Truyền thông Profibus là gì?

1. Truyền thông Profibus là gì?

Profibus (Process Field Bus) là một chuẩn cho truyền thông fieldbus trong kỹ thuật tự động hóa và được phát triển lần đầu vào năm 1989 bởi BMBF (phòng giáo dục và nghiên cứu Đức) và sau đó được sử dụng bởi Siemens. 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.

2. Đặc điểm truyền thông Profibus

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.
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.

3. Phân loại truyền thông Profibus

Profibus có 3 kiểu giao thức là: PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, PROFIBUS FMS 

PROFIBUS DP là bus cấp thiết bị hỗ trợ cả tín hiệu tương tự và tín hiệu phân tán. PROFIBUS DP được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay cho các đối tượng như hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần. Profibus DP truyền thông với tốc độ từ 9,6 Kbp -12 Mbp trong phạm vi từ 100-1200m. Nó là PROFIBUS hoạt động trên giao diện RS485 chuẩn và đã được bổ sung một số đặc điểm để phù hợp với các ứng dụng quá trình như đọc/ghi dữ liệu quá trình không theo chu kì, truyền trạng thái thiết bị, cấp nguồn trên bus và an toàn nội tại. 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, 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.

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. Chuẩn này được thiết kế cho những ứng dụng Intrinsically Safe.
PROFIBUS FMS là một bus điều khiển được sử dụng để giao tiếp giữa DCS và các hệ thống PLC.

4. Ưu, nhược điểm của truyển thông Profibus

4.1. Ưu điểm của truyển thông Profibus

- Được sử dụng rộng rãi, hoạt động ổn định, đơn giản, đáng tín cậy dễ mở rộng hệ thống.
- Hỗ trợ mạng tại các cấp độ thiết bị, điều khiển quá trình.
- Sẵn có giao diện cho các ứng dụng variable speed drive và trung tâm điều khiển động cơ (Profibus DP).
- Sử dụng trong môi trường an toàn (Intrinsically Safe) (đối với các thiết bị Profibus PA).
- 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.
- Dù có nhiều ưu điểm song PROFIBUS cũng tồn tại những nhược điểm:

4.2. Nhược điểm của truyển thông Profibus

Profibus DP không hỗ trợ ứng dụng Intrinsically Safe.
Những yêu cầu rằng buộc về hệ thống dây cáp, điện, tiếp đất, bọc và đầu cuối phải được tính đến trong quá trình thiết kế và lắp đặt.

5. Ứng dụng của truyển thông Profibus

Do có rất nhiều ưu điểm nên hiện nay, PROFIBUS được sử dụng rất nhiều trong các hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp, đặc biệt là PROFIBUS DP được sử dụng trong các nhà máy công nghiệp như xi măng, điện, hóa chất, chế biến,...v.v. tại Việt Nam cũng như trên thế giới.
Một số ứng dụng tiêu biểu sử dụng mạng PROFIBUS trên thế giới:
- Nhà máy đóng chai Coca-Cola tại HM Interdrink (Đức)
Yêu cầu của HM Interdrink là cần một dây chuyền sản xuất có năng suất cao, hoạt động tin cậy và hiệu quả về kinh tế. Do vậy họ đã quyết định sử dụng PROFIBUS-DP cho quá trình lưu thông dữ liệu chu kỳ nhanh và PROFIBUS-FMS cho lưu thông dữ liệu không đồng bộ với lượng dữ liệu lớn. Hai giao thức được sử dụng cho 2 mức điều khiển khác nhau trong dây chuyền sản xuất.
- Nhà máy pha chế dầu khí của Shell (Đức)
Deutsche Shell AG quyết định áp dụng một giải pháp tự động hóa tiên tiến dựa trên công nghệ giao tiếp phân tán hiện đại. Phòng điều khiển trung tâm sử dụng phần mềm Total Plant Batch và hệ thống thị giác Honeywell SCAN 3000. Những thiết bị này được nối với Simantic S5 PLC sử dụng Ethernet công nghiệp. Công cụ Commuwin 2 của Endres and Hauser nối trực tiếp với PROFIBUS được sử dụng để cấu hình các bộ truyền tín hiệu E&H. Xét về tổng thể, toàn nhà máy gồm hơn 9000 thiết bị và cảm biến từ 8 nhà sản xuất. Toàn bộ chúng được nối thông với nhau bằng PROFIBUS-DP, PA và AS-Interface.

July 30th, 2020

Người đăng

• 
  Đỗ Hoài Nhân
  

Danh mục