Mục lục
LỜI NĨI ĐẦU............................................................................................................................................2
Chương 1:....................................................................................................................................................3
TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS...................................................................................................................3
1.Cơng nghệ Profibus...............................................................................................................................3
2.Phân loại...............................................................................................................................................4
3.Kiến trúc giao thức...............................................................................................................................5
4.Kỹ thuật truyền.....................................................................................................................................6
5.Truy nhập bus.......................................................................................................................................9
6.Dịch vụ truyền dữ liệu........................................................................................................................10
7.Cấu trúc bức điện...............................................................................................................................11
Chương 2:..................................................................................................................................................16
PROFIBUS - PA.......................................................................................................................................16
2.1. Giới thiệu về Profibus – PA.............................................................................................................16
2.2. kiến trúc giao thức..........................................................................................................................17
2.3. Cơ chế giao tiếp (lớp 2)...................................................................................................................20
Chương 3:..................................................................................................................................................24
CẤU TRÚC KHUNG TIN........................................................................................................................24
1.Cấu trúc bức điện của profibus...........................................................................................................24
2.Cấu trúc khung tin của profibus PA.....................................................................................................25
CHƯƠNG 4:.............................................................................................................................................29
ỨNG DỤNG CỦA PROFIBUS PA TRONG THỰC TIỄN......................................................................29
1.Profibus PA profile 3.02......................................................................................................................29
2.Thực hiện việc chuyển đổi giữa PROFIBUS DP và PROFIBUS PA.........................................................32
3.Ví dụ ứng dụng thực tiễn...................................................................................................................35
Kết luận:....................................................................................................................................................37

SVTH: NHĨM 2

1

GVHD: HỒNG QUỐC XUYÊN


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đã góp phần khơng nhỏ vào trong
cơng cuộc xây dựng đất nước. Đặc biệt là với sự phát triển khơng ngừng của lĩnh
vực tự động hóa hiện nay đã giúp việc sản xuất kinh tế rất lớn. Nó đã góp phần vào
việc sản xuất một cách tự động để có thể đạt được năng suất cũng như chất lượng
cao hơn. Trong tự động hóa khơng thể khơng kể đến việc ứng dụng mạng truyền
thông công nghiệp đặc biệt là việc ứng dụng công nghệ profibus vào lĩnh vực
truyền thông. Việc sử dụng truyền thông profibus đã nâng tự động hóa lên một tầm
cao hơn và hứa hẹn đầy triển vọng trong tương lai. Trong đề tài này chúng em tìm
hiểu và nghiên cứu về truyền thơng profibus PA. là một trong 3 giao thức của
PROFIBUS.

SVTH: NHÓM 2

2

GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN


Chương 1:
TỔNG QUAN VỀ PROFIBUS
1.Công nghệ Profibus
PROFIBUS (Process Filed Bus) được một nhóm các nhà cung cấp tự
động hóa nhà máy thành lập năm 1989 tại Đức. Ban đầu, giao thức này
được phát triển cho sản xuất phân tán, sau đó nó dần mở rộng sang tự
động hóa q trình và các ứng dụng trên toàn doanh nghiệp, được hỗ trợ
bởi PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO), từ năm 1995 nằm trong

PROFIBUS International (PI) với hơn 1100 thành viên trên toàn thế giới.
Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở quốc tế theo chuẩn mạng
trường châu Âu EN 50170 và EN 50254. Trong sản xuất, các ứng dụng
tự động hóa q trình cơng nghiệp và tự động hóa tịa 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.
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.
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 khơng theo
chu kì, tốc độ truyền tối đa lên tới 500kbit/s (trong một số ứng dụng có
SVTH: NHĨM 2

3

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


thể lên tới 1,5Mbp hay 12Mbp). Khoảng cách bus tối đa không dùng bộ
lặp (repeater) là 200m và nếu dung bộ lặp thì khoảng cách tối đa có thể
đạt được là 800m. Số điểm (node) tối đa nếu khơng có bộ lặp là 32 và là
127 nếu có bộ lặp.
2.Phân loại
PROFIBUS bao gồm 3 loại giao thức là PROFIBUS-FMS (multimaster/peer-to-peer), PROFIBUS-DP (master/slave), PROFIBUS-PA

(intrinsically safe), trong đó hai kiểu giao thức DP và PA đóng vai trị
quan trọng đối với tự động hóa q trình.
- PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) là giao thức
nguyên bản của PROFIBUS, được dùng chủ yếu cho việc giao tiếp
giữa các máy tính điều khiển và điều khiển giám sát.
- PROFIBUS-DP (Decentral Peripheral) được xây dựng tối ưu cho việc
kết nối các thiết bị vào ra phân tán và các thiết bị trường với các máy
tính điều khiển
- PROFIBUS-PA (Process Automation) là kiểu đặc biệt được sử dụng
ghép nối trực tiếp các thiết bị trường trong các lĩnh vực tự động hóa
các q trình có mơi trường dễ cháy nổ, đặc biệt trong công nghiệp
chế biến. Thực chất PROFIBUS-PA chính là sự mở rộng của
PROFIBUS-DP xuống cấp trường cho lĩnh vực cơng nghệ chế biến.

Ứng
dụng
Tiêu
chuẩn

PROFIBUSFMS
Cấp
điều
khiển
q
trình

PROFIBUSDP

PROFIBUSPA


Cấp trường

Cấp trường

EN 50 170

EN 50 170

IEC 1158-2

PLC, PG/PC,
các thiết bị
trường logic
và tương tự,
các van, Ops
1 – 5 ms

Các thiết bị
trường giành
cho các khu
vực có nguy
cơ cháy nổ
< 60 ms

Thiết
bị kết
nối

PLC, PG/PC,
các thiết bị

trường

Thời
gian

< 60 ms

SVTH: NHĨM 2

4

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


đáp
ứng
Kích
cỡ
mạng
Tốc
độ
truyền

<= 100 km

<= 100 km

Tối đa 1.9 km

9.6 kbit/s –

12Mbit/s

9.6 kbit/s – 12
Mbit/s

31.25kbit/s

3.Kiến trúc giao thức
PROFIBUS chỉ thực hiện các lớp 1, 2, 7 theo mơ hình quy chiếu OSI.
Tuy nhiên PROFIBUS DP và PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc
trao đổi dữ liệu q trình giữa cấp điều khiển và cấp chấp hành. Một số
chức năng còn thiếu được bổ sung qua lớp giao diện sử dụng nằm trên
lớp 7. Bên cạnh các hàm dịch vụ DP cơ sở và mở rộng được quy đinh tại
lớp giao diện sử dụng, hiệp hội PI còn đưa ra một số quy định chuyên
biệt về đặc tính và chức năng đặc thù của thiết bị cho một số ứng dụng
tiêu biểu. Các đặc tả này nhằm mục đích tạo khả năng tương tác và thay
thế lẫn nhau của thiết bị từ nhiều nhà sản xuất. Cả 3 giao thức FMS, PD,
PA đều có chung lớp liên kết dữ liệu.
PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
DPPA-Profiles
Profiles
Giao diện
FMS
sử dụng
Profiles
Các chức năng DP mở rộng
Các chức năng DP cơ sở
Field
Lớp 7
message

Specification
Không thể hiện
Lớp 3 – 6
Lớp 2
Lớp 1

SVTH: NHÓM 2

Fieldbus Data Link (FDL)
RS-485 / RS-485IS / Cáp
quang

5

MBP(IEC 11582)

GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN


- Lớp ứng dụng của FMS bao gồm hai lớp con là FMS (Field Message
Specification) và LLI (Lower layer Interface). Lớp FMS đảm nhận
việc xử lí giao thức sử dụng và cung cấp các nhiệm vụ truyền thông,
trong khi LLI có vai trị trung gian cho FMS kết nối với lớp 2 mà
không phụ thuộc vào các thiết bị riêng biệt. Lớp LLI cịn có các
nhiệm vụ bình thường thuộc các lớp 3, 6, ví dụ: tạo và ngắt nối, kiểm
sốt lưu thơng.
- Lớp vật lí (lớp 1) của PROFIBUS quy đinh về kỹ thuật truyền dẫn tín
hiệu, mơi trường truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học.
Các kỹ thuật truyền dẫn, cấu trúc mạng và các giao diện cơ học. Các
kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng ở đây là RS-485, RS-485-IS và cáp

quang (đối với DP và FMS) cũng như MBP (đối với PA). RS-485-IS
(IS: Intrinsically Safe) được phát triển trên cơ sở RS-485 để có thể sử
dụng trong mơi trường địi hỏi an tồn cháy nổ.
- Lớp liên kết dữ liệu (lớp 2) ở PROFIBUS được gọi là FDL (Field
Data Link), có chức năng kiểm soát truy nhập Bus, cung cấp các dịch
vụ cơ bản (cấp thấp) cho việc trao đổi dữ liệu một cách tin cậy, không
phụ thuộc vào phương pháp truyền dẫn ở lớp vật lý.
4.Kỹ thuật truyền
- Truyền dẫn với RS-485
Các đặc tính điện học như sau:







Tốc độ truyền thơng từ 9.6 kbit/s đến 12 Mbit/s.
Cấu trúc đường thẳng kiểu trunk-line/drop-line hoặc daisy-chain, nếu
tốc độ truyền đòi hỏi từ 1.5 Mbit/s trở lên thì sử dụng cấu trúc daisychain.
Cáp truyền được sử dụng là đơi dây xoắn có bảo vệ (STP).
Trở kết thúc có dạng tin cậy (fail-safe blasing) với các điện trở lần
lượt là 390Ω-220 Ω-390 Ω.
Chiều dài tối đa của một đoạn mạng từ 100 đến 1200m, phụ thuộc
vào tốc độ truyền được lựa chọn được tóm tắt trong bảng:

SVTH: NHĨM 2

6


GVHD: HỒNG QUỐC XUN


Tốc
độ
(kbit/s
)
Chiều
dài
(m)

9.6/19.
2/45.45
/93.75

187.5

500

1500

3000/600
0/12000

1200

1000

400


200

100

 Số lượng tối đa các trạm trong mỗi đoạn mạng là 32. Có thể
dùng tối đa 9 bộ lặp. Tổng số trạm tối đa trong một mạng là
126
 Chế độ truyền tải không đồng bộ và hai chiều đồng thời.
 Phương pháp mã hóa NRZ.
Các giao diện cơ học cho các bộ nối, loại D-sub 9 chân được sử dụng
phổ biến nhất với cấp bảo vệ IP20. Trong trường hợp yêu cầu cấp bảo vệ
IP65/67, có thể sử dụng một trong các loại sau đây:
 Bộ nối tròn M12 theo tiêu chuẩn IEC 947-5-2
 Bộ nối Han-Brid theo khuyến cáo của DESINA
 Bộ nối kiểu lai của Siemens
- Truyền dẫn với RS-485IS
Có thể nói RS-485IS là sự phát triển về mặt an toàn cháy nổ của RS485. Một trong những ưu điểm của RS-485 là cho phép truyền tốc độ
cao, vì thế nó được phát triển để có thể phù hợp với mơi trường địi hỏi
an tồn cháy nổ. Với RS-485IS (IS: Intrinsically Safe), tổ chức PNO đã
đưa ra các chỉ dẫn và các quy định ngặt nghèo về mức điện áp và mức
dòng tiêu thụ của các thiết bị làm cơ sở cho các nhà cung cấp. Khác với
mơ hình FISCO chỉ cho phép một nguồn tích cực an toàn riêng, ở đây
mỗi trạm đều là một nguồn tích cực. Khi ghép nối tất cả các nguồn tích
cực, dịng tổng cộng của tất cả các trạm khơng được phép vượt quá giá
trị tối đa cho phép. Các thử nghiệm cho thấy cũng có thể ghép nối tối đa
32 trạm trong một đoạn mạng RS-485IS.
- Truyền dẫn với cáp quang

SVTH: NHĨM 2


7

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


Cáp quang thích hợp đặc biệt trong các lĩnh vực ứng dụng có mơi
trường làm việc nhiễu mạnh hoặc địi hỏi phạm vi phủ mạng lớn. Các
loại cáp quang có thể sử dụng ở đây:
 Sợi thủy tinh đa chế độ với khoảng cách truyền tối đa 2-3km và
sợi thủy tinh đơn chế độ với khoảng cách truyền có thể trên
15km.
 Sợi chất dẻo với chiều dài tối đa 80m và sợi HCS với chiều dài
tối đa 500m.
Do đặc điểm liên kết điểm-điểm ở cáp quang, cấu trúc mạng chỉ có
thể là hình sao hoặc mạch vịng. Trong thực tế, cáp quang thường được
sử dụng hỗn hợp với RS-485 nên cấu trúc mạng phức tạp hơn.
- Truyền dẫn với MBP
Kỹ thuật truyền dẫn MBP thông thường được sử dụng cho một đoạn
mạng an toàn riêng (thiết bị trường trong khu vực dễ cháy nổ), được
ghép nối với đoạn RS-485 qua các bộ nối đoạn (segment coupler) hoặc
các liên kết (link), có sự hạn chế tốc độ truyền bên đoạn RS-485. Bên
cạnh đó, MBP sử dụng phương pháp mã hóa bit Manchester rất bền
vững với nhiễu nên cho phép sử dụng mức tín hiệu thấp hơn nhiều so
với RS-485, đồng thời cho phép các thiết bị tham gia bus được cũng
cấp nguồn với cùng đường dẫn tín hiệu.
Với MBP, các cấu trúc mạng có thể sử dụng là đường thẳng (trunkline/drop-line), hình sao hoặc cây. Cáp truyền thơng dụng là đơi dây
xoắn STP với trở đầu cuối dạng RC (100Ω và 2µF). Số lượng trạm tối
đa trong một đoạn là 32, tuy nhiên số lương thực tế phụ thuộc vào công
suất bộ nạp nguồn bus. Trong khu vực nguy hiểm, công suất bộ nạp
nguồn bị hạn chế, vì thế số lượng thiết bị trường có thể ghép nối tối đa

thơng thường là 8 – 10. Số lượng bộ lặp tối đa là 4. Với chiều dài tối đa
một đoạn mạng là 1900m, tổng chiều dài của mạng sử dụng kỹ thuật
MBP có thể lên tới 9500m.

SVTH: NHĨM 2

8

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


5.Truy nhập bus
PROFIBUS phân biệt hai loại thiết bị chính là trạm chủ (Master) và
trạm tớ (Slave). Các trạm chủ có khả năng kiểm sốt truyền thơng trên
bus. Một trạm chủ có thể gửi thơng tin khi nó giữ quyền truy nhập bus.
Các trạm tớ chỉ được truy nhập bus khi có yêu cầu của trạm chủ. Một
trạm tớ phải thực hiện ít dịch vụ hơn, tức xử lí giao thức đơn giản hơn
so với các trạm chủ.
Hai phương pháp truy nhập bus có thể áp dụng độc lập hay kết hợp là
Token-passing và Master/Slave. Nếu áp dụng độc lập, Token-passing
thích hợp với các mạng FMS dùng ghép nối các thiết bị điều khiển và
máy tính giám sát đẳng quyền, trong khi Master/Slave thích hợp với
việc trao đổi dữ liệu giữa một thiết bị điều khiển với các thieté bị
trường cấp dưới sử dụng mạng DP hoặc PA. Khi sử dụng kết hợp nhiều
trạm chủ có thể tham gia giữ Token. Một trạm chủ giữ Token sẽ đóng
vai trị là chủ để kiểm soát giao tiếp với các trạm tớ nó quản lí, hoặc có
thể tự do giao tiếp các trạm chủ khác trong mạng.

Cấu hình Multi-Master trong PROFIBUS


SVTH: NHĨM 2

9

GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN


Trên đây là cấu hình truy nhập bus kết hợp giữa Token-passing và
Master/Slave hay còn được gọi là Multi-Master. Thời gian vòng lặp tối
đa để một trạm chủ lại nhận được Token có thể chỉnh được bằng tham
số. Khoảng thời gian này chính là cơ sở cho việc tính tốn chu kỳ thời
gian của cả hệ thống.
6.Dịch vụ truyền dữ liệu
Các dịch vụ truyền dữ liệu thuộc lớp 2 trong mơ hình OSI, hay cịn
gọi là lớp FDL (Fieldbus Data Link), chung cho cả FMS, DP và PA.
PROFIBUS chuẩn hóa bốn dịch vụ trao đổi dữ liệu, trong đó có 3 kiểu
thuộc phạm trù dịch vụ khơng tuần hồn và một thuộc phạm trù tuần
hồn
Dịch vụ khơng tuần hồn
(Truyền thơng báo)
Gửi dữ liệu khơng xác nhận
(SDN) (broadcast)

Dịch vụ tuần hồn
Gửi và yêu cầu dữ liệu tuần hoàn
(CSRD)

Gửi dữ liệu với xác nhận
(SDA)


Gửi và yêu cầu dữ liệu (SRD)

SVTH: NHÓM 2

10

GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN


Các dịch vụ truyền dữ liệu PROFIBUS
- SDN (Send Data with No Acknowledge): Gửi dữ liệu không xác
nhận, được dùng chủ yếu cho việc gửi đồng loạt (broadcast) hoặc gửi
tới nhiều đích (multicast). Một trạm chủ có thể gửi một bức điện đồng
loạt tới tất cả hoặc tới một số trạm chủ khác mà khơng cần cũng như
khơng thể địi xác nhận.
- SDA (Send Data with Acknowledge): Gửi dữ liệu với xác nhận, phục
vụ trao đổi dữ liệu giữa hai đối tác khơng tuần hồn cần có xác nhận,
được dùng để trao đổi dữ liệu không gấp lắm giữa trạm chủ và tớ do.
- SRD (Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu dữ liệu,
phục vụ trao đổi dữ liệu giữa hai đối tác khơng tuần hồn cần có xác
nhận và gửi kết quả đáp ứng trở lại, được dùng để trao đổi dữ liệu
không gấp lắm giữa trạm chủ và tớ.
- CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply): Gửi và yêu cầu
dữ liệu tuần hoàn, đây là một dịch vụ trao đổi dữ liệu tuần hoàn duy
nhất được quy định với mục đích hỗ trợ việc trao đổi dữ liệu quá trình
ở cấp chấp hành, giữa các module vào/ra phân tán, các thiết bị cảm
biến và cơ cấu chấp hành với máy tính điều khiển. Chỉ cần một lần
yêu cầu duy nhất từ một lớp trên xuống, sau đó các đối tác logic
thuộc lớp 2 tự động thực hiện tuần hoàn theo chu kỳ đặt trước. Một
trạm chủ sẽ có trách nhiệm hỏi tuần tự các trạm tớ và yêu cầu trao đổi

dữ liệu theo một trình tự nhất định, gọi là phương pháp polling. Do
đó, dữ liệu trao đổi ln có sẵn tại lớp 2, tạo điều kiện cho các
chương trình ứng dụng trao đổi dữ liệu dưới cấp trường một cách
hiệu quả nhất. Ngoài các dịch vụ trao đổi dữ liệu, lớp 2 của
PROFIBUS còn cung cấp các dịch vụ quản trị mạng, các dịch vụ này
phục vụ việc đặt cấu hình, tham số hóa, đặt chế độ làm việc, đọc các
thơng số và trạng thái làm việc của các trạm cũng như đưa ra các
thông báo sự kiện.
7.Cấu trúc bức điện
Một bức điện (telegram) trong giao thức thuộc lớp 2 của PROFIBUS
được gọi là khung (frame). Ba loại khung có khoảng cách Hamming là
SVTH: NHĨM 2

11

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


4 và một loại khung đặc biệt đánh dấu một token được qui định như
sau:
 Khung với chiều dài thông tin cố định, không mang dữ liệu:

 Khung với chiều dài thông tin cố định, mang 8 byte dữ liệu:

 Khung với chiều dài thông tin khác nhau, với 1-246 byte dữ liệu:

 Token

Các ô DA, SA, FC và DU (nếu có) được coi là phần mang thơng tin.
Trừ ơ DU, mỗi ơ cịn lại trong một bức điện đều có chiều dài 8 bit với

các ý nghĩa cụ thể như sau:

SVTH: NHĨM 2

12

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


Ngữ nghĩa khung bức điện FDL
Ký
Tên đầy đủ
hiệu
SD1
…
Start Delimiter
SD4
LE
Length
Ler

Length repeated

DA

Destination Address

SA

Source Address


DU
FC

Data Unit
Frame Control
Frame
Check
Sequence
End Delimiter

FCS
ED

Ý nghĩa
Byte khởi đầu, phân biệt giữa
các loại khung SD1 = 10H, SD2
= 68H, SD3 = A2H, SD4 = DCH
Chiều dài thông tin (4-249 byte)
Chiều dài thơng tin nhắc lại vì lý
do an tồn
Địa chỉ đích (trạm nhận), từ 0127
Địa chỉ nguồn (trạm gửi), từ 0126
Khối dữ liệu sử dụng
Byte điều khiển khung
Byte kiểm soát lỗi, HD = 4
Byte kết thúc, ED = 16H

Byte điều khiển khung (FC) dùng để phân biệt các kiểu bức điện, ví
dụ bức điện gửi hay yêu cầu dữ liệu (Send and/or Request) cũng như

xác nhận hay đáp ứng (Acknowledgement/Response). Bên cạnh đó,
byte FC cịn chứa thơng tin về việc thực hiện hàm truyền, kiểm sốt lưu
thơng để tránh việc mất mát hoặc gửi đúp dữ liệu cũng như thông tin
kiểu trạm, trạng thái FDL.
PROFIBUS-FMS và DP sử dụng phương thức truyền thơng khơng
đồng bộ, vì vậy việc đồng bộ hóa giữa bên gửi và bên nhận phải thực
hiện với từng ký tự. Cụ thể, mỗi byte trong bức điện từ lớp 2 khi
chuyển xuống lớp vật lý được xây dựng thành một ký tự UART dài 11
bit, trong đó một bít khởi đầu (Start bit), một bit chẵn lẻ (parity chẵn)
và một bít kết thúc (Stop bit).

SVTH: NHĨM 2

13

GVHD: HỒNG QUỐC XUYÊN


Ký tự khung UART sử dụng trong PROFIBUS

SVTH: NHÓM 2

14

GVHD: HOÀNG QUỐC XUYÊN


Việc thực hiện truyền tuân thủ theo các nguyên tắc sau đây:
- Trạng thái bus rỗi tương ứng với mức tín hiệu của bit 1, tức mức tín
hiệu thấp theo phương pháp mã hóa bit NRZ (0 ứng với mức cao).

- Trước một khung yêu cầu (request frame) cần một thời gian rỗi tối
thiểu là 33 bit phục vụ mục đích đồng bộ hóa giữa hai bên gửi và
nhận.
- Khơng cho phép thời gian rỗi giữa các ký tự UART của một khung.
- Với mỗi ký tự UART, bên nhận kiểm tra các bit khởi đầu, bit cuối và
bit chẵn lẻ (parity chẵn). Với mỗi khung, bên nhận kiểm tra các byte
SD, DA, SA, FCS, ED, LE/LEr (nếu có) cũng như thời gian rỗi trước
mỗi khung yêu cầu. Nếu có lỗi, toàn bộ khung phải hủy bỏ.
Trong trường hợp gửi dữ liệu với xác nhận (SDA), bên nhận có thể
dùng một ký tự duy nhất SC = E5H để xác nhận. Ký tự duy nhất SC
này cũng được sử dụng để trả lời yêu cầu dữ liệu (SRD) trong trường
hợp bên được u cầu khơng có dữ liệu đáp ứng.

SVTH: NHĨM 2

15

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


Chương 2:
PROFIBUS - PA
2.1. Giới thiệu về Profibus – PA
PROFIBUS-PA là một trong ba biến thể của Profibus tương thích với nhau
(PROFIBUS FMS, DP, PA). Profibus là một tiêu chuẩn mạng trường mở, quốc tế
theo chuẩn mạng trường châu Âu EN 50170 và EN 50254.
Profibus là một chuẩn fieldbus dành cho tất cả các nhà sản xuất cho những ứng
dụng trong tự động hóa sản xuất, tự động hóa quá trình và tự động hóa tịa nhà.
Trong tự động hóa tịa nhà và tự động hóa q trình, để thực hiện các tác vụ vận
hành và giám sát thì bên cạnh thiết bị tự động hóa cần phải có thiết bị hiển thị.

Master class-2 này chịu trách nhiệm thực hiện các chức năng khởi động, tham số
hóa và giám sát các thiết bị hiện trường tiên tiến. việc ghi và đọc dữ liệu cảu thiết
bị phải được thực hiện trong suốt q trình hoạt động của một vịng điều khiển độc
lập.
Vì chuẩn DP ban đầu khơng cung cấp các dịch vụ đặc biệt để thực hiện các tác vụ
này, nên vào năm 1997 biến mở rộng PROFIBUS-DPV1 đã được phát triển. Biến
mở rộng này tương thích với giao thức DP hiện tại và tất cả các phiên bản cũ hơn.
Ngoài các dịch vụ truyền thong DP theo chu kỳ, PROFIBUS-DPV1 cũng tạo ra các
dịch vụ khơng theo chu kì cho thong báo cảnh báo, chuẩn đốn, tham số hóa và
điều khiển các thiết bị hiện trường.
PROFIBUS-PA đáp ứng được các u cầu đặc biệt của tự động hóa q trình.
Truyền thong PA dựa trên các dịch vụ do DPV1 cung cấp và được thực hiên như
một hệ thống cục bộ (bộ phận) nhúng trong một hệ thống truyền thong Dp cấp độ
cao hơn. Không giống như những ứng dụng tự động trong kỹ thuật sản xuất đòi hỏi
thời gian chu kỳ ngắn cớ vài ms, trong tự động hóa quá trình có nhiều nhân tố khác
cũng cực kỳ quan trọng như
 Kỹ thuật truyền an toàn nội tại
 Thiết bị hiện trường được cấp nguồn trên cáp bus
 Truyền dữ liệu tin cậy
SVTH: NHĨM 2

16

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


 Khả năng tương tác ( chuẩn hóa các chức năng của thiết bị)
Ban đầu khi Profibus được chuẩn hóa, về an tồn nội tại và cấp nguồn trên bus
khơng được chú ý. Chỉ khi chuẩn quốc tế IEC 1158-2 ra đời vào khoảng tháng 10
năm 1994, kỹ thuật truyền hợp lý đã được chỉ định rõ phạm vi ứng dụng này và

được xây dựng thành chuẩn châu Âu EN 61158-2. Chuẩn PROFIBUS-PA ra đời
vào tháng 3 năm 1995 bao gồm kỹ thuật truyền trong mơi trường an tồn nội tại và
các thiết bị hiện trường cấp nguồn trên cáp bus.
Profibus PA là một thể loại bus trường thích hợp với các hệ thống điều khiển trong
các ngành công nghiệp chế biến, đặc biệt là trong hóa chất và hóa dầu. Thực chất
profibus PA là một sự mở rộng của profibus DP với kỹ thuật truyền dẫn MBP theo
IEC 1158-2 cũ và một số quy định chuyên biệt (profile) về thơng số và đặc tính
cho các thiết bị trường. các quy định chuyên biệt này tạo điều kiện cho khả năng
tương tác và thay thế lẫn nhau giữa các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau.
Việc mô tả các chức năng và đặc tính hoạt động của các thiết bị dựa mơ hình khối
chức năng quen thuộc. xét về mặt kỹ thuật profibus PA khơng những hồn tồn có
thể thay thế các phương pháp truyền tín hiệu với 4-20mA hoặc HART, mà còn
đem lại nhiều ưu thế của một hệ thống bus trường.
Với khả năng đồng tải nguồn, profibus PA cho phép nối mạng các thiết bị đo lường
và điều khiển tự động trong các ứng dụng công nghiệp chế biến bằng một cáp đôi
dây xoắn duy nhất, sử dụng tốc độ truyền cố định là 31.25kbit/s. profibus PA cũng
cho phép bảo trì, bảo dưỡng cũng như thay thế các trạm thiết bị trong khi vận hành.
Đặc biệt profibus PA được phát triển để thích hợp sử dụng các khu vực nguy hại,
dễ cháy nổ thuộc kiểu bảo vệ “an tồn riêng”(EEx ia/ib) hoặc “đóng kín” (EEx d).
2.2. kiến trúc giao thức
Profibus chỉ thực hiện ở lớp 1, lớp 2 và lớp 7 theo mơ hình quy chiếu OSI. Tuy
nhiên PROFIBUS PA bỏ qua cả lớp 7 nhằm tối ưu hóa việc trao đổi dữ liệu q
trình giữa cấp điều khiển với cấp chấp hành
Lớp 7
Lớp 6
Lớp 5
Lớp 4
Lớp 3
SVTH: NHĨM 2


Mơ hình OSI
Lớp ứng dụng
Lớp biểu diễn
Lớp phân phiên
Lớp vận chuyển
Lớp mạng

PROFIBUS-PA
Khơng sử dụng

17

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


Lớp 2
Lớp 1

Lớp liên kết dữ
liệu
Lớp vật lý

Fieldbus Data Link
(FDL)
MBP (IEC-611582)

Xét theo mơ hình qui chiếu OSI, profibus PA giống hoàn toàn Profibus DP từ lớp
liên kết dữ liệu (FDL) trở lên. Vì vậy việc ghép nối giữa 2 hệ thống có thể thực
hiên đơn giản qua các bộ chuyển đổi (DP/PA-link hoặc DP/PA coupler). Mỗi thiết
bị trường PA cũng được coi như một DP Slave. Các giá trị đo, giá trị điều khiển và

trạng thái của các thiết bị trường PA trao đổi tuần hoàn với DP-master (DPM1) qua
các chức năng cơ sở (DP-V0). Mặt khác các dữ liệu khơng tuần hồn như tham số
thiết bị, chế độ vận hành, thơng tin bảo dưỡng và chuẩn đốn được trao đổi với các
công cụ phát triển (DPM2), qua các chức năng DP mở rộng (DP-V1). Bên cạnh
các chức năng DP chuẩn, PA còn bổ sung một hàm quản trị hệ thống có đồng bộ
hóa thời gian.

a. DDLM và giao diện người sử dụng
Các tầng OSI 3-7 không được sử dụng với profibus DP và PA, cả 2 hệ thống
này sử dụng giao diện người sử dụng đồng nhất. Do đó profibus PA được
tính đến trong các ứng dụng chuẩn hóa của tầng 2.

SVTH: NHĨM 2

18

GVHD: HỒNG QUỐC XUN


Giao diện người sử dụng cùng với Direct Data Link Mapper(DDLM) hình
thành giao diện giữa chương trình ứng dụng và tầng 2. Với DPV1, DDLM
cung cấp một số chức năng dịch vụ không đồng bộ, chẳng hạn như:
- DDLM_initiate, DDLM_read, DDLM_write, DDLM_Abort;
DDLM_Alarm_Ack
các chức năng DDLM này được sử dụng như một nền tảng cho các dịch vụ
truyền thông, như khởi động, bảo dưỡng, chuẩn đốn và thơng báo cảnh báo.
Hệ thống do Master class 1 điều khiển, sử dụng kỹ thuật trao đổi dữ liệu theo
chu kỳ.
Nhiều chức năng của giao diện người sử dụng tạo nên một giao diện mạnh mẽ
hơn cho hệ thống truyền thơng tiên tiến. Ngồi ra, một hệ thống mở, hiện đại

cho các ứng dụng tự động hóa q trình địi hỏi các thành phần của các nhà
sản xuất khác nhau có thể traon đổi được (chính là khả năng tương tác). Điều
này yêu cầu phải xác định (định ngĩa) chính xác tất cả giao diện thiết bị.
Để định nghĩa các giao diện, Profibus PA sử dụng một số yếu tố hoặc các
phần mô tả, cụ thể như sau:
- Các file cơ sở dữ liệu thiết bị - Device Database file (GSD)
- Profile thiết bị
- Mô tả thiết bị điện tử - Electronic Device Description (EDD) hay field
Device Tool (FDT)
b. Lớp vật lý (lớp 1)
Có 2 cách khác nhau để nhận ra kỹ thuật truyền chon profibus PA
- Hoặc theo chuẩn RS 485
- Hoặc theo chuẩn IEC 61158-2 được xác định riêng cho những khu vực có
nguy cơ cháy nổ và cấp nguồn trên bus. Có 4 biến thể IEC 61158-2, nhưng
chỉ có profibus PA sử dụng chế độ điện áp 31.25 kbit/s.
Khi sử dụng giao diện RS485, profibus FMS, profibus DP, profibus PA có
thể được vận hành cùng nhau trên một đường bus chung. Tuy nhiên truyền
thơng an tồn nội tại trong những khu vực có nguy cơ cháy nổ địi hỏi việc
lắp đặt phải tn theo chuẩn IEC 611582
SVTH: NHĨM 2

19

GVHD: HỒNG QUỐC XUYÊN


Các master của một hệ thống PA- trạm điều khiển và vận hành luôn hoạt
động trên một đường bus profibus DP.
 Kỹ thuật truyền dẫn IEC 61158-2
Với kỹ thuật truyền dẫn IEC 61158-2, phân đoạn PA đưa ra một số

thông số vật lý sau:
- Truyền dữ liệu đồng bộ kỹ thuật số, bit
- Tốc độ truyền dữ liệu: 31.25kbit/s
- Manchester coding mà khơng tính giá trị trung bình, với sự biến điệu
dòng/ biên độ 9mA
- Nguồn cấp DC từ xa: tối đa 32V
- Truyền tín hiệu và cấp nguồn từ xa trên đường 2 dây xoắn
- 126 thiết bị có thể định vị địa chỉ
- Cấu trúc mạng đường thẳng hay hình cây
- Độ dài line lên tới 1900m
- 32 thiết bị trên mỗi phân đoạn line
- Có thể mở rộng mạng với tối đa 4 bộ lặp (repeater)

Các thuộc tính của 1 field bus cũng được xác định bởi các đặc tính kỹ thuật
điện của cáp truyền tải.Mặc dù IEC 61158-2 không xác định một loại cáp cụ
thể, nhưng có thể tham khảo cáp như trong hình 12 (Type A).Chỉ có loại cáp
này cho phép truyền dữ liệu trên phạm vi tới 1.900m
Để đạt được độ tương thích điện từ (EMC)tốt b nhất ,các đường bus phải
được bọc bảo vệ.Tấm chắn bảo vệ này cũng như các hộp kim loại của thiết bị
hiện trường phải được tiếp đất.

2.3. Cơ chế giao tiếp (lớp 2)
a. Truy nhập bus và lập địa chỉ
trong truyền thơng profibus PA, có thể thực hiện các hệ thống đa master. Hệ thống
điều khiển truy cập bus hybrid hoạt động trên phương thức token passing (truyền
mã thông báo) và sử sụng nguyên tắc master/slave để giao tiếp với các đối tượng
SVTH: NHĨM 2

20


GVHD: HỒNG QUỐC XUN