PROFIBUS-PA (Process Automation) là một thể loại bus trường thích hợp cho 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 qui định chuyên biệt (profile) về thông số và đặc tính của cho các thiết bị trường. Các qui 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 mô hình khối chức năng quen thuộc. Xét về mặt kỹ thuật, PROFIBUS-PA không những hoàn toàn có thể thay thế các phương pháp truyền tín hiệu với 4-20 mA 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 31.25 kbit/s. PROFIBUS-PA cũng cho phép thực hiện bảo trì, bảo dưỡng cũng như thay thế các trạm thiết bị trong khi vận hành. Đặc biệt, PRFIBUS-PA được phát triển để thích hợp sử dụng trong các khu vực nguy hại, dễ cháy nổ thuộc kiểu bảo vệ “an toàn riêng”4 (EEx ia/ib) hoặc “đóng kín”5 (EEx d).
Kiến trúc giao thức
Xét theo mô 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 hai hệ thống có thể thực hiện đơn giản qua các bộ chuyển đổi (DP/PA-Link hoặc DP/PA-Coupler), như được minh họa trên Hình 4.8. 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 DP cơ sở (DP-V0). Mặt khác, các dữ liệu không tuần hoàn như tham số thiết bị, chế độ vận hành, thông tin bảo dưỡng và chẩn đoán 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.
Giao diện bus an toàn riêng (EEx ia/ib)
Các yêu cầu cụ thể đặt ra cho một giao diện bus PROFIBUS-PA an toàn riêng bao gồm:
• Một đoạn mạng chỉ được phép có một nguồn nuôi tích cực.
• Mỗi trạm tiêu thụ một dòng cơ sở cố định (≥ 10mA) ở trạng thái xác lập.
• Mỗi trạm được coi như một tải tiêu thụ dòng thụ động, điện cảm và điện dung nội bỏ qua được.
• Mỗi trạm khi phát tín hiệu đi không được phép nạp thêm nguồn vào đường bus.
PA-Profile hỗ trợ khả năng tương tác và thay thế lẫn nhau giữa các thiết bị của nhiều nhà sản xuất khác nhau. Các thiết bị trường PA được chia thành hai loại, dựa theo các profile như sau:
• Profile cấp A: Qui định đặc tính và chức năng cho các thiết bị đơn giản như các cảm biến nhiệt độ, áp suất, đo mức hoặc lưu lượng và các cơ cấu truyền động. Các giá trị cũng như tham số có thể truy nhập là giá trị và trạng thái biến quá trình, đơn vị đo, phạm vi làm việc, giới hạn trễ (hysteresis) và ngưỡng cảnh báo.
• Profile cấp B: Qui định đặc tính và chức năng cho các thiết bị có chức năng phức hợp, hay còn gọi là các thiết bị trường thông minh. Bên cạnh các chức năng của cấp A, các chức năng này bao hàm khả năng gán địa chỉ tự động, đồng bộ hóa thời gian, cơ sở dữ liệu phân tán, tự mô tả thiết bị qua ngôn ngữ DDL (Device Description Language) và lập lịch khối chức năng.
Các khối PA
PA-Profile sử dụng mô hình khối để mô tả các chức năng và tham số thiết bị. Mỗi khối đại diện cho một chức năng sử dụng, ví dụ vào hoặc ra tương tự. Các khối chức năng có thể được liên kết logic với nhau qua các đầu vào và đầu ra, tạo ra một chương trình ứng dụng. Trên thực tế, một mối liên kết logic giữa hai khối chức năng thuộc hai trạm thiết bị sẽ được thực hiện bằng một mối liên kết truyền thông của hệ thống bus.
Ba loại khối đặc thù cho các thiết bị PA là:
• Khối vật lý (physical block) chứa các thông tin chung của một thiết bị như tên thiết bị, nhà sản xuất, chủng loại, mã số serie.
• Khối biến đổi (transducer block) chứa các tham số cần thiết cho việc ghép nối một thiết bị trường với quá trình kỹ thuật, ví dụ các thông tin phục vụ chỉnh định (calibration) và chẩn đoán vào/ra.
• Khối chức năng có trách nhiệm thực hiện chức năng vào/ra (AI, AO, DI, DO) nằm trong một sách lược điều khiển.
Các khối được các nhà sản xuất thực hiện và tích hợp trong các thiết bị trường. Các công cụ phát triển có thể truy nhập các khối, đặt tham số và liên kết chúng với nhau tạo nên các chương trình ứng dụng