Công nghiệp -Tự Động Hóa

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

Profibus là gì?

Profibus là gì. Profibus(Process Field Bus) là một chuẩn truyền thông fieldbus, được sử dụng trong ngành 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 những ứng dụng tự động hóa công nghiệptự động hóa tòa nhà, những mạng trường tiếp nối (serial fieldbus) có thể hoạt động như hệ thống truyền thông, trao đổi thông tin giữa những máy móc tự động hóa và những thiết bị hiện trường phân tán. Chuẩn này cũng cho phép những thiết bị của nhiều nhà sản xuất 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 tínhPLC. 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 sử dụng bộ lặp (repeater) là 200m và nếu như sử dụng bộ lặp khoảng cách tối đa có thể đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu như không có bộ lặp là 32 và là 127 nếu như có bộ lặp.

Profibus sử dụng phương tiện truyền tin xoắn đôi và RS485 chuẩn công nghiệp trong những 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 là gì

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

PROFIBUS DP

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 ngày nay cho những đối tượng như hệ thống I/O, điều khiển động cơ và biến tần. DP là viết tắt của “Decentralized Periphery”. Tên gọi này đề cập tới những kết nối I/O, sử dụng giao tiếp tiếp nối tốc độ cao hoàn toàn phi tập trung để kết nối với bộ điều khiển trung tâm.

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 thích hợp với những 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. trường hợp này, những bộ điều khiển trung tâm (PLC, PC) giao tiếp với những thiết bị hiện trường phân tán của chúng (I/O, drive, van…) qua một liên kết tiếp nối tốc độ cao. Hầu hết quá trình truyền dữ liệu với những thiết bị phân tán này được thực hiện theo chu kì. Không kém phần quan trọng, mạng DP có thể có cấu hình ProfiSafe và chúng có thể được sử dụng trong những ứng dụng an toàn SIL3.

Xem thêm:VNC là gì ? Tổng quan về Virtual Network Computing

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA là một fieldbus có chức năng toàn diện thường được sử dụng cho thiết bị cấp quá trình. Ban đầu, giao thức PROFIBUS PA được phát triển như một bước tiến của giao tiếp HART. Nó dành riêng cho những ứng dụng hiện trường, nơi yêu cầu giao tiếp giữa những dụng cụ đo và hệ thống điều khiển. PROFIBUS PA có cấu trúc mạng vật lý tuân theo IEC-61158-2 và 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.

Thiết bị PROFIBUS PA không được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển. Điều này được thực hiện trên mạng PROFIBUS DP nhanh hơn và tiếp cận thông qua bộ ghép nối hoặc liên kết. Bộ ghép nối/liên kết hoạt động như một giao diện mạng và cung ứng năng lượng cho bus.

Có thể thiết kế kết nối an toàn trên mạng PA, tức là những thiết bị kết nối với chúng có thể hoạt động trong những khu vực nguy hiểm.

Thông thường, có ít thiết bị hơn trên một bus an toàn của mạng PA khi so sánh với mạng thông thường, nhưng điều này phụ thuộc vào một số yếu tố quyết định 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 cung ứng cho người sử dụng nhiều lựa lựa chọn chức năng khi so sánh với những biến thể khác. Đây là giải pháp trong tiêu chuẩn truyền thông chung có thể được sử dụng để khắc phục những nhiệm vụ truyền thông phức tạp giữa PLC và DCS. Biến thể này hỗ trợ giao tiếp giữa những máy móc tự động hóa kế bên việc trao đổi dữ liệu giữa những thiết bị thông minh, thường được sử dụng ở cấp độ điều khiển. sắp đây nhất, vì chức năng chính của nó là giao tiếp ngang hàng, nó đang được 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 thuần, đáng tín cậy dễ mở rộng hệ thống.
  • Hỗ trợ mạng tại những cấp độ thiết bị, điều khiển quá trình.
  • Sẵn có giao diện cho những 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 những thiết bị Profibus PA).
  • những 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 những hệ thống máy tính.
  • Thiết bị gateway hỗ trợ trực tiếp những mạng bus sensor kinh phí thấp hơn, đặc biệt là AS-Interface.

Dù có rất nhiều ưu điểm song PROFIBUS cũng tồn tại những nhược điểm:

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 đuôi phải được tính tới trong quá trình thiết kế và lắp đặt.

Ứng dụng Profibus

Do có rất nhiều ưu điểm nên ngày nay, PROFIBUS được sử dụng rất nhiều trong những hệ thống điều khiển tự động trong công nghiệp, đặc biệt là PROFIBUS DP được sử dụng trong những nhà máy công nghiệp như xi măng, điện, hóa chất, chế biến,…v.v. tại Việt Nam cũng như trên toàn cầu.

Một số ứng dụng tiêu biểu sử dụng mạng PROFIBUS trên toàn cầu:

Nhà máy đóng chai Coca-Cola tại HM Interdrink (Đức)

Nhà máy đóng chai Coca-Cola

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)

Nhà máy pha chế dầu khí

Deutsche Shell AG quyết định vận 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. phương tiện Commuwin 2 của Endres and Hauser nối trực tiếp với PROFIBUS được sử dụng để cấu hình những 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.

Nhà máy đóng chai rượu Jonny Walker (Scotland)

Nhà máy đóng chai rượu

Nhà máy đóng chai rượu Jonny Walker được đơn vị Scomagg nâng cấp thiết bị dựa trên nền PROFIBUS giúp điều khiển nhà máy lọc thô. Trong nhà máy này, hỗn hợp rượu uýt-ki được vận 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 500m. Những I/O truyền thống gồm 18 cảm biến nhiệt độ, 18 van điều khiển nhiệt độ, 6 bộ chuyển mạch áp suất, 7 lưu lượng kế, 7 van điều khiển lưu lượng và 1 bộ đếm xung. Còn mạng PROFIBUS nối được 62 bể chứa, trong đó gồm 292 van 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 sắp 1 km và tốc độ truyền dữ liệu là 500 kB/s. Toàn mạng có 72 nút trong 5 đoạn PROFIBUS gồm có 900 đầu vào và 500 đầu ra.

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

Nhà máy sản xuất kem

Ban lãnh đạo nhà máy đã quyết định sử dụng SIMATIC PCS làm hệ điều khiển trung tâm. Nhằm tiết kiệm công sức lắp đặt và thời gian đưa nhà máy mới vào hoạt động, PROFIBUS được sử dụng để nối thông những thiết bị hiện trường với hệ điều khiển trung tâm. Toàn bộ chuyền sản xuất do 2 nhân viên ngồi trong phòng điều khiển trung tâm giám sát và vận hành. Hai PLC TI505 làm nhiệm vụ điều khiển thời gian thực toàn bộ chuyền sản xuất. Ngoài ra, hai PLC này còn làm chức năng như trạm chủ của PROFIBUS-DP Fieldbus và thực thi nhiệm vụ liên lạc chính bao gồm cấu hình, giám sát và điều khiển. PFOFIBUS truyền tải toàn bộ thông tin từ thiết bị hiện trường đặt phân tán tại nhiều điềm trong nhà máy tới bộ điều khiển trung tâm. Nhiều đường ống và van được sử dụng để trộn những loại nguyên liệu làm kem. Van được điều khiển bằng những môđun điều khiển van ngay tại sàn máy (những môđun này của Festo). Những môđun điều khiển này có hỗ trợ giao thức PROFIBUS-DP và được nối với những bus PROFIBUS-DP như những trạm tớ. Thông qua PROFIBUS-DP, bộ điều khiển trung tâm có thể điều khiển và giám sát trực tiếp toàn bộ van.

Sự khác biệt giữa PROFIBUS và PROFINET

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 những ngành và ứng dụng khác nhau. Giao thức này dựa trên giao tiếp tiếp nối và đã mang lại rất nhiều lợi ích cho ngành.

PROFINET là một giao thức dựa trên Ethernet công nghiệp. PROFINET hỗ trợ giao tiếp nhanh hơn và cũng có rất nhiều băng thông hơn. Điều này tức là một thông điệp được trao đổi trên mạng PROFINET 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 những giải pháp

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

Tham khảo thêm tại: www.profibus.com

Related Posts

EtherNet/IP là gì? Cùng tìm hiểu về giao thức EtherNet/IP

EtherNet/IP là gì? Ethernet/IP thực chất là bao gồm: EtherNet và IP (Industrial Protocol). Không giống như nhiều giải pháp Ethernet công nghiệp khác, Ethernet/IP sử dụng giao thức mở sẵn có, đã được chấp thuận rộng rãi như CIP....

SQL là gì? Tìm hiểu tổng quan về “Structured Query Language”

STTnghi vấnCâu trả lời1SQL là gì?SQL là viết tắt của Structured Query Language – tiếng nói truy vấn mang tính cấu trúc. Nó được thiết kế để quản lý dữ liệu trong một hệ thống quản lý cơ sở dữ...

IEC 61850 là gì? Tìm hiểu tổng quan về giao thức IEC 61850

Giao thức IEC 61850là gì? giao thức IEC 61850 là tiêu chuẩn quốc tế mới dựa trên Ethernet và đã trở thành tiêu chuẩn truyền thông trong những cơ sở phát điện và trạm biến áp. Mục tiêu của tiêu...

Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, phân loại, ưu nhược điểm PLC

Cấu tạo của PLC PLC được cấu thành bởi phần cứng và phần mềm, chúng tương tác với nhau để tạo thành hệ thống PLC hoàn chỉnh. Cấu tạo của PLC dựa trên những nguyên tắc được sử dụng tương...

Sensor là gì? Tổng quan về những loại cảm biến thông dụng

Sensor là gì? Sensor là gì(hay cảm biến) là một thiết bị cảm nhận, phát hiện và phản hồi với một số loạt đầu vào từ môi trường vật lý. Một đầu vào cụ thể có thể là ánh sáng,...

LAN, MAN, WAN là gì? Tổng quan về mạng LAN, MAN và WAN

LAN – Local Area Network (Mạng cục bộ) LAN – Local Area Network LAN là viết tắt của cụm từ tiếng anh “Local Area Network” có thể dịch là mạng cục bộ hay mạng nội bộ. Mạng LAN thường được...

CAN, CANbus là gì? Chi tiết về CAN (Controller Area Network)

CANbus là gì? CAN được phát triển lần trước tiên bởi Robert Bosch GmbH, Đức vào năm 1986 khi họ được Mercedes yêu cầu phát triển một hệ thống liên lạc giữa ba ECU (bộ điều khiển điện tử) trên...

Gateway là gì? Tổng quan về bộ chuyển đổi giao thức Gateway

Bộ chuyển đổi giao thức Gateway là gì? Gateway là một nút mạng được sử dụng trong viễn thông nhằm kết nối hai mạng có giao thức truyền thông khác nhau có thể giao tiếp được với nhau. Gateway có...

Chứng thực, chứng mục tiêu chuẩn cho thiết bị và máy móc

chứng thực là hoạt động đánh giá, xác định đối tượng sao cho thích hợp với quy chuẩn kỹ thuật tương ứng, nhằm bảo vệ người sử dụng, đảm bảo thiết bị, máy móc phải được vận hành một những...

Hệ thống nhúng là gì? Tìm hiểu tổng quan Embedded System

Hệ thống nhúng là gì? Hệ thống nhúng là  Hệ thống là một sự sắp xếp mà trong đó tất cả những thành phần của nó hoạt động theo những quy tắc được xác định cụ thể. Đó là phương...

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *