Bài giảng Mạng máy tính và hệ thống thông tin công nghiệp - Chương 2.4 - Đào Đức Thịnh

Mạng máy tính
&
Hệ thống thông tin công nghiệ
Đào Đức Thịnh
BM Kỹ thuật đo & THCN
Profibus - Lịch sử phát triển
- PROFIBUS (Process Field Bus) là một hệ thống bus tr−ờng 
đ−ợc phát triển tại Đức từ năm 1987 do 21 công ty và cơ quan 
nghiên cứu hợp tác. Sau khi đ−ợc chuẩn hóa quốc gia với DIN 
19245, PROFIBUS đã trở thành chuẩn châu âu EN 50 170 
trong năm 1996 và chuẩn quốc tế IEC 61158 vào cuối năm 
1999. Bên cạnh đó, PROFIBUS còn đ−ợc đ−a vào trong chuẩn 
IEC 61784 - một chuẩn mở rộng trên cơ sở IEC 61158 cho các 
hệ thống sản xuất công nghiệp. Với sự ra đời của các chuẩn 
mới IEC 61158 và IEC 61784 cũng nh− với các phát triển mới 
gần đây, PROFIBUS không chỉ dừng lại là một hệ thống truyền 
thông, mà còn đ−ợc coi là một công nghệ tự động hóa.
Profibus - Lịch sử phát triển
- Với mục đích quảng bá cũng nh− hỗ trợ việc phát triển và sử
dụng các sản phẩm t−ơng thích PROFIBUS, một tổ chức ng−ời 
sử dụng đã đ−ợc thành lập, mang tên PROFIBUS 
Nutzerorgamsation (PNO). Từ năm. 1995, tổ chức này nằm 
trong một hiệp hội lớn mang tên PROFIBUS International (PI) 
với hơn 1.100 thành viên trên toàn thế giới.
Profibus - Kỹ thuật
Profibus - Kỹ thuật
- Profibus là một chuẩn bus trường mở, khụng phụ thuộc vào 
nhà cung cấp, nú được sử dụng trong một phạm vi rộng cỏc 
ứng dụng trong tự động hoỏ sản xuất và tự động hoỏ quỏ trỡnh. 
- Sự khụng phụ thuộc vào cỏc nhà cung cấp và tớnh chất mở 
được đảm bảo bởi tiờu chuẩn quốc tế EN 50170 và EN 50254. 
PROFIBUS cho phộp giao tiếp giữa cỏc thiết bị của cỏc hóng 
sản xuất khỏc nhau mà khụng cần sự điều chỉnh đặc biệt nào 
về giao diện.
- PROFIBUS cú thể dựng cho cả ứng dụng đũi hỏi tớnh năng 
thời gian với tốc độ cao và cỏc nhiệm vụ truyền thụng phức 
tạp.
- Qua sự tiếp tục phỏt triển về kỹ thuật, PROFIBUS sẽ vẫn là
hệ thống giao thức cụng nghiệp được dựng trong tương lai.
Profibus - Kỹ thuật
Profibus - Kỹ thuật
- PROFIBUS định nghĩa ba loại giao thức là PROFIBUS-FMS, 
PROFIBUS-DP và PROFIBUS-PA.
- FMS là profile giao tiếp đa năng cho tất cả cỏc đũi hỏi về giao 
tiếp cấp cao. FMS đưa ra nhiều chức năng ứng dụng tinh vi 
cho sự giao tiếp giữa cỏc thiết bị thụng minh. Tuy nhiên gần 
đây, vai trò của PROFIBUS-FMS ngày càng mờ nhạt bởi sự
cạnh tranh của các hệ dựa trên nền Ethernet (Ethernet/IP, 
PROFINET, High-speed Ethernet).
Profibus - Kỹ thuật
- DP là giao thức truyền thụng được sử dụng thường xuyờn 
nhất. Nú được dựng tối ưu cho tốc độ, hiệu quả và chi phớ kết 
nối thấp, được thiết kế đặc biệt cho sự giao tiếp giữa hệ thống 
điều khiển và cỏc ngoại vi phõn tỏn. DP thớch hợp để thay thế
cỏch truyền tớn hiệu song song kiểu thụng thường với điện ỏp 
24 V trong tự động hoỏ sản xuất cũng như cho tớn hiệu tương 
tự truyền với 420 mA hoặc Hart trong điều khiển quỏ trỡnh.
Profibus - Kỹ thuật
- PROFIBUS-PA là kiểu đặc biệt đ−ợc sử dụng ghép nối trực 
tiếp các thiết bị tr−ờng trong các lĩnh vực tự động hóa các quá
trình có môi tr−ờng dễ cháy nổ, đặc biệt trong công nghiệp chế 
biến. Thực chất, PROFIBUS-PA chính là sự mở rộng của 
PROFIBUS-DP xuống cấp tr−ờng cho lĩnh vực công nghiệp chế 
biến.
Profibus - Kỹ thuật
- Ngày nay. PROFIBUS là hệ bus tr−ờng hàng đầu thế giới với 
hơn 20% thị phần và với hơn 5 triệu thiết bị lắp đặt trong 
khoảng 500.000 ứng dụng. Có thể nói. PROFIBUS là giải pháp 
chuẩn, đáng tin cậy cho nhiều phạm vi ứng dụng khác nhau, 
đặc biệt là các ứng dụng có yêu cầu cao về tính năng thời gian.
Profibus - Kiến trúc giao thức
Profibus - Kiến trúc giao thức
- DP và PA, đõy là giao thức giao tiếp cú hiệu suất cao, sử
dụng cỏc lớp 1 và 2 cũng như lớp giao diện sử dụng. Cỏc lớp 
từ 3 đến 7 khụng được sử dụng. Kiến trỳc tổ chức hợp lý này 
đảm bảo truyền dữ liệu nhanh và hiệu quả. Lớp ỏnh xạ ở trờn 
lớp 7 liờn kết với lớp 2 (DDLM) cung cấp giao diện sử dụng dể
dàng truy nhập vào lớp 2. Cỏc chức năng ứng dụng cú sẵn cho 
người sử dụng, cũng như hành vi thiết bị và hệ thống của cỏc 
kiểu thiết bị DP khỏc nhau được định rừ trong lớp giao diện sử
dụng.
Profibus - Kiến trúc giao thức
- Trong giao thức truyền thụng đa chức năng FMS, sự quan 
trọng đặc biệt nằm ở cỏc lớp 1, 2 và 7. Lớp application (7) bao 
gồm hai lớp con là FMS (Fieldbus Message Specification) và
LLI (Lower Layer Interface). Lớp FMS đảm nhiệm việc sử lý 
giao thức sử dụng và cỏc dịch vụ truyền thụng cho cỏc giao 
tiếp chủ-chủ và chủ-tớ. Lớp LLI cú vai trũ trung gian cho FMS 
kết nối với lớp 2 mà khụng phụ thuộc vào cỏc thiết bị riờng biệt.
Profibus - Lớp vật lý
- Truyền dẫn RS-485 là cụng nghệ truyền dẫn đ−ợc sử dụng 
thụng dụng nhất trong PROFIBUS. Phạm vi ứng dụng bao gồm 
tất cả cỏc phạm vi truyền dẫn yờu cầu tốc độ truyền cao và lắp 
đặt đơn giản, giỏ thành rẻ. Cỏp dẫn được sử dụng là đụi dõy 
xoắn cú bảo vệ.
- Cụng nghệ truyền dẫn với RS-485 dễ sử dụng. Việc lắp đặt 
cỏc cỏp xoắn khụng yờu cầu hiểu biết nhiều về chuyờn mụn. 
Cấu trỳc của bus cho phộp việc thờm và bớt cỏc trạm hoặc 
từng bước đưa hệ thống hoạt động mà khụng bị ảnh hưởng 
của cỏc trạm khỏc. Sự mở rộng sau khụng làm ảnh hưởng đến 
cỏc trạm đang hoạt động.
Profibus - Lớp vật lý
- Tốc độ truyền từ 9,6 kbps đến 12 Mbps.
- Chiều dài tối đa 1200m và phụ thuộc vào tốc độ truyền
Tốc độ truyền phụ thuộc vào độ dài cáp:
Profibus - Lớp vật lý
- Cấu trúc mạng dạng Bus ( Trunk-line/Drop-line, daisy-chain).
- Cáp dùng đôi dây soắn có vỏ bảo vệ ( PI khuyến cáo dùng 
cáp loại A có các thông số nh− sau:
* Trở khỏng : 125 đến 165 Ω
* Điện dung : < 30 pf/m
* Trở vũng : 110 Ω/km
* Tiết diện dõy dẫn : > 0.34 mm2 )
Profibus - Lớp vật lý
- Điện trở kết thúc dạng Fail-safe Biasing:
Profibus - Lớp vật lý
- Số trạm tối đa trên 1 đoạn mạng là 32. Có thể dùng tối đa 9 
bộ Repeater -> 10 đoạn mạng. Tổng số trạm là 126.
- Chế độ truyền không đồng bộ, Half-duplex.
- Sử dụng mã NRZ.
- Không định nghĩa đầu nối cơ học.
Profibus - Lớp vật lý
Profibus - Lớp vật lý
Profibus - Lớp vật lý
Profibus - Lớp vật lý
- Cỏp quang thớch hợp đặc biệt trong cỏc lĩnh vực ứng dụng cú 
mụi trường làm việc nhiễu mạnh, hoặc đũi hỏi tốc độ truyền 
dẫn cực cao và phạm vi phủ mạng lớn. 
- Cú nhiều loại cỏp quang khỏc nhau cựng với cỏc đặc tớnh 
khỏc nhau đựa trờn khoảng cỏch, giỏ thành và ứng dụng. 
- Hai loại cỏp quang cú thể sử dụng ở đõy: loại sợi thuỷ tinh với 
chiều dài tối đa 2-3 km và loại sợi nhõn tạo với chiều dài tối đa 
50m khụng cần khuyếch đại.
Profibus - Lớp vật lý
- Do đặc điểm liờn kết điểm-điểm ở cỏp quang, cấu trỳc mạng 
chỉ cú thể là hỡnh sao hoặc hạn hữu là mạch vũng. Trong thực 
tế, cỏp quang thường được sử dụng hỗn hợp với RS-485 nờn 
cấu trỳc mạng phức tạp hơn. Cỏc bộ chuyển đổi giữa 485 và
cỏp quang cho phộp việc kết nối hỗn hợp.
Profibus - Lớp vật lý
- Truyền đồng bộ trong IEC 1158-2 (MPB) với tốc độ bốt 31.25 
kbớt/s được sử dụng trong cỏc hệ thống xử lý tự động. Nú thỏa 
món cỏc yờu cầu quan trọng trong cụng nghệ hoỏ học và cụng 
nghệ hoỏ dầu: sự an toàn bờn trong và cấp nguồn qua bus sử
dụng hai dõy. Do đú PROFIBUS cú thể được sử dụng trong 
cỏc cỏc khu vực nguy hiểm.
Profibus - Lớp vật lý
Cỏc nguyờn tắc kết nối với IEC1158-2 :
z Mỗi đoạn mạng chỉ được phộp cú một bộ nguồn cung cấp điện
z Khụng cú năng lượng được cung cấp cho bus khi cỏc trạm 
đang gửi tin
z Mọi thiết bị trường tiờu thụ dũng khụng đổi tại trạng thỏi tĩnh
z Mỗi thiết bị trường hoạt động như một bộ tiờu hao dũng bị 
động.
z Mỗi đầu cuối được kết thỳc bằng một trở đầu cuối bị động.
z Cấu trỳc mạng ở đõy là cấu trỳc đường thẳng, cõy hoặc sao.
Profibus - Lớp vật lý
- Chế độ truyền Số, đồng bộ bit, dựng mó Manchester
- Tốc độ truyền 31,25 kbit/s
- Cỏp truyền Hai đụi dõy xoắn
- Cung cấp nguồn từ xa Tuỳ chọn, sử dụng đường dõy tải 
dữ liệu
- Mức bảo vệ chỏy nổ EEX ia/ib và EEX d/m/p/q
Cấu trúc mạng Đường thẳng, cõy hoặc phối hợp
Số trạm Tối đa 32 trong một đoạn mạng, tổng tối 
đa 126
Số bộ lặp Tối đa là 4 bộ lặp
Độ dài 1 đoạn mạng 1900m tổng 9500m
Profibus - Lớp vật lý
- Cỏp bus chớnh được lắp rỏp tại hai đầu cựng với trở đầu cuối 
bị động, bao gồm một bộ RC nối tiếp nhau với R=100 Ω và C = 
1àF. 
- Cỏc bộ nối đoạn mạng là cỏc bộ chuyển đổi tớn hiệu, nú thớch 
ứng cỏc tớn hiệu RS-485 với tớn hiệu IEC 1158-2. Nếu cỏc bộ
nối được sử dụng, tốc độ trong đoạn mạng của RS-485 được 
giới hạn lớn nhất là 93.75 kbit/s
- Cỏc bộ liờn kết, chỳng miờu tả tất cả cỏc thiết bị trường kết 
nối trong đoạn mạng IEC 1158-2 như là một trạm tớ trong đoạn 
mạng RS-485. Khụng cú giới hạn về tốc độ trong đoạn mạng 
RS-485 khi sử dụng để liờn kết. Điều đú cú nghĩa rằng nú cũng 
cú thể thực hiện với cỏc mạng nhanh, với chức năng điều 
khiển, bao gồm cỏc cả thiết bị trường kết nối bằng IEC 1158-2.
Profibus - Lớp vật lý
Profibus - Điều khiển truy nhập Bus
- Điều khiển truy nhập trung gian ( MAC ) xác định thủ tục khi 
một trạm cho phép truyền dữ liệu. MAC phải chắc chắn rằng chỉ
có một trạm có quyền truyền dữ liệu tại mỗi thời điểm.
Profibus - Điều khiển truy nhập Bus
- Giao thức PROFIBUS đ−ợc thiết kế để thoả mãn hai yêu cầu 
của MAC, đó là:
* Trong lúc giao tiếp giữa các hệ thống tự động hoá phức 
tạp ( các trạm chủ – masters ) mỗi trạm phải có đủ thời gian để
thực hiện công việc truyền thông trong một khoảng thời gian 
chính xác nhất định.
* Mặt khác, đối với truyền thông giữa một bộ điều khiển 
khả trình phức tạp và thiết bị ngoại vi đơn giản đ−ợc chỉ định 
(các trạm tớ – slaves ) thì việc truyền dữ liệu một cách tuần 
hoàn và tính năng thời gian thực cần phải đ−ợc thực hiện càng 
nhanh và càng đơn giản càng tốt.
Profibus - Điều khiển truy nhập Bus
- Do vậy, giao thức truy nhập trung gian PROFIBUS bao gồm 
cả truy cập kiểu thẻ bài khi các trạm chủ giao tiếp với nhau và
truy cập kiểu chủ/tớ khi trạm chủ giao tiếp với thiết bị ngoại vi 
đơn giản.
- Truy cập kiểu thẻ bài đảm bảo quyền truy nhập bus (thẻ bài) 
đ−ợc chỉ định cho mỗi trạm chủ trong một khung thời gian xác 
định chính xác. Thông tin trong thẻ bài, một bản tin đặc biệt để
việc chuyển thẻ bài từ trạm chủ này sang trạm chủ khác phải đi 
theo một vòng logic một lần tới tất cả các trạm chủ trong một 
thời gian luân chuyển thẻ bài cực đại. Trong PROFIBUS truy 
cập kiểu thẻ bài chỉ dùng cho giao tiếp giữa các trạm chủ.
Profibus - Điều khiển truy nhập Bus
- Truy cập kiểu chủ/tớ cho phép trạm chủ ( trạm tích cực ) đang 
giữ thẻ bài đ−ợc quyền truy nhập các trạm tớ đ−ợc chỉ định (các 
trạm bị động ). Nó cho phép trạm chủ có thể gửi bản tin hay 
khôi phục bản tin từ các trạm tớ.
- Ph−ơng pháp truy nhập này cho phép thực hiện với các kiểu 
cấu trúc hệ thống sau:
Hệ thống một trạm chủ
Hệ thống nhiều chủ
Profibus - Điều khiển truy nhập Bus
Profibus - Dịch vụ truyền số liệu
- Một nhiệm vụ quan trọng của lớp thứ 2 là bảo vệ dữ liệu. Định 
dạng khung lớp thứ 2 PROFIBUS đảm bảo độ toàn vẹn dữ liệu 
rất cao. Tất cả các bản tin đều có một khoảng cỏch Hamming 
HD=4, thụng qua cỏc dấu tỏch bắt đầu và kết thỳc bản tin, bit 
chẵn lẻ và kiểm tra byte.
Profibus - Dịch vụ truyền số liệu
- Lớp thứ 2 của PROFIBUS hoạt động trong một chế độ khụng 
nối. Ngoài việc truyền dữ liệu cựng cấp, nú cung cấp giao tiếp 
nhiều đớch (Broadcast và Multicast).
- Giao tiếp Broadcast cú nghĩa rằng một tram chủ tớch cực gửi 
một tin khụng phản hồi tới tất cả cỏc trạm (chủ và tớ).
- Giao tiếp Multicast cú nghĩa rằng một trạm chủ tớch cực gửi 
một tin khụng phản hồi tới một nhúm cỏc trạm đó được định 
trước (chủ và tớ). 
Profibus - Dịch vụ truyền số liệu
- Mỗi Profile giao tiếp trong profibus sử dụng một tập hợp riờng 
biệt cỏc dịch vụ của lớp 2. Cỏc dịch vụ này được gọi bởi cỏc 
lớp cao hơn thụng qua cỏc điểm truy nhập dịch vụ (SAPs). 
Trong FMS cỏc điểm truy nhập dịch vụ được dựng để đỏnh địa 
chỉ cho cỏc quan hệ giao tiếp logic.
SDA-Send Data With Acknowledge
SRD-Send Data Request Data With Reply
SDN-Send Data With No Acknowledge
CSRD- Cyclic Send And Request Data With Reply
Profibus - Cấu trúc bức điện
Profibus - Cấu trúc bức điện
Profibus - Cấu trúc bức điện
Profibus - Cấu trúc bức điện
Profibus - Cấu trúc bức điện
Profibus - FMS
Mặc dù PROFIBUS-FMS không đ−ợc chuẩn hóa trong IEC 
6158 và một phần vì thế vai trò của nó cũng mờ nhạt dần trong 
các phát triển tiếp theo, ứng dụng của nó đã có một vai trò nhất 
định trong một số lĩnh vực công nghiệp chế tạo, lắp ráp. Sử
dụng PROFIBUS-FMS là bus hệ thống, các máy tính điều khiển 
có thể đ−ợc ghép nối theo cấu hình nhiều chủ để giao tiếp với 
nhau và với các thiết bị tr−ờng thông minh d−ới hình thức gửi 
các thông báo. ở đây, phạm vi chức năng, dịch vụ cao cấp là
tính năng đợc coi trọng hơn so với thời gian phản ứng của hệ
thống. 
Profibus - FMS
Lớp ứng dụng của PROFIBUS-FMS bao gồm hai lớp con là
FMS và LLI (Lower Layer Interface). Bởi các lớp từ 3 đến 6 
không xuất hiện ở đây. lớp LLI có vai trò thích ứng, chuyển dịch 
các dịch vụ giữa lớp FMS và lớp FDL lớp 2. Giao diện giữa FMS 
với các quá trình ứng dụng đ−ợc thực hiện bởi lớp ALI 
(Application Layer Interface). 
Profibus - FMS
Giao tiếp h−ớng đối t−ợng
- PROFIBUS-FMS cho phép thực hiện các hoạt động giao tiếp 
h−ớng đối t−ợng theo cơ chế Client/server. ở đây, ý nghĩa của 
ph−ơng thức h−ớng đối t−ợng là quan điểm thống nhất trong 
giao tiếp dữ liệu, không phụ thuộc vào các đặc điểm của nhà
sản xuất thiết bị hay của lĩnh vực ứng dụng cụ thể.
- Các phần tử có thể truy nhập đ−ợc từ một trạm trong mạng, 
đại diện cho các đối t−ợng thực hay các biến quá trình đ−ợc gọi 
là các đối t−ợng giao tiếp. Các thành viên trong mạng giao tiếp 
thông qua các đỗi t−ợng này.
Profibus - FMS
- Việc truy nhập các đối t−ợng có thể thực hiện theo nhiều cách 
khác nhau. Ph−ơng pháp hiệu quả nhất là sử dụng chỉ sỗ đối 
t−ợng (object index), còn gọi là ph−ơng pháp định địa chỉ logic. 
Chỉ số có thể coi là căn c−ớc của một đối t−ợng nội trong một 
thành viên của mạng, đ−ợc biểu diễn bằng một số thứ tự 16 bịt. 
Nhờ vậy, các khung thông báo sẽ có chiều dài ngắn nhắt so với 
các ph−ơng pháp khác. 
- Một khả năng thứ hai là truy nhập thông qua tên hình thức của 
đối t−ợng, hay còn gọi là tag.
Profibus - FMS
Thiết bị tr−ờng ảo (VFD)
- Thiết bị tr−ờng ảo (virtual Field Device, VFD) là một mô hình 
trừu t−ợng, mô tả các dữ liệu, cấu trúc dữ liệu và đặc tính của 
một thiết bị tự động hóa d−ới giác độ của một đối tác giao tiếp.
- Một đối t−ợng VFD chứa tất cả các đối t−ợng giao tiếp và danh 
mục mô tả các đồi t−ợng mà các đối tác giao tiếp có thể truy 
nhập qua các dịch vụ. Một đối t−ợng VFD đ−ợc sắp xếp t−ơng 
ứng với đúng một quá trình ứng dụng.
- Một thiết bị thực có thể chứa nhiều đối t−ợng VFD, trong đó 
địa chỉ của mỗi đối t−ợng VFD đ−ợc xác định qua các điểm đầu 
cuối giao tiếp của nó.
Profibus - FMS
Profibus - FMS
Đối t−ơng truyền thông
Đối t−ợng đ−ợc mô tả thông qua các thuộc tính của đối t−ợng.
- Những đối t−ợng truyền thông tĩnh đ−ợc đ−a vào danh mục đối 
t−ợng tĩnh. Chúng đ−ợc định dạng một lần và không bị thay đổi 
trong khi vận hành. FMS ghi nhận các kiểu đối t−ợng truyền 
thông tĩnh:
* Biến đơn, 
* Ma trận (dãy các biến đơn của cùng một k ... hung yêu cầu và chờ đợi 
một khung đáp ứng (bức điện trả lời hoặc xác nhận). Thời gian 
trạm chủ cần để xử lý một l−ợt danh sách hỏi tuần tự chính là
chu kỳ bus. 
Profibus - DP
Profibus - DP
Profibus - DP
Profibus - DP
Đồng bộ hoá dữ liệu vào ra:
- Trong truyền dữ liệu sử dụng do trạm chủ thực hiện tự động, 
trạm chủ có thể gửi lệnh điều khiển tới một trạm tớ đơn lẻ, một 
nhóm trạm tớ hay tới tất cả các trạm tớ một cách đồng thời. 
Những lệnh điều khiển này đ−ợc truyền nh− một lệnh gửi đồng 
loạt. Chúng cho phép sử dụng chế độ Sync và Freeze cho việc 
đồng bộ hoá điều khiển theo sự kiện của các trạm tớ.
Profibus - DP
- Đầu ra của tất cả các trạm tớ đã đánh địa chỉ đ−ợc giữ nguyên 
ở trạng thái hiện tại. Trong suốt quá trình truyền dữ liệu tiếp 
theo, dữ liệu đầu ra đ−ợc l−u trữ tại các trạm tớ, nh−ng các 
trạng thái đầu ra đ−ợc giữ không đổi. Dữ liệu đầu ra đ−ợc l−u trữ
sẽ không đ−ợc gửi tới các đầu ra cho tới khi nhận đ−ợc một lệnh 
Sync tiếp theo. Chế độ Sync kết thúc bằng một lệnh Unsync.
- T−ơng tự, một lệnh điều khiển Freeze sẽ chuyển các trạm tớ
sang chế độ Freeze. Trong chế độ này, trạng thái của các đầu 
vào đ−ợc giữ nguyên tại giá trị hiện tại. Dữ liệu đầu vào không 
đ−ợc cập nhật cho đến khi trạm chủ gửi một lệnh Freeze tiếp 
theo. Chế độ Freeze kết thúc bằng một lệnh Unfreeze.
Profibus - DP
Chuẩn đoán hệ thống:
- Chức năng chuẩn đoán lỗi của DP cho phép định vị lỗi nhanh. 
Thông tin chuẩn đoán lỗi đ−ợc truyền qua bus và đ−ợc tập 
trung tại trạm chủ. Thông tin này đ−ợc chia làm 3 cấp:
1. Mức trạm: Thông tin này có liên quan đến tình trạng vận 
hành chung của trạm, ví dụ nh−: quá nhiệt độ, điện áp thấp
2. Chuẩn đoán module: Thông tin này thể hiện rằng trong một 
phạm vi nhất định của đầu vào/ra ví dụ nh− module đầu ra 8bit.. 
của một trạm, chuẩn đoán là ch−a xác định.
3. Chuẩn đoán kênh: Trong tr−ờng hợp này, nguyên nhân lỗi 
đ−ợc xác định trong mối liên hệ với từng bit vào/ra riêng biệt 
(kênh) ví dụ nh− ngắn mạch đầu ra 7.
Profibus - DP
Các chức năng sau đây có sẵn khi truyền dữ liệu không tuần 
hoàn giữa hệ thống điều khiển trung tâm (DPM1) và các trạm 
tớ:
MSAC1_Read: Trạm chủ đọc một khối dữ liệu từ trạm tớ.
MSAC1_Write: Trạm chủ ghi một khối dữ liệu tới trạm tớ.
MSAC1_Alarm: Thông tin cảnh báo truyền từ trạm tớ tới 
trạm chủ. Có bản tin báo nhận của trạm chủ. Chỉ sau khi thông 
tin báo nhận sự cảnh báo đã đ−ợc nhận thì trạm tớ mới có thể
gửi một thông tin cảnh báo mới. Điều đó có nghĩa rằng thông tin 
cảnh báo không bao giờ bị ghi đè. 
Profibus - DP
MSAC1 nhận thông tin cảnh báo: Trạm chủ nhận gửi một 
thông tin cho trạm tớ với thông báo đã nhận đ−ợc thông tin 
cảnh báo.
Trạng thái MSAC1: Thông tin về trạng thái đ−ợc gửi từ trạm tớ
tới trạm chủ. Và thông tin này không đ−ợc báo nhận. Do vậy 
thông tin về trạng thái có thể bị ghi đè.
Profibus - DP
Các chức năng sau đây có sẵn để truyền dữ liệu không tuần 
hoàn giữa những công cụ lập trình và vận hành (DPM2) và các 
trạm tớ:
MSAC2_khởi đầu và MSAC2_Kết thuc: Thiết lập và kết thúc 
của các nối cho việc truyền dữ liệu không tuần hoàn giữa 
DPM2 và trạm tớ.
MSAC2_đọc: Trạm chủ đọc một khối dữ liệu từ trạm tớ.
MSAC2_ghi: Trạm chủ ghi một khối dữ liệu tới trạm tớ.
MSAC2_vận chuyển dữ liệu: Với dịch vụ này, trạm chủ có thể
ghi dữ liệu một cách không tuần hoàn tới cáo trạm tớ và nếu 
yêu cầu thì cũng có thể đọc dữ liệu từ trạm tớ trong cùng một 
chu trình dịch vụ. 
Profibus - DP
Giao tiếp trực tiếp giữa các trạm tớ
Trao đổi dữ liệu giữa các trạm tớ là một yêu cầu thiết thực đối 
với cấu trúc điều khiển phân tán thực sự sử dụng các thiết bị 
tr−ờng thông minh. Nh− ta đã biết, cơ chế giao tiếp chủ-tớ thuần 
túy làm giảm hiệu suất trao đổi dữ liệu cho trờng hợp này. 
Chính vì thế, phiên bản DP-V2 đã bổ sung một cơ chế trao đổi 
dữ liệu trực tiếp theo kiểu chào hàng đặt hàng giữa các trạm tớ.
Profibus - DP
Một trạm tớ (ví dụ một cảm biến) có thể đóng vai trò là "nhà
xuất bản" hay "nhà cung cấp" dữ liệu. Khối dữ liệu sẽ đ−ợc gửi 
đồng loạt tới tắt cả các trạm tớ (ví dụ một van điều khiển, một 
biến tần) đã đăng ký với vai trò "ng−ời đặt hàng" mà không cắn 
đi qua trạm chủ. Với cơ chế này, không những hiệu suất sử
dụng đ−ờng truyền đ−ợc nâng cao, mà tính năng đáp ứng của 
hệ thống còn đ−ợc cải thiện rõ rệt. 
Profibus - DP
Profibus - DP
Chế độ đẳng thời
Đối với một số ứng dụng nh− điều khiển truyền động điện, điều 
khiển chuyển động, cơ chế giao tiếp theo kiểu hỏi tuần tự hoặc 
giao tiếp trực tiếp tớ-tớ ch−a thể đáp ứng đ−ợc đòi hỏi cao về 
tính năng thời gian thực. Vì vậy, phiên bản DP-V2 bổ sung chế 
độ đẳng thời (isochronous mode), cho phép thực hiện giao tiếp 
theo cơ chế chủ/tớ kết hợp với TDMA. 
Profibus - DP
Nhờ một thông báo điều khiển toàn cục gửi đồng loạt, toàn bộ
các trạm trong mạng đ−ợc đồng bộ hóa thời gian với độ chính 
xác tới micro-giây. Việc giaotiếp đ−ợc thực hiện theo một lịch 
trình đặt tr−ớc, không phụ thuộc vào tải tức thời trên bus. Cơ
chế này cho phép phối hợp hoạt động một cách chặt chẽ và
nhịp nhàng giữa các trạm trên bus. 
Profibus - 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