PROFIBUS và m ng truy n thôngạ ề
PROFIBUS là ch vi t t t c a Process Field Bus, là m t tiêu chu n m ng ữ ế ắ ủ ộ ẩ ạ
tr ng đc phát tri n đu tiên t i Đc năm 1987, sau này tr thành tiêu ườ ượ ể ầ ạ ứ ở
chu n c a châu Âu EN 50 170 vào năm 1996 và tr thành tiêu chu n qu c ẩ ủ ở ẩ ố
t IEC 61158 vào đu năm 2000ế ầ .
Ngày nay, càng ngày càng có nhi u nhà s n xu t và ng i s d ng trên toàn th ề ả ấ ườ ử ụ ế
gi i ng d ng tiêu chu n m ng này trong các h th ng t đng hoá. Hi p h i ớ ứ ụ ẩ ạ ệ ố ự ộ ệ ộ
ng i s d ng và phát tri n PROFIBUS có tên g i là PROFIBUS ườ ử ụ ể ọ
Nutzerorganisation (PNO) v i h n 1000 thành viên trên ph m vi toàn th gi i ớ ơ ạ ế ớ
(trong đó có nh ng nhà s n xu t n i ti ng nh ABB, Danfoss, Foxboro, Fisher-ữ ả ấ ổ ế ư
Rosemount, Krone, Vega, Wika, Endress+Hauser, Mishubishi Electric, Siemens,
…). B n đc có th tìm th y m i thông tin chi ti t trên m ng theo đa ạ ọ ể ấ ọ ế ạ ị
ch :ỉ www.profibus.com.
Trong bài vi t này, tác gi s gi i thi u m t s thông tin c b n v PROFIBUS.ế ả ẽ ớ ệ ộ ố ơ ả ề
Bài vi t s không đi sâu vào lý thuy t v nguyên lý ho t đng c a tiêu chu n ế ẽ ế ề ạ ộ ủ ẩ
mà c g ng đ c p đn nh ng đc đi m c b n đ giúp ng i đc có th ố ắ ề ậ ế ữ ặ ể ơ ả ể ườ ọ ể
nhanh chóng n m b t đc các khái ni m c b n và có th áp d ng chúng trong ắ ắ ượ ệ ơ ả ể ụ
vi c xây d ng h th ng t đng hoá dùng PROFIBUS nh m t ph ng th c ệ ự ệ ố ự ộ ư ộ ươ ứ
truy n thông chu n. Đ cho ng i đc nh t là nh ng ng i không có nhi u ề ẩ ể ườ ọ ấ ữ ườ ề
ki n th c v m ng truy n thông d dàng theo dõi, ph n d i đây, tác gi xin ế ứ ề ạ ề ễ ầ ướ ả
đc b t đu t m t s nh ng khái ni m c b n.ượ ắ ầ ừ ộ ố ữ ệ ơ ả
M t s khái ni m c b n v m ng truy n thôngộ ố ệ ơ ả ề ạ ề
+ Truy n thông (communication): Là quá trình trao đi thông tin gi a hai ch thề ổ ữ ủ ể
v i nhau. Ví d , hai PLC trao đi thông tin v i nhau trong m t m ng truy n ớ ụ ổ ớ ộ ạ ề
thông công nghi p.ệ
+ M ng (network): Là m t h th ng bao g m nhi u tr m (station) đc n i v i ạ ộ ệ ố ồ ề ạ ượ ố ớ
nhau đ có th trao đi thông tin. M i m t m ng có th bao g m nhi u phân ể ể ổ ỗ ộ ạ ể ồ ề
m ng (subnet).ạ
+ Gateway: Là thi t b đ ghép n i hai hay nhi u phân m ng có kh năng truy nế ị ể ố ề ạ ả ề
thông khác nhau. Ví d , trong hình d i, tr m PLC S7-400 đóng vai trò m t ụ ướ ạ ộ
gateway ghép n i hai phân m ng (subnet) khác nhau là subnet 1 và subnet 2. Hai ố ạ
phân m ng này có th có đc đi m v t lý gi ng ho c khác nhau (ví d , m t ạ ể ặ ể ậ ố ặ ụ ộ
gateway có th n i m ng Ethernet v i m ng PROFIBUS).ể ố ạ ớ ạ
+ Liên k t (link): Là m t phép gán logic cho phép vi c truy n thông gi a m t ế ộ ệ ề ữ ộ
ch th này v i m t ch th khác đ th c hi n m t d ch v truy n thông.ủ ể ớ ộ ủ ể ể ự ệ ộ ị ụ ề
+ Giao th c (protocol): Là các qui t c, th t c qui đnh cho vi c giao ti p. Đi ứ ắ ủ ụ ị ệ ế ố
v i vi c truy n thông qua m ng, giao th c qui đnh c u trúc c a gói d li u ớ ệ ề ạ ứ ị ấ ủ ữ ệ
đc trao đi, ph ng th c ho t đng, th t c thi t l p truy n thông, b o toàn ượ ổ ươ ứ ạ ộ ủ ụ ế ậ ề ả
d li u và t c đ truy n d li uữ ệ ố ộ ề ữ ệ
C u trúc liên k t c a m ng (Network Topology)ấ ế ủ ạ
Là c u trúc hình h c c a m ng, hay nói cách khác, là cách s p x p, t ch c v ấ ọ ủ ạ ắ ế ổ ứ ề
m t v t lý c a m ng. C u trúc đng gi n nh t là c u trúc ch có 2 nút m ng hayặ ậ ủ ạ ấ ơ ả ấ ấ ỉ ạ
còn g i là liên k t đi m-t i-đi m (point-to-point).ọ ế ể ớ ể
a) C u trúc tuy n (line): (xem hình v ví d ): v i c u trúc này, trong quá trình ấ ế ẽ ụ ớ ấ
ho t đng, trong m t th i đi m ch có m t tr m đc phép truy n tin, các tr m ạ ộ ộ ờ ể ỉ ộ ạ ượ ề ạ
khác ch đc phép nh n.ỉ ượ ậ
b) C u trúc m ch vòng (ring): (xem hình v ):ấ ạ ẽ
c) C u trúc hình sao (star):ấ
d) C u trúc hình cây (tree):ấ
K thu t truy nh p m ng (access technique)ỹ ậ ậ ạ
Trong m t m ng truy n thông có c u trúc nh m t trong nh ng d ng nêu trên, ộ ạ ề ấ ư ộ ữ ạ
t i m i th i đi m ch có m t thông đi p duy nh t đc phép truy n đi, còn s ạ ỗ ờ ể ỉ ộ ệ ấ ượ ề ố
l ng thành viên đc phép nh n thông đi p này thì không h n ch . Vì v y, ượ ượ ậ ệ ạ ế ậ
ng i ta ph i thi t l p nên ph ng pháp phân chia th i gian g i thông tin trên ườ ả ế ậ ươ ờ ử
đng d n c a m ng, hay còn g i là k thu t truy nh p m ng.ườ ẫ ủ ạ ọ ỹ ậ ậ ạ
Theo cách phân lo i trên (đây ch là m t trong nh ng cách phân lo i), k thu t ạ ỉ ộ ữ ạ ỹ ậ
truy nh p m ng có th phân làm hai nhóm chính: t p trung và phân tán. V i k ậ ạ ể ậ ớ ỹ
thu t phân tán, chúng có th là lo i ti n đnh hay ng u nhiên.ậ ể ạ ề ị ẫ
K thu t truy nh p ch /t (Master/Slave) là đi n hình c a k thu t truy c p t p ỹ ậ ậ ủ ớ ể ủ ỹ ậ ậ ậ
trung: Tr m ch đi u khi n toàn b lu ng thông tin trên m ng. Nó g i thông tin ạ ủ ề ể ộ ồ ạ ử
và l nh t i các tr m t và yêu c u các tr m này g i thông tin tr l i. Vi c liên ệ ớ ạ ớ ầ ạ ử ở ạ ệ
l c tr c ti p gi a các tr m t v i nhau nhìn chung là không cho phép.ạ ự ế ữ ạ ớ ớ
Token Passing: Là k thu t ti n đnh và phân tán. M t b c đi n ng n có c u trúc (có đ dài bit c đnh) ỹ ậ ề ị ộ ứ ệ ắ ấ ộ ố ị
đc dùng t ng t nh chìa khoá g i là token. Token s đc chuy n t tr m này t i tr m khác theo ượ ươ ự ư ọ ẽ ượ ể ừ ạ ớ ạ
vòng tròn logic và v i m t lu t l nh t đnh. Trong th i gian m t tr m gi token, nó có quy n đc truy ớ ộ ậ ệ ấ ị ờ ộ ạ ữ ề ượ
nh p m ng và g i thông tin đi. Đng th i nó có nhi m v chuy n token cho tr m ti p theo sau kho ng ậ ạ ử ồ ờ ệ ụ ể ạ ế ả
th i gian qui đnh trên.ờ ị
N u token s d ng trong m ng có c u trúc d ng tuy n (line) thì g i là token bus. N u s d ng trong ế ử ụ ạ ấ ạ ế ọ ế ử ụ
m ng c u trúc hình vòng (ring) thì g i là token ring.ạ ấ ọ
CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access Collision), là k thu t truy c p ng u nhiên. V i k thu t này, ỹ ậ ậ ẫ ớ ỹ ậ
b t k tr m nào đu đc phép truy n tin trong b t k m i th i đi m n u th y không có tr m khác phát. ấ ỳ ạ ề ượ ề ấ ể ọ ờ ể ế ấ ạ
Tuy nhiên, có th x y ra tr ng h p hai hay nhi u tr m cùng phát tín hi u cùng m t lúc, n u xung đt ể ả ườ ợ ề ạ ệ ộ ế ộ
này (collision) x y ra, các tr m đu hu b c đi n c a mình và s g i l i sau m t th i gian ch ng u ả ạ ề ỷ ứ ệ ủ ẽ ử ạ ộ ờ ờ ẫ
nhiên. K thu t này đc qui đnh trong tiêu chu n IEEE802.3 và đc áp d ng b i m ng Ethernet.ỹ ậ ượ ị ẩ ượ ụ ở ạ
PROFIBUS
PROFIBUS là m t chu n m ng tr ng dùng đ truy n d li u c p đi u khi n v i kh năng truy n d ộ ẩ ạ ườ ể ề ữ ệ ở ấ ề ể ớ ả ề ữ
li u c p nh và trung bình. V m t v t lý, nó là m ng dùng dây d n đng xo n có b c kim ho c dùng ệ ở ấ ỏ ề ặ ậ ạ ẫ ồ ắ ọ ặ
dây cáp quang ho c cũng có th là m ng không dây dùng truy n d n b ng h ng ngo i.ặ ể ạ ề ẫ ằ ồ ạ
+ K thu t truy c p m ngỹ ậ ậ ạ
K thu t truy c p: k thu t truy c p c b n c a PROFIBUS là Master/Slave (hình 1)ỹ ậ ậ ỹ ậ ậ ơ ả ủ
Tuy nhiên trong tr ng h p có nhi u Master trong m t m ng, quy n đi u hành s đc luân chuy n l n ườ ợ ề ộ ạ ề ề ẽ ượ ể ầ
l t t tr m Master này sang Master khác nh k thu t Token Passing (xem hình 2). Trong tr ng h p ượ ừ ạ ờ ỹ ậ ườ ợ
này, các tr m ch luân phiên nhau ho t đng và th c s n m quy n đi u khi n các tr m t c a mình ạ ủ ạ ộ ự ự ắ ề ề ể ạ ớ ủ
trong th i gian gi token.ờ ữ
+ Các d ng PROFIBUS chu n (PROFIBUS variants)ạ ẩ
PROFIBUS có 3 d ng chu n là:ạ ẩ
- PROFIBUS DP
- PROFIBUS FMS
- PROFIBUS PA
PROFIBUS DP: Là giao di n chu n đ trao đi d li u gi a các tr m đi u khi n (dùng PLC, DP master) ệ ẩ ể ổ ữ ệ ữ ạ ề ể
và các thi t b hi n tr ng (DP slave). Hình 3 là ví d v m t h th ng m ng dùng PROFIBUS DP. T c ế ị ệ ườ ụ ề ộ ệ ố ạ ố
đ t i đa c a PROFIBUS DP là 12Mbit/giây.ộ ố ủ
PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification): đc s d ng đ trao đi thông tin gi a các b đi u ượ ử ụ ể ổ ữ ộ ề
khi n (PLC) và các máy tính c p đi u khi n. M t trong nh ng u đi m c a FMS là d li u đc ể ở ấ ề ể ộ ữ ư ể ủ ữ ệ ượ
truy n đi có c u trúc không ph thu c vào thi t b mà nó phát đi (d ng trung hoà), sau đó nó đc ề ấ ụ ộ ế ị ạ ượ
chuy n đi thành d ng đc thù c a thi t b ti p nh n nó. Đi u đó có nghĩa là, nó có th “nói chuy n” v i ể ổ ạ ặ ủ ế ị ế ậ ề ể ệ ớ
t t c thi t b hi u đc FMS. Trong ch ng trình c a ng i s d ng, ta có th dùng các ngôn ng ấ ả ế ị ể ượ ươ ủ ườ ử ụ ể ữ
t ng ng nh STL hay C cho các ng d ng ch y trên PC.ươ ứ ư ứ ụ ạ
C PROFIBUS DP và PROFIBUS FMS đu dùng chung m t công ngh truy n d n và k thu t truy c p ả ề ộ ệ ề ẫ ỹ ậ ậ
m ng, vì th chúng có th ho t đng đng th i.ạ ế ể ạ ộ ồ ờ
PROFIBUS PA đc thi t k đ chuyên dùng cho đi u khi n quá trình và cho phép các thi t b đo và ượ ế ế ể ề ể ế ị
các thi t b ch p hành có th n i ghép v i m ng đi u khi n chung th m chí trong đi u ki n môi tr ng ế ị ấ ể ố ớ ạ ề ể ậ ề ệ ườ
nguy hi m. PROFIBUS PA tuân theo tiêu chu n IEC 61158-2 (truy n đng b ), nghĩa là c u hình an toànể ẩ ề ồ ộ ấ
và các thi t b hi n tr ng nh n ngu n nuôi thông qua đng m ng. PROFIBUS-PA có th có c u trúc ế ị ệ ườ ậ ồ ườ ạ ể ấ
hình tuy n, hình cây hay hình sao. S tr m trên m t nhánh m ng ph thu c vào ngu n nuôi, dòng tiêu ế ố ạ ộ ạ ụ ộ ồ
th c a các tr m, d ng cáp đc s d ng và kho ng cách c a chúng. T c đ truy n c a PROFIBUS ụ ủ ạ ạ ượ ử ụ ả ủ ố ộ ề ủ
PA là 31.25 kbit/giây. Nó có th ho t đng v i c u hình có d phòng b ng cách nhân đôi đng m ng. ể ạ ộ ớ ấ ự ằ ườ ạ
M t tuy n PROFIBUS PA có th n i v i tuy n PROFIBUS DP thông qua b chuy n đi DP/PA link (xemộ ế ể ố ớ ế ộ ể ổ
ví d hình 4).ụ
+ M t s thông s c b n c a PROFIBUSộ ố ố ơ ả ủ
Trong b ng B1 là m t s thông s và đc đi m c a chu n m ng PROFIBUS (b ng ti ng Anh):ả ộ ố ố ặ ể ủ ẩ ạ ằ ế
THeo Tu Dong Hoa