Ipari buszrendszerek PROFIBUS Készítette: Tomozi György
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
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
OSI modell nem fontos Használt rétegek: FMS 1,2,7 DP; PA 1,2 5
PROFIBUS konfiguráció 6
Piaci részesedés - érdekesség 1995 -óta működik az automatizálásban Jelenleg kicsivel több, mint 20%-ban van jelen a piacon Kb. 500 000 megoldott aplikáció Kb. 5 millió csomópont Több mint 2000 -féle PROFIBUS gyártmány (nem csak SIEMENS) Jelenleg is fejlesztik, kb 1100 tagú PI társaság 7
RS485 kommunikáció DP és FMS Kábel paraméterek (A típusú kábel - gyorsabb): Impedancia: 135-165 Ohm Kapacitás: < 30 pf/m Hurokellenállás: <= 110 Ohm/km Vezető keresztmetszet: > 0.34mm² Vajon miért olyan fontos ez? Sebesség miatt aluláteresztő szűrő!!! 8
Soros jelátvitel Az információ bitenként időben egymás után sorban kerül a vezetékre 9
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
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
Lezárás jelentősége reflexió 12
Maximális kábelhosszak az adatátviteli sebesség függvényében Baud rate (kbit/sec) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 Távolság/szegmens 1200 m 1200 m 1200 m 1000 m 400 m 1500 200 m 12000 100 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
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
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
PROFIBUS PA vagy MBP 16
PROFIBUS PA vagy MBP kábelezés 17
PROFIBUS DP kommunikációs protokoll Token ring a masterek között (növekvő címek szerint) Master-slave kommunikáció Broadcast, multicast HD=4 Wachdog a slaveekben 18
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
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
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
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
PROFIBUS DP ciklikus adatátvitel 23
PROFIBUS DP token gyűrű 24
PROFIBUS DP telegrammok felépítése 25
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
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 = 1 19.2_supp = 1 45.45_supp = 1 93.75_supp = 1 187.5_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
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 = 100 28
PROFIBUS DP implementáció ASIC = application-specific integrated circuit FPGA = field-programmable gate array 29
PROFIBUS DP implementáció 30
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
Programozás egyszerű eset GSD importálása a rendszerbe Egységek konfigurálása, paraméterek beállítása Programozás mintha egy tényleges be/kimenet lenne a PLC-ben 32
33
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
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
Irodalomjegyzék www.profibus.com - Profibus rendszerleírás www.fsz.bme.hu/traficc/profibus/ - Műszaki áttekintés www.wikipedia.org SIEMENS SIMATIC STEP7 Help Jegyzet elérhetősége www.sze.hu/~tomozi www.tomovill.hu/hasznos Köszönöm a figyelmet 36