Tài liệu profibus

Tài liệu mạng Profibus Upload by www.legia-technology.com
Đại học Sư phạm kỹ thuật TP.HCM Page 1
Tài liệu mạng Profibus

Mục Lục
Phần A: Giới Thiệu
I- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus
II- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus-DP
Phần B: Mạng Profibus DP
I- Đặc Điểm, Kiểu Thiết Bị Và Cấu Hình Hệ Thống
1- Đặc Điểm Mạng Profibus-DP
2- Kiểu Thiết Bị
3- Cấu Hình Hệ Thống
II- Hoạt Động Của Hệ Thống
1- Mạng Profibus DP Nhiều Máy Chủ
2- Mạng Profibus DP Một Máy Chủ
III- Truyền Thông Trong Mạng
1- Nguyên Tắc Chung
2- Xác Định Vùng Nhớ Truyền Nhận Dữ Liệu
a. Mục Đích
b. Cách Truyền
IV- Đúc Kết
Phần C: Ứng Dụng Mạng Profibus DP Truyền Thông Giữa PLC S7-300 Và
Module ET 200M
I- Cấu Hình Và Loại Thiết Bị
II- Truyền Thông Trong Mạng
1- Thiết Lập Truyền Thông Trong Mạng
2- Viết Chương Trình Và Đổ Chương Trình
Phần D: Phụ Lục Tham Khảo

Phần A: Giới Thiệu
I- Giới Thiệu Chung Về
Mạng Profibus:
1- Giới Thiệu:
Giao thức Profibus được một nhóm
các nhà cung cấp tự động hóa
nhà máy 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 hiện 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 cũng có thể sử dụng Ethernet/TCP-IP.
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 tối
đa lên tới 500 kbit/s (trong một số ứng dụng có thể lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp).
Khoảng cách bus tối đa không dùng bộ lặp (repeater) là 200m và nếu dùng bộ
lặp khoảng cách tối đa có thể đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu
không có bộ lặp là 32 và là 127 nếu có bộ lặp.
2- Phân Loại:
Họ Profibus bao gồm 3 kiểu giao thức, mỗi kiểu được sử dụng cho những tác
vụ khác nhau, 3 kiểu giao thức đó là PROFIBUS FMS, DP, PA, trong đó hai
kiểu giao thức DP và PA đóng vai trò quan trọng đối với tự động hóa quá
trình. Profibus cũng bao gồm chuẩn giao thức bus công nghiệp (Industrial
Bus Protocol) PROFInet.

Hình 2: Phân Loại Mạng Profibus
II- Giới Thiệu Chung Về Mạng Profibus-DP
Profibus–DP (Distributed Peripheral):
phục vụ cho việc trao đổi thông tin
nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền
nhanh. Profibus–DP được xây dựng
tối ưu cho việc kết nối các thiết bị
trường với máy tính điều khiển.
Profibus–DP phát triển nhằm đáp
ứng yêu cầu cao về tính năng thời
gian trong trao đổi dữ liệu giữa cấp
điều khiển cũng như các bộ PLC
hoặc các máy tính công nghiệp với
các ngoại vi phân tán ở cấp trường
như: thiết bị đo, truyền động và van.
Việc trao đổi chủ yếu được thực hiện Hình 3: Cấu trúc mạng Profibus-DP
tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave.
Với số trạm tối đa là 126, Profibus–DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ
(Mono Master) hoặc nhiều trạm chủ (Multi Master).


Phần B: Mạng Profibus-DP
I- Đặc Điểm, Kiểu Thiết Bị Và Cấu Hình Hệ Thống
1- Đặc Điểm Mạng Profibus DP
 Truyền các lượng dữ liệu nhỏ và nhanh, do:
o Truyền thông DP là liên tục và tuần hoàn.
o Hoạt động một master.
o Dữ liệu truyền được xác định trong cấu hình(tối ưu hóa trao đổi
dữ liệu).
 Trao đổi dữ liệu theo 2 khung:
o Master gửi dữ liệu đến các slave.
o Các slave thông báo và gửi dữ liệu về master.
 Duy nhất một Master có thể xuất ngõ ra(an toàn).
 Hệ thống fieldbus nhanh(có thể lên đến 12Mb).
 Dữ liệu lên đến 244 byte vào/244 byte ra mỗi trạm.
 Thời gian đáp ứng nhanh đo được với 10 trạm ET200 và mỗi trạm này
có 32 I/O là 0.35 ms.
2- Cấu Hình Thiết Bị:
Gán cấu hình hệ thống bao gồm các trạm, địa chỉ trạm, phân phát vùng nhớ cho
các địa chỉ I/O, các tham số bus sữ dụng và các thông điệp chẩn đoán.
3- Kiểu Thiết Bị:
Mỗi hệ thống Profibus-DP bao gồm nhiều loại thiết bị cài đặt tùy theo
tính năng hoạt động. Cơ bản có 3 loại sau được phân theo công
việc:
 Trạm chủ DP cấp 1(DP Master Class 1):
o Các thiết bị này trao đổi dữ liệu với các trạm tớ theo một chu
trình được định trước.
o Trạm chủ DP cấp 1 thường là các bộ điều khiển trung tâm:
PLC, PC, hoặc các module của bộ điều khiển trung tâm.
 Trạm chủ DP cấp 2(DP Master Class 2):
o Là các máy lập trình, công cụ đặt cấu hình vận hành, chẩn đoán
hệ thống bus.
o Các thiết bị này được dùng khi khởi động hệ thống để đăt cấu
hình cho hệ thống DP.
o Ngoài các dịch vụ cấp 1, các thiết bị này còn cung cấp các hàm
đặc biệt phục vụ đặc cấu hình hệ thống, chẩn đoán trạng thái,
truyền nạp chương trình,…
 Trạm tớ(DP Slave):
o Không có vai trò kiểm soát truy cập bus.
o Là các thiết bị vào/ra.

o Các thiết bị trường(bộ truyền động, màn hình HMI, van, cảm
biến)
o PLC đóng vai trò là một Slave thông minh.
II- Hoạt Động Của Hệ Thống:
1- Mạng Profibus-DP Nhiều Máy Chủ:
 Là kiểu truyền thông mà có nhiều master(Class 1 hoặc Class 2) trên
bus như: có thêm thiết bị đặt cấu hình,…
 Các master này có thể truy cập vào một DP slave nhưng chỉ một
master mới có quyền viết(ghi) dữ liệu xuống slave.
 Các master có thể trao đổi dữ liệu với nhau.
 Dạng này có từ 1 tới 124(max) slave.
 Số lượng thiết bị lớn nhất có thể kết nối vào mạng là 126.
Hình 4: Truyền thông mạng Profibus nhiều máy chủ(Multi Master)
2- Mạng Profibus DP Một Máy Chủ(Mono Master)
 Là dạng truyền thông mà trong mạng chỉ có một master(Central
Controller) có nhiệm vụ là trao đổi dữ liệu với các thiết bị ngoại vị
phân tán.
 Trong mạng có thể sữ dụng một công cụ kỹ thuật để cài đặt cấu hình
cho các slave.

Hình 5: Truyền thông trong mạng Profibus một máy chủ(Mono
Master)
III- Truyền Thông Trong Mạng:
1- Nguyên Tắc Chung:
Profibus DP sử dụng chuẩn RS-485 và cáp quang cho phần truyền dẫn tín
hiệu. Trong đó chuẩn RS-485 thông dụng hơn vì nó có giá thành thấp, dễ đấu
nối, tốc độ truyền cao. RS-485 có cấu trúc dạng Bus, sử dụng cáp đôi xoắn có
vỏ bọc chống nhiễu làm môi trường truyền dẫn. Thông thường người ta hay sử
dụng cáp kiểu A với các thông số sau:
 Trở kháng 135W đến 165W
 Dung kháng <30 pF/m
 Điện trở vòng 110W/km
 Thiết diện dây > 0,34 mm2
Tốc độ truyền có thể chọn từ 9,6 kbps đến 12Mbps. Khoảng cách truyền
lớn nhất 1200 m. Tốc độ truyền và khoảng cách truyền có liên hệ với nhau theo
bảng sau (với cáp kiểu A):
RS-485 không định nghĩa kiểu jack đấu do đó khi đấu nối ta phải chú ý
xem hướng dẫn của nhà sản xuất để đấu nối cho đúng. Các thiết bị của
SIEMENS hay dùng jack D-sub 9 chân cho kết nối với chân 3 là chân Tx/Rx+

và chân 8 là Tx/Rx-, chân 1 được nối với vỏ chống nhiễu. Mỗi một đoạn mạng
có tối đa 32 nút mạng mà không cần repeater. NếU có repeater ta có thể mở
rộng số nút trên mạng lờn 126 nút. Ở hai đầu nút của đường truyền yêu cầu nối
một điện trở kết thúc để giảm sóng phản xạ gây nhiễu tín hiệu. Điện trở kết thúc
trên Profibus cú dạng fail-safe biasing như sau:
6: Điện trở kết thúc dạng fail-safe biasing.
Hình 7: Truy cập theo cấu hình Multi Master trong Profibus.
Lớp DataLink của Profibus cung cấp bốn dịch vụ trao đổi số liệu. SDN (
Send Data with No Acknowledge) được dùng cho việc gửi đồng loạt tới tất cả
các thiết bị trong mạng (broadcast) hay gửi tới một nhóm thiết bị (Multicast).
SDA (Send Data with Acknowledge) và SRD ( Send and Request Data with
Reply) là các dịch vụ trao đổi dữ liệu có xác nhận, trong đó SRD bên nhận phải
gửi dữ liệu trả lời. CSRD ( Cyclic Send and Request Data with Reply) là dịch

vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn. Profibus cung cấp 4 kiểu bản tin khác nhau cho
truyền dữ liệu và gửi thẻ bài.
Trạng thái làm việc của Profibus DP được xác định thông qua trang thái
của trạm chủ. Có 3 trạng thái hoạt động là: Operate truyền theo chu kỳ dữ liệu
đầu vào/ra; Clear đọc đầu vào và giữ đầu ra ở trạng thái an toàn; Stop không
truyền dữ liệu của ứng dụng, chỉ cho phép tham số hóa và chuẩn đoán.
Profibus DP có các lệnh cho phép đồng bộ các đầu vào và ra. Chế độ Sync
để đồng bộ hóa dữ liệu đầu ra và chế độ Freeze dùng để đồng bộ hóa dữ liệu
đầu vào.
Trao đổi dữ liệu giữa Master và các Slave gán cho nó thực hiện tuần hoàn
theo trình tự định sẵn. Trong mỗi một chu kỳ Bus, Master sẽ lần lượt đọc các
thông tin đầu vào của các trạm Slave lên bộ nhớ của Master và đưa các thông
tin đầu ra từ bộ nhớ Master tới trạm Slave. Mỗi trạm Slave cho phép tối đa 246
byte dữ liệu đầu vào và 246 byte dữ liệu đầu ra.
Hình 8: Truyền dữ liệu theo chu kỳ trong DP.
Profibus DP còn có các dich vụ trao đổi dữ liệu không theo chu kỳ cho
phép số hóa và chuẩn đoán các vấn đề xảy ra với Slave từ Master.
Các thiết bị PROFIBUS có những đặc điểm cấu trúc khác nhau. Sự khác
nhau về cấu trúc giữa chúng tùy thuộc vào chức năng của từng thiết bị và phụ
thuộc vào các tham số đường truyền như tốc độ truyền dữ liệu, các giá trị thời
gian giám sát. Những tham số này thay đổi tùy 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 thường sử dụng GSD files, file GSD là file datasheet của thiết
bị. Tất cả các nhà sản xuất đều phải cung cấp file GSD trong các thiết bị
Profibus của mình. GSD files được ứng dụng rộng rãi, từ hệ thống truyền tin mở
đến các hệ thống điều khiển vận hành. GSD files được 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 còn không
là vấn đề khó khăn. GSD files chứa những đặc điểm đặc trưng cơ bản giống

nhau giữa các thiết bị Profibus, đó chính là lý do vì sao GSD files tương thích
được với nhiều loại thiết bị. Thông qua những file này, kỹ sư dự án không phải
nắm bắt các thông số kỹ thuật theo cách đo đạc bằng tay thông thường như
trước nữa. Thời gian được 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.
Hình 9: Sử dụng GSD file trong DP
Để thiết kế một thiết bị điều khiển có tích hợp Profibus DP, thông thường
người ta sử dụng các chip ASICs
Đối với các thiết bị đầu vào/ đầu ra đơn giản, giải pháp Profibus với ASICs
đơn chíp là một giải pháp thực tế. Tất cả các chức năng giao thức đã được 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 như các thiết bị ngoại vi. Thí dụ: bộ Slave điển hình bao gồm
SPM2 ASICs của Siemens, chip IX1 của M2C và CHIP vpcls-ASIC của
profichip.
Cũng giống như bộ slave thông minh, ở bộ master phức hợp, bộ phận xử lý
giao thức của nó cũng làm việc trên chip giao thức, còn những phần còn lại làm
việc như phần mềm trong bộ vi điều khiển. Các chip ASICs ASPC2 (Siemens),
IX1 (M2C) hay VAF PBM (IAM) đều đã được chế sẵn để hỗ trợ các thiết bị
master phức hợp hoạt động. Chúng cũng được kết hợp và cùng vận hành với các
bộ vi xử lý.
Do có nhiều ưu điểm nên hiện nay Profibus DP được sử dụng rất nhiều
trong hệ thống điều khiển tự động của các nhà máy công nghiệp như Xi-măng,
điện, hóa chất, chế biến..v..v tại Việt Nam cũng như trên thể giới.

2- Xác Định Vùng Truyền Nhận Dữ Liệu:
a- Mục Đích:
Khi ta gửi dữ liệu lên mạng thì nó sẽ tự động chuyển tới vùng nhớ mà ta
qui định, khi đó ta chỉ việc đọc vùng nhớ đó.
b- Cách Truyền:
Xét ví dụ: Truyền 1 bit điều khiển từ master xuống slave 1 chẳng hạn :
- Xuất ra vùng nhớ trên master mà slave 1 đã được qui định. cụ thể là:
QB10/QB12, ví dụ ta chọn bit Q10.0 chẳng hạn
- Khi đó ở slave 1 chỉ cần đọc nội dung của V10.0 đó cũng chính là nội dung
của Q10.0.
Nguyên tắc truyền được thể hiện ở hình vẽ bên dưới:
IV- Đúc Kết
So sánh giữa hệ thống I/O thông thường và mạng Profibus DP:

Đánh giá Truyền thông I/O thông
thường
Truyền thông bằng mạng
Profibus-DP
Ưu điểm -Công nghệ quen thuộc
- Chi phí thiết bị thấp hơn
- Hệ thống dây từ các thiết bị tới
hệ thống điều khiển không phụ
thuộc vào nhau, do đó khi một
thiết bị có vấn đề về hệ thống
dây cũng không ảnh hưởng đến
các thiết bị hiện trường khác.
-Được sử dụng rộng rãi.
- Hỗ trợ mạng tại các cấp độ
thiết bị, điều khiển quá trình và
Ethernet.
- Sẵn có giao diện cho các ứng
dụng varialb speed drive và
trung tâm điều khiển động cơ .
- Ứng dụng trên toàn doanh
nghiệp với PROFInet
- Các cổng nối (gateway) cho
phép tích hợp Profibus PA trực
tiếp với mạng Profibus DP.
- Giao diện chủ (host) sẵn có cho
hầu hết PLC, DCS và các hệ
thống máy tính
- Thiết bị gateway hỗ trợ trực
tiếp các mạng bus sensor chi phí
thấp hơn, đặc biệt là AS-
Interface .
Nhượt
điểm
-Chi phí lắp đặt cao hơn
- Hệ thống đi dây theo kiểu
điểm-tới-điểm (point-to-point)
khá đắt đỏ
- Nhiều kết nối khi đi dây:
+ cần nhiều nhân công để lắp đặt
+ tạo ra nhiều điểm bị lỗi
+ tăng độ phức tạp khi có sự cố
+ đòi hỏi khối lượng không gian
cabinet và rack lớn để lắp đặt các
khối thiết bị đầu cuối (terminal
block)
- Mạng Profibus- DP không hỗ
trợ ứng dụng Intrinsically Safe.
- Những yêu cầu về hệ thống
dây, điện, tiếp đất, bọc và đầu
cuối phải được tính đến trong
quá trình thiết kế và lắp đặt.

PHẦN C: Ứng Dụng Mạng Profibus DP Truyền Thông Giữa
PLC S7-300 Và Module ET 200M
I- Cấu hình và loại thiết bị
1- Loại Thiết Bị:
S7-300: PLC S7-300 được thiết kế theo kiểu module. Các module này
được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Việc xây dựng PLC theo cấu trúc
module rất thuận tiện cho việc thiết kế hệ thống gọn nhẹ và dễ dàng trong việc
mở rộng hệ thống.
ET 200:
Là module trạm I/O được sữ dụng cho các tủ điều khiển với mật độ các
ứng dụng cao. Module này có thể kết nối với mạng Profibus và Profinet bằng
cách sữ dụng các module giao diện tùy chọn, đối với việc kết nối qua mạng
Profibus cũng sữ dụng cáp quang.
Module ET 200M thích hợp với các giải pháp tự động hóa cho các ứng
dụng đặc biệt hoặc phức tạp.

2- Cấu Hình:
Trong ứng dụng này thì S7-300 đóng vai trò là master(mono master) còn
ET 200M đóng vai trò là slave, hai thiết bị này kết nối thông qua mạng Profibus
DP.
II- Truyền Thông Trong Mạng
1- Thiết Lập Truyền thông Trong Mạng
THIEÁT LAÄP CAÁU HÌNH TRONG PHAÀN MEÀM.
KHÔÛI ÑOÄNG SIMATIC

THIEÁT LAÄP CAÁU HÌNH TRONG PHAÀN MEÀM
MÔÛMAØN HÌNH SOAÏN THAÛO, ÑAËT TEÂN CHÖÔNG TRÌNH
KHAI BAÙO TRAÏM S7-300

KHAI BAÙO PHAÀN CÖÙNG-NEÁU KHOÂNG THAÁY THÖ VIEÄN CHOÏN
VIEW/CATALOG
LAÁY GIAÙÑÔÛ(RAIL)

KHAI BAÙO NGUOÀN VAØO SLOT ÑAÀU TIEÂN
CHOÏN LOAÏI CPU ÑUÙNG MAÕSOÁVÔÙI PHAÀN CÖÙNG THÖÏC TEÁ.

KHAI BAÙO MAÏNG CHO CPU NEÁU COÙSÖÛDUÏNG MAÏNG.
NHAÁPVAØOBUSCUÛA MAÏNG VAØCHOÏN ET200. THIEÁT LAÄP CAÁU HÌNH
CHO ET200.

CAØI ÑAËT FILE GSD NEÁU CHÖA THAÁY XUAÁT HIEÄN ET200
CHOÏN SOÁBYTE DÖÕLIEÄU TRUYEÀN NHAÄN CHO ET200

LAËPLAÏI COÂNG VIEÄC KHAI BAÙO ET200 CHO CAÙC TRAÏM KHAÙC, GIAÕ
SÖÛCOÙ3 TRAÏM. SAU ÑOÙDOWNLOAD XUOÁNG HEÄTHOÁNG.
KIEÅM TRATHIEÁT LAÄP CAÁU HÌNH
NEÁU CAÁU HÌNH ÑUÙNG THÌ ÑEØN CUÛA ET200 SẼ SAÙNG MAØU XANH

2- Viết Chương Trình Điều Khiển Và Đổ Chương Trình
LAÄP TRÌ NH ÑI EÀU KHI EÅN MOÂHÌ NH THIEÁT BÒ
CHÖÔNG TRÌNH TAÏI S7-300
LAÄP TRÌNH ÑIEÀU KHIEÅN MOÂHÌNH THIEÁT BÒ
CHÖÔNG TRÌNH TAÏI S7-200

Phần D: Phụ Lục Tham Khảo
1. www.google.com.vn
2. www.profibus.com
3. www.siemens.com
4. www.webdien.com
5. www.spkt.net
6. www.dientuvietnam.com
7. Giáo Trình Mạng Truyền Thông Trong Công Nghiệp

Tài liệu profibus

More Related Content

What's hot (20)

Viewers also liked (20)

Similar to Tài liệu profibus (20)

Tài liệu profibus