Profibus (УКР)

Пром мереж-

PROFIBUS

-розр.: Пупена - 1

Промислові мережі та інтеграційні технології

Мережі PROFIBUS Автор: Олександр Пупена (каф.ІАСУ НУХТ)

www.asu.in.ua


PROFIBUS


PROFIBUS в контексті ISO-OSI

PROFIBUS (PROcess Field Bus) – відкрита промислова комунікаційна система, яка призначена

для використання в системах автоматизації для швидкодіючих та складних задач зв’язку

підтримується PNO (PROFIBUS Nutzerorganisation, 1989), PI (PROFIBUS International, 1995)

PROFIBUS DP (Decentralized Periphery);

PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification);

PROFIBUS PA (for Process Automation)

прикладний

канальний

фізичний

Рис.1. PROFIBUS в контексті OSI-моделі

FieldBus Data Link (FDL)

IEC 61158-4-3/1, IEC 61158-3-3/1

Asynchronous transmission

FMS

FMS-інтерфейс

DP-профілі (DP-V0..V2)

IEC 61158-4-3/2

IEC 61158-3-3/2

Synchronous transmission

RS-485 або оптоволокно

MBP-IS

IEC 61158-2

прикладний

інтерфейс DDLM (Direct Data Link Maper)

IEC 61158-6-3, IEC 61158-5-3*

прфолі для FMS-

пристроїв

профілі для РА-пристроїв

профілі для DP-пристроїв

* - в IEC описані на прикладному

рівні

PROFIBUS FMS PROFIBUS DP PROFIBUS PA

Рис.2. Метод доступу в мережах

Profibus

Адр: 1 Адр: 2 Адр: 6

Ведучі

Адр: 3 Адр: 4 Адр: 5 Адр: 3

Ведені

логічне маркерне кільце

шина


Ведучі

Адр: 3Адр: 3 Адр: 4Адр: 4 Адр: 5Адр: 5 Адр: 3Адр: 3

Ведені

логічне маркерне кільце

шина


PROFIBUS


Фізичний рівень PROFIBUS DP

Рис.3. Структура шинного сегменту RS-485

Макс 32 вузла

RxD/TxD P (3)

RxD/TxD N (8)

RxD/TxD P (3)

RxD/TxD N (8)

220 Ом

390 Ом

390 Ом 390 Ом

390 Ом

220 Ом

- базується на інтерфейсі RS-485 або оптоволокно;

- бітова швидкість до 12 МБіт/с

- 11-бітний символ (1 старт, 8 даних, 1 паритет, 1 стоп) метод NRZ;

- максимальна кількість вузлів на сегмент – 32

- максимальна довжина лінії залежить від бітової швидкості: від 9600біт/с до 187500біт/с – до

1000 м;

500 кбіт/с – до 500 м; 1500 кбіт/с – до 200 м; 12 Мбіт/с – до 100 м.

- шинна топологія, 2-провідна схема без сигнальної землі;

- на кінцях кожного сегменту термінатори лінії опором 220 Ом.


PROFIBUS


Фізичний рівень PROFIBUS DP (продовження)

Рис.4. Сегментація та

підключення пристроїв

до PROFIBUS шини

Ведений без

термінатора

шини

Ведений з

термінатором шини

репітер без

термінатора шини

репітер з

термінатором

шини

контак Позначення Сигнал

1 ─ не використовується

2 М24 ─ 24 В

3 RxD/TxD-P Прийом/передача, В+

4 СNTR-P Сигнал для управління передачою, +

5 DGND Сигнальна земля, ─

6 VP Напруга живлення 5В, +

7 P24 + 24 В

8 RxD/TxD-N Прийом/передача, А─

9 СNTR-N Сигнал для управління передачою,

Рис. 5 Призначення контактів 9-пінового SUB-D конектора

Рис.6. Використання індуктивностей в

якості додаткових імпедансів


PROFIBUS


Фізичний рівень PROFIBUS DP (продовження)

контак Позначення Сигнал

1 ─ не використовується

2 М24 ─ 24 В

3 RxD/TxD-P Прийом/передача, В+

4 СNTR-P Сигнал для управління передачою, +

5 DGND Сигнальна земля, ─

6 VP Напруга живлення 5В, +

7 P24 + 24 В

8 RxD/TxD-N Прийом/передача, А─

9 СNTR-N Сигнал для управління передачою,


PROFIBUS


Базові функції DP-V0. Циклічний обмін даними процесу

Адр: 1 DP-Master Class 1


DP Slaves

маркер

шина

Рис.17. Опитування Ведених по списку опитування

сп

исо

к

оп

иту

ван

ня

Вихідні дані

Вхідні дані



запит

відповідь

відповідь

запит









Циклічний обмін (Cyclic Data Exchange) – обмін даними процесу через циклічне опитування

Ведених, Клієнт-Серверна модель ідентифікованого обміну (Polling)

DP-цикл - процес опитування Ведучим усіх своїх Ведених за час володіння маркером

Polling-Liste – перелік адрес Ведених, яких опитує Ведучий

PROFIBUS DP V0 – Cyclic Data Exchange + GSD + Diagnostics

PROFIBUS DP V1 – V0 + Acyclic Data Exchange + …

PROFIBUS DP V2 – V1 + Publisher/Subscriber + Isochronous Mode + …

SYNC – широкомовна команда на запис буферних вихідних значень на виходи

FREEZE – широкомовна команда на “замороження” вхідних сигналів


PROFIBUS


Базові функції DP-V0. Структура DP-циклу

Рис.18 Структура циклу ROFIBUS DP в системі з одним Ведучим

Циклічна частина Ациклічна частина

tcycl=const tacycl≠const

tΣcycl≠const

Рис.19. Структура постійного за часом циклу ROFIBUS DP в системі з одним

Ведучим

Циклічна частина Ациклічна частина

tcycl=const tacycl≠const

tΣcycl=const

tΣcycl=const tΣcycl=const tΣcycl=const

Пауза

tp≠const

постійний за часом

DP-цикл


DP-цикл


DP-цикл

початок нового DP-циклу

• обмін даними під час фази

ініціалізації Веденого;

• діагностичні функції для

Веденого;

• комунікації з Ведучим DPM2;

• повторення спотворених кадрів;


PROFIBUS


Базові функції DP-V0. Конфігурація та ініціалізація мережі

DP-Ведений

готовий до конфігурування

та параметрування

параметрування Веденого

конфігурування Веденого

DP-Ведений готовий до

обміну даними

DP-Ведучий DP-Ведений

запит діагностики Веденого (Slave_Diag)

так

ні

діагностичні дані Веденого

дані параметризації Веденого (Set_Prm)

підтвердження

дані параметризації Веденого (Set_Prm)

підтвердження

запит діагностики Веденого (Slave_Diag)

діагностичні дані Веденого

так

ні

циклічний обмін даними

Data_Exchange

• Offline – відсутній зв’язок Ведучого з

Веденим;

• Stop – циклічний обмін даними з

Веденими відсутній;

• Clear – Ведучий зчитує вхідну

інформацію з Ведених, однак виходи

виставляє в аварійному значені (fail-safe

state);

• Operate – нормальний операційний

режим, в якому доступні операції

циклічного обміну.

Режими функціонування

Ведучого DPM1


PROFIBUS


Приклад

RIO1 PDS1

VIPA 100 VIPA 200 VIPA SPEED7

PLC1 (Master) PLC2

PROFIBUS DP RS-485 Рис.7.8. Структурна схема системи до прикладу 7.1.

LENZE 8200

Рис.7.9. Схема мережних з’єднань до прикладу 7.1.

KK1*

PLC1 PLC2

KМ1 KМ3

DP

PB DP

MP2I MP2I

PDS1

KМ2

VIPA 200 VIPA

SPEED7 Lenze KK2* KK3*

MK1

*- схема підключення дана в текстовій

частині

X3

RIO1

DP VIPA 100

KМ2 KМ3

OFF перемикач

термінатору

MK1


PROFIBUS


Приклад

QW100

…

QW114

MASTER

Рис.7.21. Постановка задачі до прикладу 7.2.

PIW300

…

PIW314

CPU 215-

2BP02

RIO1 (VIPA 100)

VIPA 153-

4PH00 PDS1(LENZE)

E82EV371K2C

PLC2 (VIPA 200)

PLC1 (VIPA SPEED7)

6 7 8

DI0

…

DI7

DO0

…

DO7

DRIVECOM-CTRL NSET1-N1 NSET1-N2

PCTRL1-NADD PCTRL1-ACT PCTRL1-SET1 PCTRL1-SET1 MCTRL1-MSET

MCTRL1-VOLT-ADD MCTRL1-PHI-ADD

DRIVECOM-STAT MCTRL1-NOUT+SLIP

MCTRL1-NOUT MCTRL1-IMOT PCTRL1-ACT PCTRL1-SET1 PCTRL1-OUT

MCTRL1-MOUT MCTRL1-DCVOLT NSET1-RFG1-IN

PQW300

…

PQW314

IW100

…

IW114

QW116

…

QW134

IW116

…

IW134

Q2.0

…

Q2.7

I2.0

…

I2.7

2

S S S


PROFIBUS


Приклад (Схема інформаційних потоків)

QW100

…

QW114

MASTER 2

Рис.15.17. Схема мережних інформаційних потоків

PIW300

…

PIW314

RIO1

PDS1

PLC2

PLC1

DI0

…

DI7

DO0

…

DO7

DRIVECOM-CTRL NSET1-N1 NSET1-N2

PCTRL1-NADD PCTRL1-ACT PCTRL1-SET1 PCTRL1-SET1 MCTRL1-MSET

MCTRL1-VOLT-ADD MCTRL1-PHI-ADD

DRIVECOM-STAT MCTRL1-NOUT+SLIP

MCTRL1-NOUT MCTRL1-IMOT PCTRL1-ACT PCTRL1-SET1 PCTRL1-OUT

MCTRL1-MOUT MCTRL1-DCVOLT NSET1-RFG1-IN

PQW300

…

PQW314

IW100

…

IW114

QW116

…

QW134

IW116

…

IW134

Q2.0

…

Q2.7

I2.0

…

I2.7

1

1

0.1

2 3 4 5 6

DP

PL

C2

SLAVE 6

0.1

2

PLC2

PLC1 PLC1

PG/OP

SLAVE 7

X3

4 3

SLAVE 8

DP

6 5

PLC1 PLC1 PLC1 PLC1

PDS1 PDS1 RIO1 RIO1

IF1

SLAVE 9

DBW0

…

DBW98

Tag1

…

Tag50

Touch

Buttons

IB3

…

IB6

OP1

OP1

TSAP=02.0

2

8

O

P

1

Profibus DP

PLC1

8

PLC1

7 7


PROFIBUS


Контрольні питання

1. Перерахуйте мережі PROFIBUS, які використовуються на сьогоднішній день? Яке призначення кожної з

них? Охарактеризуйте їх в контексті моделі OSI.

2. На якому інтерфейсі, яке середовище передачі, яка бітова швидкість, топологія та який метод кодування

використовується для електричного з’єднання для PROFIBUS DP?

3. Як забезпечується термінування, захисне зміщення, сегментація в PROFIBUS DP, побудованого на базі

RS-485?

4. Які правила підключення вузлів до загальної шини PROFIBUS DP, побудованого на базі RS-485?

5. Який тип з’єднувача рекомендується використовувати для PROFIBUS DP, побудованого на базі RS-485?

Прокоментуйте призначення кожного піну.

6. Які типи кабелів використовуються для PROFIBUS DP, побудованого на базі RS-485? Які вимоги до

бітової швидкості, загальної довжини лінії зв’язку та довжини відгалужень при використанні різних

кабелів?

7. Які додаткові засоби необхідно використати при підключенні пристроїв до шини, на бітових швидкостях

вище 3Мбіт/с? Поясніть конструкцію з’єднувача, який використовується при таких швидкостях.

8. Який метод доступу використовується в мережах PROFIBUS? Як адресуються вузли в мережі?

9. Які способи обміну використовуються в PROFIBUS DP? Які функції відносяться до базових PROFIBUS

DP-V0?

10. Що таке циклічний обмін даними процесу? Як він функціонує?

11. Розкажіть про призначення та принципи функціонування команд SYNC/FREEZE?

12. Які Ви знаєте класи Ведучих вузлів PROFIBUS DP-V0? Які функції цим вузлам доступні?

13. З яких складових складається цикл ROFIBUS DP в системі з одним Ведучим? Які функції виконуються в

ациклічній частині? Навіщо потрібні DP-цикли з постійним часом, та з яких складових вони

складаються?

14. Як функціонують діагностичні переривання Веденого в контексті функціонування DP-циклу?

15. Розкажіть про процедуру ініціалізації Ведучим свого Веденого.

16. Що таке консистентність даних процесу в PROFIBUS DP? Навіщо її визначати? Які обмеження на об’єм

консистентних даних?

17. Які розширені функції обміну доступні в PROFIBUS DP-V1 та DP-V2?

18. Розкажіть про призначення GSD-файлу.

Engineering

Profibus (УКР)