Készítette: Dr. Füvesi Viktor

Átírás

1 Készítette: Dr. Füvesi Viktor

2 PROFIBUS -DP (Distributed Peripherals) IEC /EN kommunikácíót biztosít a PLC és a távoli perifériák között nagysebességű adatátvitel alacsony költség/csatlakozási pont PROFIBUS - FMS (Fieldbus Message Specification) a PROFIBUS 7. rétege az ipari folyamatirányításban nincs nagy szerepe FMS és DP elemek képesek kommunikálni azonos vezetéken PROFIBUS -PA (Process Automation) a PROFIBUS DP-n alapszik IEC az ipari folyamatirányítás számára fejlesztették terepi busz RB-s környezetbe telepíthatő tápfeszültség és kommunikáció azonos érpáron

3 PROFIBUS AS-i (Actuator-Sensor interface) IEC62026/EN egyszerű bináris szenzorok és aktuátorok számára tápfeszültség és kommunikáció azonos érpáron alacsony kötség/csatlakozási pont PROFInet kommunikációs szabvány ethernet bázisú ipari kommunikáció általános, mindenhol használható rendszer fejlesztés alatt

4 Rétegek FMS DP PA Application Profiles Felhasználói szint DP-Functions Alkalmazási réteg (7) FMS nem használt Adatkapcsolati réteg (2) Fizikai réteg (1) Fieldbus Data Link (FDL) Polling RS-485/üvegszál IEC interface IEC

5 Hálózat kialakítása Programozható vezérlők I/O modul Operátori egység Vezérlő egység Programozói egység

6 Hálózat kialakítása

7 Hálózat kialakítása

8 Kommunikációs feladatok Eszköz típusok DP master Class 2 (DPM2), mérnöki, vagy diagnosztikai állomás DP master Class 1 (DPM1), programozható vezérlők (PLC vagy PC) DP slave bináris, vagy analóg I/O-val rendelkező eszközök (hajtás, szelep, kontaktusok) Busz hozzáférés token passing mono master vagy multi master rendszer lehetséges Max. 126 eszköz lehetséges a buszon Két kommunikációs fajta: ciklikus Master-Slave kommunikáció aciklikus kommunikáció

9 Adatkapcsolati réteg - Media Access Protocol A média hozzáférési protokoll (MAC) megadja, hogy egy állomás mikor adhat, biztosítja, hogy egyszerre csak egy állomás adjon. A MAC-al szemben támasztott két alapkövetelmény: Multi Master hálózatokon biztosítani kell, hogy az egyes master-ek előre meghatározott idő alatt teljesítsék a kommunikációs feladataikat. Master-Slave ciklikus kommunikáció olyan gyors és egyszerű legyen, amilyen lehetséges. A MAC tartalmaz token passing eljárást (hálózat vezérlés átadása master-ek között) master-slave eljárást (ciklikus adatátvitel)

10 Adatátviteli jellemzők (IEC ) Átvitel jellege Átviteli sebesség Kábel Tápfeszültség ellátás RB besorolás Hálózati topológia Állomások száma Repeaterek Digitális, RS-485 max 12 Mbit/s árnyékolt érpár (lazán csavart) külön vezetéken nincs besorolva, már van RS485-IS egyenes, fa, illetve kevert rendszer max. 125, tipikusan szokott lenni használatukkal növelhető a szegmens hossza

11 DP V0,V1,V2 PROFIBUS DP-V0 alapvető funkciók ciklikus kommunikáció diagnosztika PROFIBUS DP-V1 magasabb rendű funkciók ciklikus és aciklikus kommunikáció paraméter állítás, alarm kezelés, vizualizálás PROFIBUS DP-V2 fejlett szinkronizálási rendszer (pl.: hajtások irányításához (isochronous)

12 Fizikai réteg - RS-485 adatátvitel Elvárások: nagy biztonságú adatátvitel nagy távolság (km-s távolságok!) alacsony kábelezési és interface költségek Adatátviteli technikák RS-485, réz alapú (FMS/DP) száloptika (üveg vagy műanyag) (FMS/DP) Átviteli sebességek a PROFIBUS-DP hálózaton 9.6 kbps; 19.2 kbps; kbps; kbps; kbps; 500 kbps; 1.5 Mbps; 3 Mbps; 6 Mbps; 12 Mbps

13 Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC VP (6) 1. állomás 2. állomás 390 Ohm RxD/TxD-P (3) (3) RxD/TxD-P adat vezeték RxD/TxD-P (3) DGND (5) (5) DGND 220 Ohm VP (6) RxD/TxD-N (8) (6) VP (8) RxD/TxD-N adat vezeték RxD/TxD-N (8) 390 Ohm védőföld védőföld DGND (5) kábelezés Busz Terminálás Baud rate (kbps) távolságok (m)

14 Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC Jellemzők: tömör, csavart érpár, árnyékolt. 22AWG 0.32 mm2. A szigetelés színe lila. SUD D9 csatlakozó, dasy-chain, a kapcsoló a lánc megszakítására és terminálásra szolgál

15 Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC Kapcsolatot biztosít: A PROFIBUS DP hálózat és az olyan perifériák között mint például az ET200is. maximum 32 slave eszköz köthető rá ET200is RS485-IS

16 Eszköz címek Elvárások a címmel szemben: egy hálózaton az eszköz címének egyedinek kell lennie a cím egy közötti szám lehet a cím általában beállítható az eszközön mikrokapcsoló segítségével (HW cím) de át is programozható (SW cím) DIP kapcsoló

17 Konfigurálás A PROFIBUS hálózaton konfigurálás nélkül nincs kommunikáció! Ciklikus kommunikácíóban csak akkor vesz rész egy eszköz, ha a buszt vezérlő (valamelyik) Master-t erre felprogramozták. A konfigurálást egy konfigurátorral, pl. SIMATIC MANAGER-el kell elvégezni.

18 Hálózat tesztelés BT200 hálózat teszter: kábel hiba feltárás erek közötti rövidzár/szakadás ér, illetve árnyékolás rövidzár káros visszaverődések mérése beépített kábel hosszának meghatározása használható slave eszközök címeit listázza

19 Kialakítás, jellemzők A PROFIBUS PA (Process Automation) rendszer ipari folyamatirányítási céllal lett létrehozva. Szorosan kapcsolódik a PROFIBUS DP-hez.

20 Adatátviteli jellemzők - IEC Átvitel jellege Digitális, bit-szinkron, Manchester kódolás Átviteli sebesség kbps Biztonság Preamble, error-proof start és delimiter Kábel árnyékolt érpár Tápfeszültség ellátás kommunikációs vezetéken (busz táplált) RB besorolás EEx ia/ib és EEx d/m/p/q Hálózati topológia egyenes, fa, illetve kevert rendszer Állomások száma max. 32 szegmensenként, összesen 126 Repeaterek max. 4 repeater építhető be

21 Kapcsolat a PROFIBUS DP-vel A PROFIBUS DP és a PROFIBUS PA rendszerek összekapcsolására két lehetőség adott: DP/PA Coupler csak jelszint és kódolást változtat, teljesen átlátszó eszköz. A DP oldal sebessége csak kbit/s lehet! DP Link + DP/PA Coupler A DP Link egy DP/DP csatoló, a két DP oldal sebessége eltérő lehet. Így a lassú PA oldal nem fogja vissza a többi DP-s egységet!

22 Konfigurálás A PROFIBUS PA buszon lévő eszközök konfigurálására a PDM (Process Device Manager) használatával történik. Konfigurálható: Eszköz cím (nem mindegyik eszközön van HW cím állítási lehetőség pl.: SITRANS T3K PA, gyári címe: 126! Function block jellemzők (méréshatár, alarmok, mérnöki egység, skálázás stb.)

23 H1 -Profibus PA Távadó blokkok Delta P Távadó Csak egy Resource Block PB=Physical/Resource Block device hardware Device information Value dp TB=Transducer Block specific application Value/status Parameter FB=Function Block AI= Analog Input, stb. OUT dp Value T TB=Transducer Block Value/status FB=Function Block OUT T Parameter Több Transducer Block lehetséges

24 FF-891 és FF-892 szábványosak Resource Block (csak egy lehetséges egy eszközben) gyártó, eszköz típus, sorozatszám, öndiagnosztika, gyári beállítások, eszköz leírás, gyártási idő, SW revízió, HW revízió, TAG stb. Transducer Block (ki-, illetve bemenetenként egy) Szenzor kalibráció, alarmok, szenzor típus, konverziós tényezők, mérnöki egység, stb. Function Block (több lehetséges) Analog Input AI Analog output AO Digital Input DI stb.

25 Megjelenése a CFC-ben (Continous Flow Chart)

26 Fizikai réteg (IEC MBP) PROFIBUS PA H1 Szabályozási célra (szint, nyomás, hőmérséklet, stb.) KÉT VEZETÉK - tápfeszültség és kommunikáció ugyanazon a vezetéken (BUS POWERED) Gyújtószikramentes gát (IS-intrinsically safe barrier) beépíthető Távadó jele: 10 ma; 31,25 kbps 50 mellett, feszültség: 1 Vp-p Áram V ma p-p PS 0,75-1 Vp-p Vétel Adás Profibus PA Lezáró RC, C= 10 μf- 31,25 kbps t

27 Fizikai réteg (IEC MBP) Átvitel típusa: szinkron, soros, halfduplex Jel: kétfázisú Manchester kód nincs start és nincs stop bit (szinkron átvitel) felfutó él=0, lefutó él=1 Órajel Adat Manchester kód

28 Fizikai réteg (IEC MBP) Adatátvitel preamble mint a telefonálásnál a csengőjel (órák összehangolása) start delimiter ez nem Manchester, ez egy adat data (a második rétegből) end delimiter Nem kódolt bitek: Non-data positive N+ Non-data negative N-

29 Fizikai réteg kábelek (IEC MBP) Típus Megnevezés Méret Fajlagos ellenállás Csillapítás Max. hossz A Árnyékolt, csavart érpár (STP- Shielded Twisted Pair) 18 AWG 0.8 mm2 22 Ohm/km 3 db/km 6232 ft 1900 m B Több érpáros, csavart, árnyékolt (MTPS Multi Twisted Pair with Shield) 22 AWG 0.32 mm2 56 Ohm/km 5 db/km 3936 ft 1200 m C Több érpáros, csavart, (MTP Multi Twisted Pair) 26 AWG 0.13 mm2 132 Ohm/km 8 db/km 1312 ft 400 m D Sodrott, csavarás nélküli, árnyékolt 16 AWG 1.25 mm2 20 Ohm/km 8 db/km 656 ft 200 m

30 Kábelek, csatlakozók, elosztók Bus Stop Junction Box Gyújtószikramentes rendszerekhez Nem gyújtószikramentes rendszerekhez SpliTConnect

31 Kialakítható rendszerek DP/PA Coupler = busz tápegység Az eszközök száma korlátozott, a korlát a rendelkezésre álló áram!

32 Méretezés: csillapítás, szegmenshossz Kábeltípus: Standard ac = 3 db/ km (39 khz) ut = 0.75 V (peak to peak) ur = 0.15 V lmax =? PROFIBUS PA gerinc l Lezáró U, u Ut ut = 0.75V t u transmitter 0.75 V at = 20 * lg u receiver = 20 * lg = 14 db 0.15 V at 14 db lmax = = ac = 4.6 km 3 db/km

33 Méretezés: eszközszám Kábeltípus: Standard Ic rc Lezáró rc = 22 /km; l = 1 km Ut = 20 V Ut Id Id Uc Id Id = 20 ma Udmin = 9 V n =? n. l Rc = 2 rc * l = 2 * 22 /km * 1 km = 44 Ucmax = Ut - Udmin = 20 V - 9 V = 11 V Ucmax 11 V Icmax = Rc = 44 = 250 ma Icmax 250 ma n = = = 12 Id 20 ma

34 Távolságok és elemek száma gyújtószikramentes gát alkalmazása esetén A maximálisan rendelkezésre álló áram csökken a vezeték hosszának növelésével! I max = U üresjárati R + forrás - U min U min = R kábel 9 V A tipusú kábel esetén: 0 m 90 ma Ebből az áramból kell az eszközöknek táplálkozniuk 250 m 80 ma I max 80mA 500 m 70 ma 1500 m 50 ma n = I eszköz = = 4 20mA

35 Jelismétlő Smar RP302 Repeater megtisztítja a jeleket a zavaroktól, újra formázza és tovább adja, kétirányú max. 4 repeater kapcsolható egymás után a PROFIBUS PA szegmens hossza repeaterenkent 1900 méterrel növelhető transzformátoros leválasztás DC leválasztás jel határoló mikroprocesszor

36 Kialakítás, jellemzők IEC62026 Átvitel jellege Átviteli sebesség Kábel Tápfeszültség ellátás RB besorolás Hálózati topológia Állomások száma Kábel hossz Digitális, bit-szinkron, Manchester kódolás 167 kbaud, 5ms reakció idő speciális, profilos lapos kábel kommunikációs vezetéken (busz táplált) nincs egyenes, fa, illetve kevert rendszer max. 31 slave, 1 master max. 100m

37 Kódolás, kommunikáció Az AS-i busz Manchester kódolást használ. Az AS-i üzenet egyszerű, a Master kérdez, a Slave rögtön válaszol. Egyszerű kérdés, egyszerű válasz!

38 Címzés, adatok A buszon minden eszköznek egyedi címmel kell rendelkeznie! A cím beállítása programozó készülékkel, vagy a buszon keresztül lehetséges. A buszon max. 31 slave eszköz lehet, mindegyik eszköz 4 input, illetve 4 output bittel rendelkezik. Ez összesen 124 input, illetve output bitet jelent! Az AS-i buszon a kommunikáció pollozás jellegű, egy eszközre 5 ms-onként kerül sor. A AS-i új verziója (v 2.0) 62 slave csatlakoztatását teszi lehetővé.

39 Csatlakozás, modulok A modulok a kábelre egyszerüen, vezetékbontás nélkül felhelyezhetők, illetve levehetők. A kábel szigetelése az így keletkezett apró lyukakat tömíti. AS-I interface mechanika Polaritás csere ellen védett kábel Érintkező tűk

40 GSD file-ok GSD Gerate Stämm Daten (eszköz alap adatok) Minden Profibus eszköz, illetve azok lehetőségei GSD file-okban vannak definiálva Elektronikus adatlap Minden eszköz specifikus adatot tartalmaz: supported baud rate, supported message length input/output data volume meanings of diagnosis messages options for modular devices generated by manufacturers Minden eszköznek a saját verziójának megfelelő GSD file-t igényel!

41 FDT - Field Device Tool DTM Device Type Manager FDT = Univerzális konfigurációs megoldás terepi buszokhoz. Kompatibilis: Profibus Foundation Fieldbus HART Önmagában az FDT még nem ismeri az eszközöket, az csak egy keretprogram. Szüksége van még egy DTM-re, amelyet az eszköz gyártójának kell szolgáltatnia. A DTM egy adat halmaz, nem program. Az FDT és DTM páros segítségével központosítani lehet az eszközök konfigurálását, adatainak tárolását, dokumentálását.