Промислові мережі та інтеграційні технології: Мережі PROFIBUS

1. Пром мереж- PROFIBUS
-розр.: Пупена -
1
Промислові мережі та інтеграційні технології Мережі PROFIBUS Автор: Олександр Пупена (каф.ІАСУ НУХТ) www.asu.in.ua

2. Пром мереж- PROFIBUS
-розр.: Пупена -
2
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: 1Адр: 2Адр: 6ВедучіАдр: 3Адр: 4Адр: 5Адр: 3Веденілогічнемаркерне кільцешинаАдр: 3Адр: 4Адр: 5Адр: 3Адр: кільцешина

3. Пром мереж-
PROFIBUS
-розр.: Пупена - 3
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.

4. Пром мереж-
PROFIBUS
-розр.: Пупена - 4
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

5. Пром мереж-
PROFIBUS
-розр.: Пупена - 5
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,

6. Пром мереж-
PROFIBUS
-розр.: Пупена - 6
Базові функції DP-V0. Циклічний обмін даними процесу
Адр: 1 DP-Master Class 1
Адр: 2 Адр: 3 Адр: 5
DP Slaves
маркер
шина
Рис.17. Опитування Ведених по списку опитування
список опитування
Вихідні дані
Вхідні дані
Вихідні дані
Вхідні дані
запит
відповідь
відповідь
запит
Вихідні дані
Вихідні дані
Вихідні дані
Вихідні дані
Вхідні дані
Вхідні дані
Вхідні дані
Вхідні дані
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

7. Пром мереж-
PROFIBUS
-розр.: Пупена - 7
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
постійний за часом
DP-цикл
постійний за часом
DP-цикл
початок нового DP-циклу
• обмін даними під час фази
ініціалізації Веденого;
• діагностичні функції для
Веденого;
• комунікації з Ведучим DPM2;
• повторення спотворених кадрів;

8. Пром мереж- PROFIBUS
-розр.: Пупена -
8
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

9. Пром мереж-
PROFIBUS
-розр.: Пупена - 9
Приклад
PDS1 RIO1
VIPA 200 VIPA 100
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 VIPA 200
SPEED7 Lenze
KK2* KK3*
MK1
*- схема підключення дана в текстовій
частині
X3
RIO1
DP
VIPA 100
KМ2 KМ3
OFF перемикач
термінатору
MK1

10. Пром мереж- PROFIBUS
-розр.: Пупена -
10
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

11. Пром мереж- PROFIBUS
-розр.: Пупена -
11
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
PLC2
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=02.02
8
OP1
Profibus DP
PLC1
8
PLC1
7
7

12. Пром мереж- PROFIBUS
-розр.: Пупена -
12
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.