Transcript Profibus

Zbernica Profibus
Priemyselné komunikačné systémy
PROFIBUS = PROces FIeld BUS

Priemyselná prevádzková zbernica

používaná pre všetky oblasti automatizácie
Od výrobcu nezávislá otvorená zbernica

Rešpektuje referenčný model ISO/OSI
a používa vrstvy OSI č. 1, 2 a 7.




Medzinárodná norma IEC 61158 ( 6 častí )
Európska norma EN 50170
Aplikačné profily Profibus: IEC 61784
PROFInet: ISO/IEC 8802-3
Transparentná komunikácia od
Snímačov/Akčných členov až po Riadiacu jednotku prevádzky
Podniková
úroveň
Ethernet/TCP/IP Area
Controller
Zbernicový
cyklus
< 1000 ms
PC/VME
CNC
Úroveň
bunky
Zbernicový
cyklus
< 100 ms
Úroveň
prevádzky
Zbernicový
cyklus
< 10 ms
TCP/IP/Ethernet
PROFInet (PROFIBUS-FMS)
VME/PC
PLC
PROFIBUS-DP
DCS
PROFIBUS-PA
Typy a verzie Profibus




Profibus DP (Decentralized Periphery) má
3 verzie: DP-V0, DP-V1, DP-V2
Profibus PA (Proces Automation),
použiteľný aj do Ex prostredia
Profibus FMS - prakticky sa prestal nasadzovať
PROFInet profily založené na protokole
TCP/UDP/IP/Ethernet. Profinet je inžiniersky
návrhový a integrujúci koncept nezávislý na
operačnom systéme. Je vo vývoji.
The PROFIBUS Family
EN 50170 Volume 2
Factory Automation Process Automation
PROFIBUS-FMS
RS 485 / FO
PROFIBUSDP
Universal
RS 485 / FO
Fast
Ethernet
- Large variety of applications
- Multi-master communication
PROFInet
- Plug and play
- Efficient and cost effective
PROFIBUSPA
IEC 1158-2
Application Oriented
- Power over the bus
- Intrinsic safety
Profily zariadení
Aplikačné profily
General Purpose
Automation
The PROFIBUS Protocol is in Accordance with
the ISO/OSI Reference Model for Open Systems
User
Layer
FMS
DP
PA
DP-Profiles
PA-Profiles
FMS
Device
Profiles
DP-Extensions
DP Basic Functions
Application
(7)
Fieldbus Message
Specification (FMS)
(3)-(6)
not used
Fieldbus Data Link (FDL)
Data Link
(2)
Physical
(1)
RS-485 / Fiber Optic
EN 50 170
* Proposed amendment A2 to EN 50170 Volume 2 under vote until Q3 / 1998
IEC Interface*
IEC 1158-2
PROFIBUS guidelines + profiles
Profibus DP

DP-V0 je jednoduchá, rýchla, cyklická a
deterministická výmena dát medzi mastrom
zbernice a slave zariadeniami


DP-V1 ponúka acyklickú komunikáciu master
slave. Využíva ju Profibus PA.
DP-V2 umožňuje aj priamu komunikáciu
slave to slave v isochrónnom režime. Je
vhodná pre riadenie pohonov. Umožňuje
synchronizovať slave s hodinami RT.
Typy zariadení

DP Master Class 1 - DPM1: riadiace
jednotky ako PLC, PC, ...

DP Master Class 2 - DPM2:
programovacie, konfiguračné a diagnostické
zariadenia

DP Slave I/O zariadenia, snímače
prevodníky, pohony, ventily,..
Typický systém PROFIBUS-DP
Typický systém PROFIBUS DP obsahuje:
• Jedno PLC/PC ako centrálnu riadiacu jednotku
• Rôzne prídavné zariadenia, ako napríklad:
• Binárne, alebo analógové I/O
• Jednosmerné, alebo striedavé pohony
• Magnetické, alebo pneumatické ventily
• Rozhranie človek - stroj (HMI)
Master
PLC
RS 485 až do 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
Slave
Slave
Slave
Slave
Príklad systému s dvoma zariadeniami typu master a dvoma zariadeniami
typu slave
PROFIBUS-DP
DP-Slave
DP-Slave
DP-Master
Okamžitá
odozva
Princíp prenosu údajov
Rámce
Syn
SD2
LE
LEr
=
=
=
=
SYNSD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED
SRD-Odozva, premenlivá dĺžka používateľských dát
SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DU FCS ED
Synchronizačný čas
Oddeľovač začiatku rámca 2
Dĺžka
opakovaná Dĺžka
DA =
SA =
FC =
Cieľová adresa
Zdrojová adresa
Kód funkcie
DP-Slave
DP-Master
SRD-Dopyt, premenlivá dĺžka používateľských dát
DU = Údajová jednotka
FCS = Kontrolný znak
ED = Oddeľovač konca rámca
Typický zbernicový cyklus
Systému PROFIBUS-DP Monomaster
Zbernicový cyklus
[ms]
500 kBit/s
TID1: (Master) Oneskorenie
odoslania požiadavky o
vyslanie rámca po príjme
odzovy zo strany slave-a..
Tsdr: (Slave) Oneskorenie
vyslania odozvy slave-a na
požiadavku master-a.
1.5 MBit/s
12 MBit/s
DP-Slave zariadenia
Podmienky: Každé zariadenia DP-Slave má 2 bajty vstupných a 2 bajty výstupných dát
Minimálny odstup správ zariadenia slave je 200 mikrosekúnd
(The minimum Slave_Interval time)
TID1= 75 Bitových taktov, Tsdr = 11 Bitových taktov
Výpočet zbernicového cyklu
TMC  TID1  TRe quest  TSDR  TRe sponse   N Slave  N Master
TMC
- Zbernicový cyklus
TID1
- Doba čakania zariadenia Master (75.TBit)
TRequest
- Doba prenosu rámca Master  Slave
TSDR
- Doba oneskorenia odozvy zariadenia Slave (11.TBit)
TResponse
- Doba prenosu rámca Slave  Master
NSlave
- Počet zariadení Slave
NMaster
- Počet zariadení Master
TBit
- Doba prenosu jedného bitu (bitový takt)
TRe quest  TSYN  THeader  NI  11  TBit  TTrailer
TRe sponse  THeader  NO  11  TBit  TTrailer
TBit 
1
; [s, bit/s]
bps
TSYN
- Čas synchronizácie zariadenia Slave (33.TBit)
THEADER
- Doba prenosu hlavičky rámca (198.TBit)
TTrailer
- Doba prenosu ukončovacej časti rámca (22.TBit)
NI
- Počet bajtov údajovej časti vysielaných zo zariadenia Master
NO
- Počet bajtov údajovej časti vysielaných zo zariadenia Slave
bps
- Prenosová rýchlosť [bit/s]
Príklad výpočtu zbernicového
cyklu
Príklad systému s jedným zariadením Master a desiatimi zariadeniami Slave
Cyklus zbernice pre rôzne prenosové rýchlosti (dĺžka údajovej časti = 4
bajty, 1 x Master, 10 x Slave)
Prenosová rýchlosť [kbit/s]
Zbernicový cyklus [ms]
9,6
674
19,2
337
93,75
69
187,5
34
500
12,9
1 500
4,3
12 000
0,54
Prevádzkové stavy zbernice
Slúži na diagnostiku a parametrizáciu zariadení.
Neprenášajú sa údaje medzi zariadeniami Master a Slave.




STOP - prenos
len
master
- master
Zariadenia
Slave vstupujú
do režimu
Sync po
prijatí príkazu
DPM1 číta vstupnú
informáciu
zo zariadení
Slave
sync so zariadenia Master. Výstupy všetkých zariadení
CLEAR - čítanie
vstupov,
výstupy
drží v
Slave sú zadržané
na okamžitej
hodnote. V nasledujúcich
prenosoch sú zapisované hodnoty pre výstupy zariadení
bezpečnomSlave,
stave
pričom
(akčný
zariadení
sa nemenia.
DPM1
cyklickyvýstupy
komunikuje
so zásah)
zariadeniami
Slave
Zapísané hodnoty sa aktivujú na výstupoch zariadení po
príkazu syncprenos
zariadením Master.
OPERATE vyslaní
- cyklický
I/O údajov
SYNCHRONIZÁCIA časová (multicast):
– Sync-mode : zmrazené výstupy
– Freez- mode: zmrazené vstupy
Čo je PROFIBUS-PA ?
Definícia
PROFIBUS-PA
=
Komunikácia PROFIBUS-DP
+
Technika prenosu optimalizovaná
pre prevádzkové prístroje
PROFIBUS-DP
+
PROFIBUS-PA
J
x
Typická konfigurácia systému s PROFIBUS-PA
Area Controller (PLC)
x
Engineering
or
HMI Tool
H2
RS 485 up to 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
+ x
I
IEC 1158-2 s 31.25 kBit/s
PROFIBUS-PA
Segmentcoupler/Link
Vysielač
H1
Konfigurácia PROFIBUS-PA
Topológia
+
x
DCS/PLC
PROFIBUS-DP
Junction Box
DP/PALink
Segment
24 V
PROFIBUS-PA
“T“
Konfigurácia PROFIBUS-PA
Napájací zdroj prevádzkových prístrojov
+
x
DCS/PLC
 10 mA
PROFIBUS-DP
 10 mA
DP/PA Link
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
 10 mA
 10 mA
Spur
max. 30 m
24 V
1 F
< 120 mA
(Typ ochrany: [EEx ib],
Trieda výbušnosti: IIC)
Napájanie prevádzkových prístrojov:
Ex prostredie: max. 10
Nie-Ex prostredie: max. 30
100 
 10 mA
Krútená dvojlinka,
tienený kábel, celková
dĺžka max. 1,900 m
Funkcia spojovacích členov
Spojovacie členy segmentov predstavujú bránu medzi dvomi rôznymi
prenosovými technológiami.
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
IEC 1158-2
RS 485
 Asynchrónny
kódovanie NRZ
DP/PA Coupler
 Synchrónny
Kódovanie Manchester
 1 Bajt = 11 Bitov
(8 Bitov dát + 1 Start + 1 Stop + 1 Parity)
 1 Bajt = 8 Bitov
 Premenlivá prenosová rýchlosť
 Pevná prenosová rýchlosť
= 31.25 kBit/s
Konfigurácia PROFIBUS-PA
Adresácia prevádzkových prístrojov
1
1
PROFIBUS-DP up to 93.75 kBit/s
PROFIBUS-DP up to 12 Mbit/s
2
DP/PA
Coupler
24 V
Slave
Master
24 V
24 V
1
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
2
3
DP/PA Link
4
2
3
24 V
PROFIBUS-PA
31.25 kbit/s
3
Slave
Master
1
2
Základné prvky PROFIBUS-PA
DP protokol, cyclický acyclický
Master
slave
1
cyclický
slave slave
2
3
acyclický
slave
1/2/3
cyclický
1
t
Čítaj merané hodnoty,
Zapisuj procecsné veličiny
Čítaj/zapisuj parametre
PROFIBUS-DP
DP/PA Link
PROFIBUS-PA
J
Slave 1
Slave 2
Slave 3
+
x
Konfigurácia PROFIBUS-PA
Profily prístrojov (zjednodušené)
Stav
DP služby
cyclické
Meraná hodnota
Merací rozsah
PA-Profil
Filtračná čas. konšt.
Hranice alrmov/výstrah
Celkový alarm
DP služby
acyclické
TAG
Parametre špecifické pre
daného výrobcu
DP služby
acyclické
(napr. pre
vysielače
tlaku)
1. vrstva - Fyzická vrstva protokolu

Profibus DP: RS485 a tienená skrútená
dvojlinka s prenosovou rýchlosťou do 12 Mbit/s
alebo optické vlákno FO sklenené alebo
plastové. Topológia: líniová s 32 stanicami a
terminátormi na oboch koncoch. RS485-IS do
EEx.ib
 Profibus PA : MBP ( Manchester Coding
and Bus Powered) podľa IEC 61158-2, „1158-2“
MBP je synchrónny prenos pevnou rýchlosťou
31,25 kbit/s, tienenou skrútenou dvojlinkou.
Topológia: stromová aj líniová (32, max 125).
PROFIBUS – Dĺžka kábla pre rozhranie RS 485
Prenosová rýchlosť [kBit/s]
9.6
19.2
93.75
187.5
500 1500
12000
Dĺžka kábla [m]
1200
1200
1200
1000
400 200
100

Dĺžku kábla je možné zväčšíť pomocou opakovačov
Topológie
(PROFIBUS podporuje topológie zbernica, strom a hviezda)
 Uprednostňovaná je zbernicová topológia
 Zbernica musí byť na začiatku a konci ukončená
 Jeden segment môže obsahovať maximálne 32 staníc*
Ukončenie
Ukončenie
Ukončenie
Opakovač
Stanica
1
2
3
30
31
61
33
32
Ukončenie
Opakovač
62
* Poznámka: Opakovače nemajú vlastnú adresu, ale
započítavajú sa do maximálneho počtu staníc.
Inštalácia RS 485 (1)
Stanica 1
VP (6)
Stanica 2
390 
RxD/TxD-P (3)
(3) RxD/TxD-P
DGND (5)
Data line
(5) DGND
VP (6)
RxD/TxD-P (3)
220 
(6) VP
RxD/TxD-N (8)
(8) RxD/TxD-N
Data line
RxD/TxD-N (8)
Tienenie
Ochranná
zem
Ochranná
zem
390 
DGND (5)
Kabeláž
Ukončenie zbernice
pre kábel typu A
Inštalácia RS 485 (2)
prvá stanica
posledná stanica
Ukončenie zbernice
Ukončenie zbernice
VP
VP
390 
390 
Data Line B
B
220 
B
220 
Data Line A
A
A
390 
390 
DGND
DGND
A
B
Stanica 2
A
B
Stanica 3
2. vrstva - Linková vrstva




FDL ( Fieldbus Data Link Layer) :
zabezpečenie údajov, telegramy a
ovládanie prístupu na zbernicu - MAC
MAC ( Medium Acces Control) alebo
tiež „Bus Acces Protocol“.
Metóda token passing - pridelenie
prístupu na zbernicu medzi mastrami
tzv. multimaster systém
Master - Slave tzv. monomaster
PROFIBUS-DP Monomaster System
DP-Master (Class 1)
PLC
So systémami typu Monomaster je možné
dosiahnuť najkratší zbernicový cyklus
Obsahujú:
- 1 DP-Master (Class 1) zariadenie
- 1 až max. 125 DP-Slave zariadení
- DP-Master (Class 2) - voliteľne
PROFIBUS-DP
Distribuované vstupy a výstupy
Zariadenia DP - Slave
PROFIBUS-DP Multimaster System
Niekoľko zariadení typu DP-Master
môže pristupovať k zariadeniu DP-Slave
pomocou funkcií na čítanie
DP-Master
(Class 2)
DP-Master
(Class 1)
PROFIBUS-DP Multimaster systém obsahuje:
- niekoľko zariadení Master (Class 1 alebo 2)
- 1 až max. 124 zariadení DP-Slave
- max. 126 zariadení na jednej zbernici
PC
PLC
CNC
DP-Master
(Class 1)
PROFIBUS - DP
Distribuované vstupy a výstupy
Distribuované vstupy a výstupy
PROFIBUS-P
Zariadenia
DP - Slave
Protokol PROFIBUS
 Protokol prístupu na zbernicu (Vrstva 2) je rovnaký pre všetky
tri varianty PROFIBUSu (FMS/DP/PA)
 To umožňuje transparentnú komunikáciu a jednoduché
kombinovanie častí siete FMS/DP/PA
Logický kruh medzi zariadeniami Master
Aktívne stanice, zariadenia Master
PLC
PC
PLC
PROFIBUS
Pasívne stanice, zariadenia Slave
7. vrstva - Aplikačná vrstva


Predstavuje SW rozhranie pre
aplikačný program
Poskytuje rôzne služby a príkazy pre
cyklickú a acyklickú výmenu dát
Profily a Interoperabilita

Aplikačné Profily sú špecifikácie výrobcov
a užívateľov zamerané podľa vlastností a
správania sa pripojených zariadení.
Profibus má asi 20 aplikačných profilov



Všeobecné profily: ProfiSafe,
Redundancy, Time Stamp
Špecifické profily: ProfiDrive, RIO for
PA, PA-Devices, Encoder, .....
Systémové profily: Master Profil
Redundancia zvyšuje spoľahlivosť systému
Redundancia systému
Redundancia prenos. média
FO
coupler
Dva prístroje
pre jeden
merací bod
PROFIBUS-DP
FO
coupler
Redundantné systémy je možné
realizovať pomocou
niekoľkých rozhraní
FO
coupler
FO
coupler
Segmenty s optickými káblami
umožňujú redundanciu kabeláže
Správa zariadení

Elektronický katalóg: GSD súbor
vytvára výrobca. Obsahuje charakteristiky
zariadenia v presne definovanom formáte
(GSD editor, ASCII text)

GSD konfigurácia - plug and play

Knižnica GSD na www.profibus.com

Pridelenie ID čísla zariadenia výrobcovi
DTM ( Device Type Manager) je integrujúci

inžiniersky prostriedok (konf. param. diagn.)
Otvorená konfigurácia umožňuje Plug and Play
Konfiguračný
nástroj pre
PROFIBUS
PLC
GSD
GSD
GSD
GSD
GSD
Electronic Device Data Sheets (GSD-files)
PROFIBUS
GSD
Implementácia Profibus ASIC




ASIC - zákaznícky integrovaný obvod
Jednoduchý slave
Inteligentný slave implementované
základné funkcie 2.vrstvy
Complex Master
Implementácia PROFIBUS-PA
Rozhranie prevádzkového prístroja
(napr. rozhranie PROFIBUS-PA pre vysielač teploty)
Pripojenie na zbernicu podľa IEC 1158-2
I
• Rozhranie PROFIBUS-PA pre
prevádzkové prístroje je veľmi malé
a vyažduje si len niekoľko ASICov.
• Použitie mikroradičov
a PROFIBUS ASICov s nízkym
príkonom znižuje spotrebu energie
a umožňuje napájanie cez zbernicu
pri príkone nižšom ako 10 mA.
• Je možná priama výmena
komunikačných modulov.
SIEMENS
SIM 1
SIEMENS
SPC 4
Mitsubishi
M16C
D/A, A/D
0-10 V
0/4-20 mA
Profibus International

Medzinárodná organizácia združuje 24
regionálnych organizácií RPA (PNO).
Zdroj informácií, podpora šíreniu profibus,
zoznam produktov: www.profibus.com





Profibus SK www.profibus.sk
Zabezpečenie kvality:
Akreditované Centrá Profibus (22)
Testovanie a Certifikácia (7)
Vývoj Profibus: 5 technických komisií
35 stálych pracovných skupín
The PROFIBUS Membership
Button
(use permitted for paid-up members only!)
available from every user group
worlwide
or from http://www.profibus.com
Ďakujem za pozornosť
PROFIBUS Cable Requirements- IEC 1158-2
 Cable Design:
shielded twisted pair cable
 Conductor Area:
0.8mm˛ (AWG 18)
 Loop Resistance:
44  / km
 Impedance at 31.25 KHz:
100  +/- 20%
 Attenuation at 39 KHz:
3dB / km
 Capacitance per Unit Length: 2nF / km
 Cables for IEC 1158-2 Transmission are listed in the
PROFIBUS Electronic Product Guide.
PROFIBUS Cable Requirements- RS 485
Parameters
Cable Type A
 Cable Design
shielded twisted pair cable
 Surge Impedance
135 ... 165 
 Loop Resistance
110  / km
 Core Diameter
0.64 mm
 Core Cross Section
> 0.34 mm˛
 Capacitance per unit length
< 30 pF / m
 PROFIBUS Cables are listed in the PROFIBUS Electronic Product Guide
Pin Assignment for the 9-PIN D-Sub Connector for RS 485
 the preferred connector type for PROFIBUS-DP/FMS is a 9 PIN D-Sub
Connector
 the female part is located at the device
 other connectors are allowed, if they supply at least the mandatory signals
Pin No.
Signal
Designation
1
Shield
Shield/ protective ground
2
M24
Ground of the 24 V output voltage
3
RxD/TxD-P *
Receive data/ transmission data positive
4
CNTR-P
Control signal for repeaters (direction control)
5
DGND *
Data transmission potential (ground to 5 V)
6
VP *
Supply voltage of the terminating resistance-P, (P5V)
7
P24
Output voltage plus 24V
8
RxD/TxD-N *
Receive data/ transmission data negative
9
CNTR-N
Control signal for repeaters (direction control)
* Mandatory signals which must be supported by each device
Sequence of Data Bits for RS-485 Transmission
 Each Octet is transmitted in a sequence of 11 Bits
 The least significant Bit (LSB) is sent first
 The most significant Bit (MSB) is sent last
 Each Octet is supplemented by start, stop and parity Bits
 The coding principle is called NRZ = Non Return to Zero
2. Byte
1. Byte
Idle
LSB
Bit sequence: Start
1
MSB
2
3
4
5
6
7
LSB
8 Parity Stop Start