Profibus là gì? Tổng quan về giao thức truyền thông Profibus

Profibus là gì?

Profibus (Process Field Bus) là một chuẩn truyền thông fieldbus, được sử dụng trong lĩnh vực 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 các ứng dụng tự động hóa 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 truyền thông đặc biệt.

Đặc điểm của 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.

Phân loại Profibus

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

PROFIBUS DP

PROFIBUS DP là bus cấp thiết bị tương hỗ cả tín hiệu tương tự như và tín hiệu phân tán. PROFIBUS DP được sử dụng thoáng rộng nhất lúc bấy giờ cho những đối tượng người dùng như mạng lưới hệ thống I / O, điều khiển và tinh chỉnh động cơ và biến tần. DP là viết tắt của “ Decentralized Periphery ”. Tên gọi này đề cập đến những liên kết I / O, sử dụng tiếp xúc tiếp nối đuôi nhau vận tốc cao trọn vẹn phi tập trung chuyên sâu để liên kết với bộ tinh chỉnh và điều khiển TT .
Profibus DP tiếp thị quảng cáo với vận tốc từ 9,6 Kbp – 12 Mbp trong khoanh vùng phạm vi từ 100 – 1200 m. Nó là PROFIBUS hoạt động giải trí trên giao diện RS485 chuẩn và đã được bổ trợ một số ít đặc thù để tương thích với những ứng dụng quy trình như đọc / ghi tài liệu quy trình không theo chu kì, truyền trạng thái thiết bị, cấp nguồn trên bus và bảo đảm an toàn nội tại .
PROFIBUS DP được phong cách thiết kế để truyền tài liệu vận tốc cao tại cấp thiết bị. Trong trường hợp này, những bộ tinh chỉnh và điều khiển TT ( PLC, PC ) tiếp xúc với những thiết bị hiện trường phân tán của chúng ( I / O, drive, van … ) qua một link nối tiếp vận tốc cao. Hầu hết quy trình truyền tài liệu với những thiết bị phân tán này được thực thi theo chu kì. Không kém phần quan trọng, mạng DP hoàn toàn có thể có thông số kỹ thuật ProfiSafe và chúng hoàn toàn có thể được sử dụng trong những ứng dụng bảo đảm an toàn SIL3 .

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA là một fieldbus có công dụng tổng lực thường được sử dụng cho thiết bị cấp quy trình. Ban đầu, giao thức PROFIBUS PA được tăng trưởng như một bước tiến của tiếp xúc HART. Nó dành riêng cho những ứng dụng hiện trường, nơi nhu yếu tiếp xúc giữa những dụng cụ đo và mạng lưới hệ thống tinh chỉnh và điều khiển. PROFIBUS PA có cấu trúc mạng vật lý tuân theo IEC-61158-2 và truyền thông online với vận tốc 31,25 Kbp với khoanh vùng phạm vi tối đa 1.900 m / phân đoạn. Chuẩn này được phong cách thiết kế cho những ứng dụng Intrinsically Safe .
Thiết bị PROFIBUS PA không được liên kết trực tiếp với bộ điều khiển và tinh chỉnh. Điều này được thực thi trên mạng PROFIBUS DP nhanh hơn và tiếp cận trải qua bộ ghép nối hoặc link. Bộ ghép nối / link hoạt động giải trí như một giao diện mạng và cung ứng nguồn năng lượng cho bus .
Có thể phong cách thiết kế liên kết bảo đảm an toàn trên mạng PA, có nghĩa là những thiết bị liên kết với chúng hoàn toàn có thể hoạt động giải trí trong những khu vực nguy khốn .
Thông thường, có ít thiết bị hơn trên một bus bảo đảm an toàn của mạng PA khi so sánh với mạng thường thì, nhưng điều này nhờ vào vào 1 số ít yếu tố quyết định hành động số lượng thiết bị tối ưu cho mỗi loại. Ví dụ : dòng tiêu thụ thiết bị, chiều dài bus, loại cáp, v.v.

PROFIBUS FMS

PROFIBUS FMS phân phối cho người dùng nhiều lựa chọn tính năng khi so sánh với những biến thể khác. Đây là giải pháp trong tiêu chuẩn tiếp thị quảng cáo chung hoàn toàn có thể được sử dụng để xử lý những trách nhiệm tiếp thị quảng cáo phức tạp giữa PLC và DCS. Biến thể này tương hỗ tiếp xúc giữa những mạng lưới hệ thống tự động hóa bên cạnh việc trao đổi tài liệu giữa những thiết bị mưu trí, thường được sử dụng ở Lever tinh chỉnh và điều khiển. Gần đây, vì tính năng chính của nó là tiếp xúc ngang hàng, nó đang được sửa chữa thay thế bằng ứng dụng trong Ethernet .

Ưu, nhược điểm của Profibus

Ưu điểm của 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 tuy nhiên PROFIBUS cũng sống sót những điểm yếu kém :

Nhược điểm của 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.

Ứng dụng 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 sản xuất có hiệu suất cao, hoạt động giải trí đáng tin cậy và hiệu suất cao về kinh tế tài chính. Do vậy họ đã quyết định hành động sử dụng PROFIBUS-DP cho quy trình lưu thông tài liệu chu kỳ luân hồi nhanh và PROFIBUS-FMS cho lưu thông tài liệu không đồng nhất với lượng tài liệu lớn. Hai giao thức được sử dụng cho 2 mức điều khiển và tinh chỉnh khác nhau trong dây chuyền sản xuất sản xuất .

Nhà máy pha chế dầu khí của Shell (Đức)

Deutsche Shell AG quyết định hành động vận dụng một giải pháp tự động hóa tiên tiến và phát triển dựa trên công nghệ tiên tiến tiếp xúc phân tán tân tiến. Phòng tinh chỉnh và điều khiển TT sử dụng ứng dụng Total Plant Batch và mạng lưới 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 thông số kỹ thuật những bộ truyền tín hiệu E&H. Xét về tổng thể và toàn diện, toàn xí nghiệp sản xuất gồm hơn 9000 thiết bị và cảm ứng từ 8 nhà phân phối. Toàn bộ chúng được nối thông với nhau bằng PROFIBUS-DP, PA và AS-Interface .

Nhà máy đóng chai rượu Jonny Walker (Scotland)

Nhà máy đóng chai rượu Jonny Walker được công ty Scomagg nâng cấp thiết bị dựa trên nền PROFIBUS giúp điều khiển và tinh chỉnh nhà máy sản xuất lọc thô. Trong xí nghiệp sản xuất này, hỗn hợp rượu uýt-ki được luân chuyển bằng đường ống tới bể chứa pha màu. Tại đây, nó được làm lạnh, lọc và đun nóng. Cuối cùng hỗn hợp được chuyển tới 40 bể chứa đóng chai khác đặt cách đây 500 m. Những I / O truyền thống cuội nguồn gồm 18 cảm ứng nhiệt độ, 18 van tinh chỉnh và điều khiển nhiệt độ, 6 bộ chuyển mạch áp suất, 7 lưu lượng kế, 7 van điều khiển và tinh chỉnh lưu lượng và 1 bộ đếm xung. Còn mạng PROFIBUS nối được 62 bể chứa, trong đó gồm 292 van tinh chỉnh và điều khiển, 19 thước đo mức, 102 bộ chuyển mạch mức, 4 bộ chuyển mạch áp suất, 6 SIL, 15 MCC I / F, 22 nút và 44 đèn. Tổng diện tích nối mạng gần 1 km và vận tốc truyền tài liệu là 500 kB / s. Toàn mạng có 72 nút trong 5 đoạn PROFIBUS gồm có 900 nguồn vào và 500 đầu ra .

Nhà máy sản xuất kem Tai Chang Wall (Trung Quốc)

Ban chỉ huy xí nghiệp sản xuất đã quyết định hành động sử dụng SIMATIC PCS làm hệ tinh chỉnh và điều khiển TT. Nhằm tiết kiệm chi phí sức lực lao động lắp ráp và thời hạn đưa xí nghiệp sản xuất mới vào hoạt động giải trí, PROFIBUS được sử dụng để nối thông những thiết bị hiện trường với hệ điều khiển và tinh chỉnh TT. Toàn bộ chuyền sản xuất do 2 nhân viên cấp dưới ngồi trong phòng tinh chỉnh và điều khiển TT giám sát và quản lý và vận hành. Hai PLC TI505 làm trách nhiệm tinh chỉnh và điều khiển thời hạn thực hàng loạt chuyền sản xuất. Ngoài ra, hai PLC này còn làm tính năng như trạm chủ của PROFIBUS-DP Fieldbus và thực thi trách nhiệm liên lạc chính gồm có thông số kỹ thuật, giám sát và điều khiển và tinh chỉnh. PFOFIBUS truyền tải hàng loạt thông tin từ thiết bị hiện trường đặt phân tán tại nhiều điềm trong xí nghiệp sản xuất tới bộ điều khiển và tinh chỉnh TT. Nhiều đường ống và van được sử dụng để trộn những loại nguyên vật liệu làm kem. Van được tinh chỉnh và điều khiển bằng những môđun tinh chỉnh và điều khiển van ngay tại sàn máy ( những môđun này của Festo ). Những môđun tinh chỉnh và điều khiển này có tương hỗ giao thức PROFIBUS-DP và được nối với những bus PROFIBUS-DP như những trạm tớ. Thông qua PROFIBUS-DP, bộ tinh chỉnh và điều khiển TT hoàn toàn có thể tinh chỉnh và điều khiển và giám sát trực tiếp hàng loạt van .

Sự khác biệt giữa PROFIBUS và PROFINET

Khi chúng ta nói về PROFIBUS, chúng ta đang nói về một giao thức truyền thông kỹ thuật số truyền thống và nổi tiếng đã được triển khai trong các ngành và ứng dụng khác nhau. Giao thức này dựa trên giao tiếp nối tiếp và đã mang lại rất nhiều lợi ích cho ngành.

PROFINET là một giao thức dựa trên Ethernet công nghiệp. PROFINET tương hỗ tiếp xúc nhanh hơn và cũng có nhiều băng thông hơn. Điều này có nghĩa là một thông điệp được trao đổi trên mạng PROFINET hoàn toàn có thể chứa nhiều thông tin hơn một thông điệp trên PROFIBUS .

	PROFIBUS	PROFINET
Tổ chức	PI
Application profiles	Giống nhau
concepts	Engineering, GSDs
Lớp vật lý	RS-485	Ethernet
Tốc độ	12 Mbit/s	1 Gbit/s hoặc 100 Mbit/s
Thông điệp	244 bytes	1440 bytes (cyclic)^
Address space	126	unlimited
Technology	Master/slave	Provider/consumer
Connectivity	PA + other*	Many buses
Wireless	Possible*	IEEE 802.11, 15.1
motion	32 axes	>150 axes
Machine-to-machine	No	Yes
Vertical integration	No	Yes
^ with multiple telegrams: lên tới 2^32-65 (acyclic)
* không có thông số kỹ thuật, nhưng có sẵn các giải pháp

Với những thông tin được cung cấp ở trên về FROFIBUS, MESIDAS hy vọng rằng nó có thể giúp ích được cho các bạn. Xin cảm ơn!

Tham khảo thêm tại : www.profibus.com