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