Ipari buszrendszerek PROFIBUS. Készítette: Tomozi György

Átírás

1 Ipari buszrendszerek PROFIBUS Készítette: Tomozi György

2

3 Előnyei a hagyományos szereléssel szemben Nincs szükség csillagpontos kábelezésre kevesebb munka- és anyagköltség Gyártófüggetlen nyílt szabvány Egyszerű, gazdaságos slave implementáció az egyszerű kommunikációs protokolljuk miatt 3

4 Három alapvető típus POFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) RS485 vagy száloptika a DP előfutára Kommunikáció cella szinten (PLC - PC) PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery) RS485 vagy száloptika gyors, hatékony adatátvitel legelterjedtebb - gépsorok, robotika, NC gépek stb. PROFIBUS-PA (Process Automation) busztáplálású, Manchester kódolás (MBP) legközelebb van a folyamathoz érzékelők, aktuátorok legelterjedtebb - gépsorok, robotika, NC gépek stb. Mivel FMS és DP ugyanazt a protokollt használja mehet együtt a jel. 4

5 OSI modell nem fontos Használt rétegek: FMS 1,2,7 DP; PA 1,2 5

6 PROFIBUS konfiguráció 6

7 Piaci részesedés - érdekesség óta működik az automatizálásban Jelenleg kicsivel több, mint 20%-ban van jelen a piacon Kb megoldott aplikáció Kb. 5 millió csomópont Több mint féle PROFIBUS gyártmány (nem csak SIEMENS) Jelenleg is fejlesztik, kb 1100 tagú PI társaság 7

8 RS485 kommunikáció DP és FMS Kábel paraméterek (A típusú kábel - gyorsabb): Impedancia: Ohm Kapacitás: < 30 pf/m Hurokellenállás: <= 110 Ohm/km Vezető keresztmetszet: > 0.34mm² Vajon miért olyan fontos ez? Sebesség miatt aluláteresztő szűrő!!! 8

9 Soros jelátvitel Az információ bitenként időben egymás után sorban kerül a vezetékre 9

10 Csavart érpár jelentősége Az erek csavarása kiküszöböli a mágneses térerősség változásából keletkező zavarokat (pl motor indítás szórt fluxus) -> a keletkező zavarjelek kioltják egymást -> induktív csatolás kilőve 10

11 Szimmetrikus vagy differenciális jel jelentősége Szimmetrikus jelátvitel kiküszöböli az elektromos térerősség változásából keletkező zavarokat (pl megszakító kapcsolás keletkező ív) -> a keletkező zavarjelek mindegyik érre ráülnek -> kapacitív csatolás kilőve Árnyékolással a zavartűrés tovább erősíthető 11

12 Lezárás jelentősége reflexió 12

13 Maximális kábelhosszak az adatátviteli sebesség függvényében Baud rate (kbit/sec) Távolság/szegmens 1200 m 1200 m 1200 m 1000 m 400 m m m A zavarok és a csillapítás miatt kell maximálni a kábelhosszakat. Lezárás nélkül kerülni kell az 500kb/sec feletti sebességet. Léteznek olyan csatlakozók, amelyekbe beépítették a lezárást és az bekikapcsolható. 13

14 Egyéb jellemzők Maximum 32 állomás szegmensenként repeater nélkül (127 repeaterrel) Adatvédelem: HD=4, paritásbit, start/end határoló (HD hány bitben térnek el egymástól a kódszavak) Vonal topológia NRZ jelátvitel Ha nagy biztonság kell RS485-IS Létezik optikai szálas kommunikáció is 14

15 PROFIBUS PA vagy MBP Vegyipari, vagy Rb-s környezetben Minden szegmensnek egy tápegysége van. Egy állomás adási ideje alatt nincs tápfeszültség a buszon. Minden terepi eszköz konstans alapáramot fogyaszt. A terepi eszközök passzív áramnyelőként működnek. A fő buszvonal mindkét végére passzív buszvégződést kell elhelyezni. Lineáris-, fa- és csillag topológiájú hálózatok megengedettek. A megbízhatóság növelése érdekében redundáns busz szegmensek is kialakíthatók. Manchester coded, Bus Powered bit szinkron jel Adatvédelem start/end határolók Manchester kód 15

16 PROFIBUS PA vagy MBP 16

17 PROFIBUS PA vagy MBP kábelezés 17

18 PROFIBUS DP kommunikációs protokoll Token ring a masterek között (növekvő címek szerint) Master-slave kommunikáció Broadcast, multicast HD=4 Wachdog a slaveekben 18

19 PROFIBUS DP verziók DP-V0 legalapvetőbb DP funkciók (ciklikus adatátvitel, állomás, modul, csatorna diagnózis ) DP-V1 jobban kapcsolódik a folyamat automatikához aciklikus adatátvitel a PC és PLC között online hozzáférés az eszközhöz alarm funkciók (státusz alarm, gyártói alarmok) DP-V2 még több funkció izokrón slave mód (a csomagok időszórása korlátozva van, min. és max. idő) Data exchange Broadcast, DXB, busz felügyelet, konfigurálás 19

20 PROFIBUS DP masterek DP-V0 DPM1 ciklikus adatcsere (bemenet olvasás, kimenet írás) ilyenek a PLC-k, PC-k DPM2 nem csatlakozik folyamatosan a buszhoz konfigurálja, ellenőrzi a buszt 20

21 PROFIBUS DP DP-V0 Busz hozzáférés Token passing a masterek között, data passing a master és a slave között Mono vagy multimaster üzemmód Max 126 készülék Kommunikáció Peer to peer master-master kommunikáció Ciklikus master-slave kommunikáció Müködésmódok OPERATE: ciklikus jelátvitel CLEAR: inputok olvasása, kimenetek fail-safe állapotban (false állapot) STOP: nincs kommunikáció, csak diagnózis és paraméter beállítás AUTO CLEAR: ha hiba van a buszon, automatikusan clear Szinkronizáció CONTROL: ki és bemenet szinkronizálás SYNC: kimenetek eseményvezérelt szinkronizálása (csak a sync parancsra változik) FREEZE: bemenetek eseményvezérelt szinkronizálása (u.a.) 21

22 PROFIBUS DP védelmi mechanizmus MASTER Data_Control_Timer minden egyes slave modulhoz Figyeli hogy adott időn belül jött-e értelmes válasz Ha hiba és Auto_Clear=true -> clear állapotba a busz SLAVE Watchdog Ha watchdog időn belül érkezik jel a master-től, akkor watchdog reset Ha nem akkor fail-safe állapot+jelzés 22

23 PROFIBUS DP ciklikus adatátvitel 23

24 PROFIBUS DP token gyűrű 24

25 PROFIBUS DP telegrammok felépítése 25

26 PROFIBUS DP nyílt konfiguráció (GSD) fájlok Az egyes eszközök paraméterei eltérőek: buszparaméterek, diagnosztikai funkciók, ki/bemenetek viselkedése stb. Könnyebb kezelhetőség érdekében egy könnyen elérhető fájl tartalmazza az össze lényeges paraméter Weben is elérhető 26

27 PROFIBUS DP GSD fájl ;General parameters GSD_Revision = 3 Vendor_Name = "PNO WG GSD" Model_Name = "GSD Example E10" Revision = "V1.0" Ident_Number = 0x0000 Protocol_Ident = 0 Station_Type = 0 FMS_supp = 0 Hardware_Release= "HW_R" Software_Release= "SW_R" 9.6_supp = _supp = _supp = _supp = _supp = 1 500_supp = 1 1.5M_supp = 1 3M_supp = 1 6M_supp = 1 12M_supp = 1 MaxTsdr_9.6 = 60 MaxTsdr_19.2 = 60 MaxTsdr_45.45 = 250 MaxTsdr_93.75 = 60 MaxTsdr_187.5 = 60 MaxTsdr_500 = 100 MaxTsdr_1.5M = 150 MaxTsdr_3M = 250 MaxTsdr_6M = 450 MaxTsdr_12M = 800 Redundancy = 0 Repeater_Ctrl_Sig = 2 24V_Pins = 0 Implementation_Type = "Implementation" Bitmap_Device = "DIB_NamN" Bitmap_Diag = "DIB_NamD" Bitmap_SF = "DIB_NamS" 27

28 PROFIBUS DP GSD fájl ; Slave-Specification: Freeze_Mode_supp = 1 Sync_Mode_supp = 1 Set_Slave_Add_Supp = 0 Auto_Baud_supp = 1 Min_Slave_Intervall = 1 Fail_Safe = 0 Max_Diag_Data_Len = 13 Modul_Offset = 0 Slave_Family = 3@Sub1@Sub2 Modular_Station = 1 Max_Module = 10 Max_Input_len = 50 Max_Output_len = 50 Max_Data_len =

29 PROFIBUS DP implementáció ASIC = application-specific integrated circuit FPGA = field-programmable gate array 29

30 PROFIBUS DP implementáció 30

31 Programozás - STEP7 Egyszerű eset GSD fájl rendelkezésre áll Nem kívánunk extrát a berendezéstől Bonyolultabb eset Vagy nincs GSD fájl és nekünk kell elkészíteni a kommunikációs protokollt Vagy olyan extrát kívánunk a rendszertől, ami másfajta kommunikációt kíván mint a megadott (fordított sorrendű kiolvasás, egyéni paraméterbeállítás stb.) Az adat nem könnyedén kezelhető a STEP7 programban VAN ADATLAP!!! 31

32 Programozás egyszerű eset GSD importálása a rendszerbe Egységek konfigurálása, paraméterek beállítása Programozás mintha egy tényleges be/kimenet lenne a PLC-ben 32

33 33

34 Programozás bonyolultabb eset STL Explanation ========================================= Call fc 1 //DP_SEND funkció hívás CPLADDR := W#16#0120 //Címzett SEND := P#db17.dbx0.0 byte 103 //Mit küld DONE := M 98.1 //Ha elkészült ERROR := M 98.2 //Hiba STATUS := MW 104 //Státusz, hiba 34

35 Programozás bonyolultabb eset STL Explanation ========================================= call fc 2 //DP_RECV funkció hívás CPLADDR := W#16#0120 RECV := P#db18.dbx240.0 byte 103 NDR := M 99.1 ERROR := M 99.2 STATUS := MW 105 DPSTATUS:= MB 0 35

36 Irodalomjegyzék - Profibus rendszerleírás - Műszaki áttekintés SIEMENS SIMATIC STEP7 Help Jegyzet elérhetősége Köszönöm a figyelmet 36