Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2016. 11.
PROFIBUS -DP (Distributed Peripherals) IEC 61158-3/EN 50170 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 61158-2 az ipari folyamatirányítás számára fejlesztették terepi busz RB-s környezetbe telepíthatő tápfeszültség és kommunikáció azonos érpáron
PROFIBUS AS-i (Actuator-Sensor interface) IEC62026/EN 50295 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
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 61158-2
Hálózat kialakítása Programozható vezérlők I/O modul Operátori egység Vezérlő egység Programozói egység
Hálózat kialakítása
Hálózat kialakítása
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
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)
Adatátviteli jellemzők (IEC 61158-3) 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 20-30 szokott lenni használatukkal növelhető a szegmens hossza
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))
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; 45.45 kbps; 93.75 kbps; 187.5 kbps; 500 kbps; 1.5 Mbps; 3 Mbps; 6 Mbps; 12 Mbps
Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC 61158 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) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 1500 1200 távolságok (m) 1200 1200 1200 1000 400 200 100
Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC 61158 Jellemzők: tömör, csavart érpár, árnyékolt. 22AWG 0.32 mm2. A szigetelés színe lila. Sub D9 csatlakozó, dasy-chain, a kapcsoló a lánc megszakítására és terminálásra szolgál
Eszköz címek Elvárások a címmel szemben: egy hálózaton az eszköz címének egyedinek kell lennie a cím egy 0-125 közötti szám lehet a cím általában beállítható az eszközön mikrokapcsoló segítségével (HW cím) de át is programozható (SW cím) DIP kapcsoló
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.
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
Kialakítás, jellemzők A PROFIBUS PA (Process Automation) rendszer ipari folyamatirányítási céllal lett létrehozva. Szorosan kapcsolódik a PROFIBUS DP-hez.
Adatátviteli jellemzők - IEC 61158-2 Átvitel jellege Digitális, bit-szinkron, Manchester kódolás Átviteli sebesség 31.25 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
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 45.45 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!
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.)
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
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.
Megjelenése a CFC-ben (Continous Flow Chart)
Fizikai réteg (IEC 61158-2 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 100 100 15-20 ma p-p PS 0,75-1 Vp-p Vétel Adás Profibus PA Lezáró RC, C= 10 μf- 31,25 kbps t
Fizikai réteg (IEC 61158-2 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 1 0 1 0 0 0 1 1 Adat Manchester kód
Fizikai réteg (IEC 61158-2 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-
Fizikai réteg kábelek (IEC 61158-2 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
Kábelek, csatlakozók, elosztók Bus Stop Junction Box Gyújtószikramentes rendszerekhez Nem gyújtószikramentes rendszerekhez SpliTConnect
Kialakítható rendszerek DP/PA Coupler = busz tápegység Az eszközök száma korlátozott, a korlát a rendelkezésre álló áram!
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
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!
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.
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