉ những tham số uỷ
nhiệm (ví dụ tên hãng sản xuất), tham số lựa chọn (options) 
nh− mã số đồng bộ. Sự khác biệt từng nhóm tham số cho phép 
ta lựa chọn options đ−ợc hiệu quả. Ngoài ra, các file bit map với 
những biểu t−ợng của thiết bị có thể đ−ợc tích hợp. Dung l−ợng 
thông tin các file GSD có thể chứa rất lớn. Nó chứa thông số về 
tốc độ truyền dữ liệu cũng nh− cả không gian mô tả các module 
hữu ích trong các module thiết bị. Nó còn chứa cả các thông tin 
chẩn đoán.
Thiết bị Profibus
Thiết bị Profibus
Thiết bị Profibus
Ph−ơng thức làm việc của bộ slave đơn giản
Đối với các thiết bị đầu vào/ đầu ra đơn giản, giải pháp 
PROFIBUS với AICs đơn chíp là một giải pháp thực tế. Tất cả
các chức năng giao thức đã đ−ợc tích hợp sẵn trong ASICs. Vì
vậy không cần bộ vi xử lý hoặc phần mềm mà chỉ cần mạch 
giao diện truyền tin, tinh thể thạch anh và các thiết bị điện tử
công suất đóng vai trò nh− các thiết bị ngoại vi. Thí dụ bộ slave 
điển hình bao gồm SPM2 ASIC của Siemens, chip IX1 của 
M2C và CHIP vpcls-asic của profichip.
Thiết bị Profibus
Ph−ơng thức làm việc của bộ slave thông minh
- Đối với bộ slave thông minh, bộ phận thời gian tới hạn của nó 
sẽ làm việc trên chip giao thức, các phần còn lại làm việc nh−
phần mềm trong bộ vi điều khiển.
- Chip DDC31 của hãng Siemens là sự kết hợp của chip giao 
thức và bộ vi điều khiển. Còn những chip cơ sở khác, ví dụ nh−
ASICs SPC3 (Siemens), VPC3+ (PROFICHIP) hay IX1 (M2C) 
thì đã đ−ợc chế sẵn, chỉ cần lắp ráp. Những con chip ASIC 
cung cấp giao diện dùng chung với các bộ vi điều khiển. Ngoài 
ra, ở bộ slave thông minh ta còn có thể dùng các bộ vi xử lý với 
lõi đã đ−ợc tích hợp giao thức PROFIBUS.
Thiết bị Profibus
Ph−ơng thức làm việc của bộ master phức hợp 
- Cũng giống nh− bộ slave thông minh, ở bộ master phức hợp, 
bộ phận thời gian tới hạn của nó cũng làm việc trên chip giao 
thức, còn những phần còn lại làm việc nh− phần mềm trong bộ
vi điều khiển. Các chip ASICs ASPC2 (Siemens), IX1 (M2C) 
hay VAF PBM (IAM) đều đã đ−ợc chế sẵn để hỗ trợ các thiết bị 
master phức hợp hoạt động. Chúng cũng đ−ợc kết hợp và cùng 
vận hành với các bộ vi xử lý.
Thiết bị Profibus
Ph−ơng thức làm việc theo chuẩn IEC 1158-2
- Đối với các thiết bị tr−ờng truyền công suất tuân theo chuẩn 
IEC 1158-2, một vấn đề cần l−u ý là công suất tiêu tốn phải 
thấp (vì đây là những thiết bị truyền công suất). Đối với những 
thiết bị loại này th−ờng th−ờng chỉ dùng nguồn dòng cỡ 10 mA 
là phù hợp cho việc nuôi các thiết bị đo đạc, cung cấp năng 
l−ợng truyền tin.
- Để đáp ứng đ−ợc các yêu cầu trên, hãng Siemens và hãng 
Smar đã chế tạo ra những con chip đặc biệt phù hợp. Những 
con chip này sẽ lấy năng l−ợng cần thiết để vận hành toàn bộ
thiết bị từ đ−ờng bus truyền theo chuẩn IEC 1158-2 và khiến 
đ−ờng truyền là nguồn cung cấp điện áp cho các thiết bị tr−ờng 
PA khác trong hệ thống