profibus system description - siemens · profibus technologie i aplikacje, listopad 2004 1 wstęp...

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004

PROFIBUSTechnologie i aplikacje

Opis systemu

Otwarty standard dla automatyki przemysłowej


WstępAutomatyka ciągle podlega zmia-nom i innowacjom. Nie tak dawnozmiany te odnosiły się tylko do ob-szaru samej produkcji w zakładzie.Zastosowanie technologii siecio-wych wprowadziło rewolucyjnezmiany polegające na zmianiesystemu centralnego na systemrozproszony. Obecnie sieć PRO-FIBUS obchodzi 10-cio lecie po-wstania.

W ciągu tych dziesięciu lat siećPROFIBUS stała się liderem wtechnologii systemów rozproszo-nych. Pomimo tak znaczącegosukcesu sieć PROFIBUS ciąglejest rozwijana i unowocześniana.Początkowo skupiono się tylko natechnice komunikacji. Obecnie jed-

nak duży nacisk kładzie się na peł-ną integrację systemu oraz wszczególności na rozwój profiliaplikacyjnych. Profile te sprawiły,że sieć PROFIBUS połączyła au-tomatykę przemysłową i proceso-wą.

Dodatkowo technologia IT (Infor-mation Technology ) kreuje rozwójnowoczesnej automatyki. Obecnieinteligentne systemy sieciowe mu-szą zaadoptować technologie IT copozwala na większą integrację zsystemami zarządzania zakładem.Ten kierunek rozwoju spowodował,że automatyka przemysłowa wkro-czyła w świat sieci biurowej, powo-dując głębokie zmiany i nowe tren-dy w systemach obsługi i zarzą-

dzania automatyki. Dodatkstworzono nowe możliwości wkresie komunikacji pomiędzy temami automatyki. W oparcdotychczasowe doświadczeniaPROFIBUS została rozszerzozaadoptowana do świata komkacji Ethernet tworząc stanPROFInet.

Zastosowanie otwartych standów zapewnia pewną i długotrkompatybilność oraz zabezpienie istniejących inwestycji. Jenadrzędnym celem OrganiUżytkowników Sieci PROFIBUPNO, a ciągły rozwój technoPROFIBUS zapewni nasczłonkom długotrwałą perspekrozwoju.

.

PROFIBUS PNO

Szanowni Państwo,

PROFIBUS PNO jest międzynarodową organizacktóra zajmuje się rozwojem i standaryzacją sieprzemysłowych w automatyce. Pomagamy użytkonikom i producentom urządzeń pracujących w siePROFIBUS wykorzystać najnowsze i najlepsze rowiązania i technologie. Naszym członkom zapeniamy stały dostęp do wiedzy i informacji technicnych.

Nasza organizacja powstała aby realizować i chronotwarty standard komunikacji i sterowania.

ją,ci

w-ciz-w-z-

ić

1

owo za-sys-iu o siećna iuni-

dard

dar-wałacze-st tozacjiS –logiizymtywę


Spis treści

Wstęp 1

Spis treści ....................................................................2

Informacje ogólne ........................................................2

1. Komunikacja w automatyce..................................3

1.1 Komunikacja przemysłowa............................31.2 Ogólne informacje o sieciach polowych ........41.3 Międzynarodowastandaryzacja ..............................................................4

2. PROFIBUS informacje ogólne.............................6

2.1 Historia ..........................................................62.2 Pozycja na rynku...........................................62.3 Organizacja ...................................................62.4 PROFIBUS ”Tool Box” ......................72.4.1 Technologie transmisyjne..............................72.4.2 Protokoły komunikacyjne..............................82.4.3 Profile ............................................................82.5 PROFIBUS - Klucz do sukcesu....................8

3. PROFIBUS Transmisja i komunikacja ...........9

3.1 Technologia transmisji...................93.1.1 Technologia transmisji RS485.....................93.1.2 Transmisja w technice MBP .......................10Zasady tworzenia instalacji w technologii MBP .........113.1.3 Technologia transmisji poprzez światłowód 11Model FISCO.............................................................123.2 Protokół komunikacyjny DP.......................123.2.1 Funkcje podstawowe .......................................13DP-V0 133.2.2 Wersja DP-V1...................................................163.2.3 Wersja DP-V2...................................................163.2.4 Adresacja poprzez Slot.....................................17i Indeks 17

4. Ogólne Profile aplikacyjne .................19

4.1 PROFIsafe ..................................................194.2 HART w sieci PROFIBUS DP ..................19

4.3 Znacznik czasowy - Time Stamp...............204.4 Redundancja stacji Slave ............................20

5. Specyficzne profile aplikacyjne...........................21

5.1 PROFIdrive .................................................215.2 Stacje PA ....................................................225.3 Profil Fluid Power ........................................245.4 Urządzenia SEMI ........................................245.5 System identyfikacji - Ident..........................245.6 Zdalne wejścia/wyjścia w modułach PA ......24

6. Profile systemowe ..............................................25

7. Device Management...........................................27

7.1 GSD 277.2 EDD 287.3 Koncepcja FDT/DTM ...........................................29

8. Kontrola jakości ..................................................30

8.1 Procedura testu...........................................308.2 Certyfikat zgodności ....................................30

9. Implementacja układów......................................31

9.1 Standardowe komponenty...........................319.2 Implementacja interfejsów...........................32

10. PROFInet ...........................................................33

10.1 Model inżynierski PROFInet....................3310.2 PROFInet Model komunikacyjny..............3310.3 PROFInet Model Migracji .......................3410.4 XML.............................................................3410.5 OPC oraz OPC DX......................................34

PROFIBUS International ..........................................35

PROFIBUS ................................................................37

Informacje ogólneNiniejszy dokument opisuje pod-stawowe zagadnienia związane zsiecią PROFIBUS oraz przedsta-wia najnowocześniejsze technolo-gie, które dostępne są w systemiePROFIBUS. Broszura ta dedyko-wana jest nie tylko dla użytkowni-ków sieci, którzy pragną zasięgnąćpodstawowych informacji na tematsieci, ale również zachęcamy eks-pertów do pogłębienia swojej wie-dzy i skorzystania z dodatkowej fa-chowej literatury, która w większo-ści dostępna jest w internecie nastronach organizacji PNO w posta-ci elektronicznej.

Rozdziały 1 i 2 zawierają podsta-wowe informacje odnośnie tech-nologii systemu sieci PROFIBUSoraz jej wykorzystanie i zastoso-wanie.

Rozdziały 3 do 6 opisują podsta-wowe aspekty sieci PROFIBUSoraz wskazują na powody i celezastosowania poszczególnychrozwiązań.

Rozdziały te przedstawiają modu-łową strukturę sieci PROFIBUS,począwszy od technologii komuni-kacji do dostępnych profili aplika-cyjnych.

Rozdziały 7 do 9 opisują pewnezagadnienia bardziej praktycznie.Skupiają się na obsłudze urządzeń,aplikacjach i certyfikacji.

Rozdział 10 opisuje teorię nowegostandardu PROFInet.

Rozdział 11 opisuje pracę i struk-turę Organizacji UżytkownikówSieci PROFIBUS PNO.

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004 3

1. Komunikacja w au-tomatyce

Możliwość komunikacji urządzeń isystemów oraz spójna technologiaprzekazywania informacji stanowipodstawę koncepcji komunikacjisystemów automatyki. Komunika-cja łączy stacje w płaszczyźnie po-ziomej, jak i pionowej zapewniającdostęp do najniższej komórkiobiektu. Hierarchiczny i zoriento-wany obiektowo system komunika-cji, taki jak standard PROFIBUS zmożliwością przejścia do innychpoziomów np. sieć AS-Interface lubEthernet (poprzez PROFInet)(patrz Rys.1), stwarza idealnemożliwości do tworzenia sieci wewszystkich obszarach produkcji.

1.1 Komunikacja przemysło-wa

Na najniższym poziomieobiektu AS-I sygnały z binarnychczujników i elementów wykonaw-czych transmitowane są poprzezsieć sygnałową. Daje to prostą istosunkowo tanią technologięprzesyłania danych i zasilania tymsamym kablem. AS-Interface sta-nowi idealne rozwiązanie dla tegotypu aplikacji i wymagań.

Na poziomie polowym rozpro-szone stacje takie jak moduły I/O,przetworniki, napędy, zawory i pa-nele operatorskie komunikują się zsystemem automatyki poprzez wy-dajny system komunikacji PROFI-BUS. Transmisja danych proceso-wych odbywa się cyklicznie, pod-czas gdy dodatkowe przerwania,dane konfiguracyjne i diagnostycz-

ne przesyłane są acyklicznie nażądanie. PROFIBUS w pełni speł-nia te wymagania i daje uniwersal-ne możliwości komunikacji w au-tomatyce.

Na poziomie sterowania ste-rowniki programowalne takie jakPLC i IPC komunikują się z innymisystemami IT i siecią biurową po-przez Ethernet, TCP/IP, Intranetoraz Internet. Tego typu informacjewymagają dużych pakietów danychi wydajnej komunikacji.

Podobnie jak PROFIBUS, opartyna bazie sieci Ethernet - standardPROFInet, spełnia stawiane tutajwymagania.

Poniżej opisano szczegółowo siećPROFIBUS jako centralny link sta-nowiący przepływ informacji w au-tomatyce. Informacje odnośnie sie-ci AS-Interface można znaleźć wdodatkowej literaturze technicznej.Natomiast standard PROFInet opi-sano w rozdziale 10.

Sieci polowe pozwalają na ko-munikację przemysłową z wyko-rzystaniem różnych mediów trans-misji, takich jak kabel miedziany,światłowód lub komunikacja bez-przewodowa do połączenia róż-nych urządzeń polowych (czujniki,elementy wykonawcze, napędy,przetworniki, itp.) z jednostką cen-tralną lub systemem nadrzędnym.Technologia sieci polowych zostałarozwinięta w latach 80-dziesiątych,a jej celem było zastąpienie po-wszechnie stosowanej technikicentralnej okablowania. Z powoduróżnych wymagań i preferencjirozwiązań poszczególnych produ-centów, opracowano liczne syste-my sieciowe na rynku. Większośćoparto na standardzie IEC 61158oraz IEC 61784. PROFIBUS jest

integralną częścią tych standar-dów.

Ostatnio zaczął rozwijać się syste-my komunikacyjne oparte na sieciEthernet. Stwarza to duże możli-wości komunikacyjne pomiędzyróżnymi poziomami automatyki isiecią biurową. PROFInet stanowiprzykład tego typu sieci opartej nasystemie Ethernet.

Konieczność koordynowania, roz-woju i dystrybucji systemów sie-ciowych na rynku zaowocowałopowstaniem Organizacji Użytkow-ników Sieci takich jak PROFIBUSUser Organization PNO i równole-gle PI dla sieci PROFIBUS i PRO-FInet.

Zalety użytkowe sieci dają mo-tywację i bezpieczeństwo dalszegorozwoju technologii sieci polowych.Dodatkowo zapewniły poważną re-dukcję całościowych kosztów, jakrównież wzrost wydajności i jakościsystemów automatyki. Wyraźnezalety są widoczne przy łatwejkonfiguracji, okablowaniu, inży-nieringu i uruchomieniu sieci, jak ipóźniej w trakcie normalnej pracy.Główną jednak zaletą jest redukcjakosztów eksploatacyjnych sieci.Mamy również do dyspozycji bo-gatą diagnostykę i ważne informa-cje dla służb utrzymania ruchu iserwisu.

Sieci polowe znacznie zwiększyłyelastyczność i wydajność instalacji,w porównaniu z tradycyjnymi tech-nologiami.

Obecnie sieć PROFIBUS wykorzy-stywana jest praktycznie w więk-szości obiektów przemysłowychzarówno w automatyce proceso-wej, jak i liniach produkcyjnych.

Sensor/actuator level

Automation

Production

Enterprise

Field

communications

Data

communications

PROFInet IEC 61158/61784PROFIBUS IEC 61158/61784AS-Interface IEC 62026

Field level

Cell level

Poziom czujników

Automatyka

Produkcja

Zarządzanie

Kom

unik

acja

pol

owa

Kom

unik

acja

dan

ych

PROFInet IEC 61158/61784PROFIBUS IEC 61158/61784AS-Interface IEC 62026

Poziom sterowania

Poziom zarządzania

Rys. 1: Komunikacja w automatyce

PROFIBUS Technologie i Aplikacj4

1.2 Ogólne informacje o sie-ciach polowych

Model referencyjny ISO/OSIopisuje komunikację pomiędzy sta-cjami w systemie sieciowym orazdefiniuje zasady transmisji i inter-fejs wykorzystywany w danymprotokole. W 1983, Międzynarodo-wa Organizacja dla celów Standa-ryzacji (ISO) ustanowił model refe-rencyjny OSI ("Open Systems In-terconnection Reference Model"),który definiuje elementy, strukturę izadania związane z komunikacją.Model został podzielony na siedemwarstw (Rys. 2). Każda z warstwspełnia specjalne funkcje w proce-sie komunikacyjnym. Jeżeli jednaksystem komunikacyjny nie wymagaktórejś z funkcji, wtedy odpowied-nia warstwa nie jest wykorzystywa-na i jest pomijana. PROFIBUS wy-korzystuje warstwy 1, 2 oraz 7.

Protokoły komunikacyjne de-finiują sposób w jaki dwie lub wię-cej stacji wymieniają dane wyko-rzystując odpowiednie ramki ko-munikacyjne. Ramka danych za-wiera różne pola związane z infor-macjami sterującymi meldunkami.Pole danych bieżących poprzedza-ne jest nagłówkiem (adres stacjiźródłowej i docelowej oraz szcze-góły związane z danym meldun-kiem) oraz zakończone stopką wcelu zabezpieczenia danych, zuwzględnieniem korekcji transmisjii wykrywaniem błędów.

Cechą sieci polowych jest opty-malna transmisja małej ilości da-nych, krytycznych czasowo orazmaksymalne uproszczenie proce-su transmisji.

Kontrola dostępu do sieci

(MAC, Medium Access Control)jest specjalną procedurą, któraokreśla w jakim momencie stacjamoże wysyłać dane. Przy czymstacje aktywne mogą same rozpo-czynać wymianę danych, a stacjepasywne mogą tylko rozpocząćkomunikację jeżeli dostaną zapyta-ne od stacji aktywnej.

Ponadto rozróżnia się procedurydostępu deterministyczne z pracąw trybie rzeczywistym - real-time(master-slave w sieci PROFIBUS)oraz losowe, nie-deterministyczne(CSMA/CD w sieci Ethernet).

Adresacja wymagana jest dojednoznacznej identyfikacji danejstacji. Nadawanie adresu odbywasię poprzez odpowiedni przełącznikadresowy (adresacja sztywna) lubprzez odpowiedni parametr pro-gramowy (adresacja programowa).

Usługi komunikacyjne okre-ślają zadania komunikacyjne danejstacji związane z cykliczną orazacykliczną wymianą danych. Ilośćoraz typ usług komunikacyjnychjest określony przez obszar aplika-cyjny danego protokołu. Rozróżniasię usługi zorientowane na sztywnepołączenie (Connection-oriented –związane z procedurą potwierdza-nia i monitoringu) oraz usługi bezsztywnego połączenia (Connec-

tionless). Druga grupa zawiera wsobie komunikaty typu multicastoraz broadcast, które przesyłanesą do określonej grupy lub dowszystkich stacji..

Profile wykorzystywane są w ko-munikacji do definiowania właści-wości i sposobu działania stacji,rodziny urządzeń lub całego sys-temu. Tylko urządzenia i systemywykorzystujące profile niezależneod producenta, zapewniają wza-jemną kompatybilność w sieci.

Profile aplikacyjne odnoszą sięprzede wszystkim do urządzeń(stacji polowych, regulatorów) i za-pewniają zgodność wybranej ko-munikacji sieciowej z daną aplika-cją urządzenia. Ten typ profilu słu-ży producentowi do rozwoju urzą-dzenia zgodnego z danym profi-lem. Profile systemowe opisująklasy systemu (funkcjonalność, in-terfejs oraz narzędzia integrujące).

1.3 Międzynarodowa

Nadajnik Odbiornik Opis i zastosowanie danej warstwy

7 7 Warstwa aplikacjiInterfejs dla programów aplikacyjnych poprzez komendy -read, write

6 6 Warstwa prezentacjiReprezentacja (kodowanie) danych dla analizy i interpre-tacji w następnej warstwie

5 5 Warstwa sesjiTworzenie oraz anulowanie chwilowego połączenia stacji;synchronizacja procesu komunikacji

4 4 Warstwa transportuKontrola transmisji danych dla warstwy 5 (błąd przesyła-nia, błąd w paczce danych)

3 3 Warstwa sieciTworzenie oraz anulowanie połączenia, unikanie kolizji wsieci

2 2 Warstwa danychOpisuje protokół dostępu do sieci (Medium AccessControl, MAC) oraz zabezpieczanie danych

1 1 Warstwa fizycznaDefiniuje medium (hardware), kodowanie i prędkośćtransmisji danych

Medium transmisji

Rys. 2: Model referencyjny OSI

DokumentIEC 61158 Zawartość War-

stwaOSIIEC 61158-1 Wstęp

IEC 61158-2 Warstwa fizyczna – specyfikacja i definicjausług 1

IEC 61158-3 Definicja usług Data-link 2IEC 61158-4 Specyfikacja protokołu wymiany danych 2IEC 61158-5 Warstwa aplikacji – definicja usług 7IEC 61158-6 Warstwa usług – specyfikacja protokołu 7

Tabela 1: Norma IEC 61158 - podział

e, Listopad 2004


standaryzacja

Międzynarodowa standaryza-cja systemów sieciowych wyma-gana jest przede wszystkim zewzględu na powszechną akcepta-cję, zgodność i ogólne korzyści.PROFIBUS otrzymał standaryzacjęw 1991/1993 w Niemczech jakoDIN 19245, część 1-3 oraz standa-ryzację europejską w 1996 jako EN50170.

Wraz z innymi systemami siecio-wymi PROFIBUS otrzymał standa-ryzację jako IEC 61158 w 1999. W2002 nastąpiło uzupełnienie normyIEC 61158. Spowodowało onouznanie ostatniej wersji PROFIBUSoraz PROFInet’u.

Normę IEC 61158 zatytułowano„Cyfrowa komunikacja danych wsieciach polowych, pomiarowych isterujących, do zastosowania wprzemysłowych systemach sterują-cych” ("Digital Data Communica-tion for Measurement and Control –Fieldbus for Use in Industrial Con-trol Systems“) i podzielono ją na 6

części oznaczonych jako 61158-1,61158-2 itd. Część 1 zawiera ogól-ny wstęp, podczas gdy poszcze-gólne części ukierunkowane są nawarstwy w modelu referencyjnymOSI (warstwa 1, 2 oraz 7); patrztabela 1.

Różne części normy IEC 61158definiują między innymi liczneusługi sieciowe i protokoły do ko-munikacji pomiędzy stacjami i wcałości uważane są jako pełnyzbiór, przy czym kolejne częściokreślają poszczególne systemysieciowe.

O różnorodności systemów siecio-wych na rynku świadczy fakt, że wnormie IEC 61158 zdefiniowano10 "typów protokołów sieciowych“oznaczonych kolejno jako Typ 1 doTyp 10.

PROFIBUS stanowi Typ 3, nato-miast PROFInet Typ 10.

Norma IEC 61158 stwierdza, żekomunikacja sieciowa (z definicji)możliwa jest tylko pomiędzy sta-

cjami posługujących się tym sa-mym typem protokołu.

Norma IEC 61784 została zaty-tułowana jako „Zbiór profili dlasystemów ciągłych i dyskretnychbazujących na sieciach polowychwykorzystywanych w przemysło-wych systemach sterowania”("Profile Sets for Continuous andDiscrete Manufacturing Relative toFieldbus Use in Industrial ControlSystems“). Połączenie z normąIEC 61158 ustanowiono przez na-stępujący wpis: "Ten międzynaro-dowy standard (np. IEC 61784)określa zbiór profili danego proto-kołu komunikacyjnego opartego nabazie normy IEC 61158, do zasto-sowania przy realizacji urządzeniado komunikacji w układach stero-wania i obsługi zakładów“.

Norma IEC 61784 określa, którezbiory ze wszystkich dostępnychzestawów „usług“ oraz “protokołów”określonych w normie IEC 61158 (iinnych standardach) wykorzysty-wane są przez dany system sie-ciowy do komunikacji. Zorientowa-ne sieciowo „profile komunikacyj-ne“ określone w ten sposób zebra-no w „Grupie Profili Komunikacyj-nych” - "Communication ProfileFamilies (CPF)“ wg ich zastosowa-nia w poszczególnych systemachsieciowych.

Zestawy profili, które zaimplemen-towano w sieci PROFIBUS zebra-no w opisie oznaczonym jako"Family 3“ (grupa 3) z podziałem3/1, 3/2 oraz 3/3. Tabela 2 zawieraich przyporządkowanie do PROFI-BUS oraz PROFInet.

Profil Data link Warstwafizyczna Zastosowanie

Profil 3/1Część IEC 61158;Transmisja asyn-

chroniczna

RS485Światłowódplastikowy,szklanny

PCF

PROFIBUS

Profil 3/2Część IEC 61158 ;

Transmisja synchro-niczna

MBP PROFIBUS

Profil 3/3 ISO/IEC8802-3TCP/UDP/IP/Ethernet

ISO/IEC8802-3 PROFInet

Tabela 2: Właściowści profili komunikacyjnych grupy CPF 3 (PROFIBUS)


2. PROFIBUSinformacje ogólne

Sieć PROFIBUS jest otwartą istandardową technologią komuni-kacyjną, która stwarza liczne moż-liwości aplikacyjne w automatyceprzemysłowej i procesowej. PRO-FIBUS przewidziano dla aplikacjikrytycznych czasowo oraz do kom-pleksowych zadań komunikacyj-nych.

Komunikacja PROFIBUS opartajest na międzynarodowym standar-dzie IEC 61158 oraz IEC 61784.Problemy aplikacji i oprogramowa-nia zawarto w opisach technicz-nych, które udostępnia OrganizacjaPNO Profibus. Standaryzacja speł-nia oczekiwania użytkowników, ichniezależność i otwartość, jak rów-nież zapewnia komunikację pomię-dzy poszczególnymi stacjami iurządzeniami różnych producen-tów.

2.1 Historia

Historia sieci PROFIBUS rozpo-czyna się przez złożenie projektuutworzenia organizacji w roku1987 w Niemczech. Podwaliny or-ganizacji tworzyło 21 przedsię-biorstw i instytucji skupionych wcelu utworzenia i wspierania stra-tegii projektu sieci polowej. Cel jakisobie stawiano, to utworzenie siecicyfrowej, która byłaby standardem

dla rozproszenia stacji polowych.

Pierwszym krokiem była specyfika-cja protokołu komunikacyjnegoPROFIBUS FMS (Fieldbus Messa-ge Specification). Kolejnym w 1993było opracowanie protokołu PRO-FIBUS DP (Decentralized Periphe-ry), który w założeniach miał byćprostszy i szybszy. Obecnie proto-kół ten dostępny jest w trzech wer-sjach DP-V0, DP-V1 i DP-V2.

2.2 Pozycja na rynku

Opracowanie wspomnianychdwóch protokołów komunikacyj-nych, pociągnęło za sobą powsta-nie licznych profili aplikacyjnychoraz rozwój urządzeń sieciowych.Sieć PROFIBUS początkowo wy-stępowała tylko w automatyceprzemysłowej, natomiast od 1995pojawiła się w automatyce proce-sowej. Obecnie sieć PROFIBUSjest liderem w zakresie sieci polo-wych . Szacuje się, że obejmuje20% rynku z około 500,000 aplika-cjami i ponad 10 milionami węzłówsieciowych (dane z roku 2004), do-stępnych jest więcej niż 2000 pro-duktów PROFIBUS od różnychproducentów.

2.3 Organizacja

Sukces sieci PROFIBUS spowo-dowany jest zarówno zastosowa-niem najnowocześniejszych tech-nologii oraz działaniem organizacjiwspierającej PROFIBUS PNO, któ-ra reprezentuje producentów iużytkowników. Wraz z 25 innymiregionalnymi organizacjami PRO-FIBUS w różnych krajach podwspólna egidą międzynarodowejorganizacji PROFIBUS Internatio-nal (PI) założonej w roku 1995,która zrzesza obecnie więcej niż1,100 członków na całym świecie.Założeniem organizacji PI jest cią-głe wspieranie i rozwój sieci PRO-FIBUS.

Dodatkowo obok wspierania tech-nologii związanych z siecią PRO-FIBUS, organizacja PI ma za za-dania pomoc techniczną dla użyt-kowników i producentów oraz po-dejmowanie starań związanych zestandaryzacją technologii i rozwią-zań.

PI jest największą organizacjąużytkowników sieci polowych naświecie. Stwarza ona możliwościciągłego rozwoju najnowszychtechnologii oraz zapewnia kompa-tybilność i otwartość w przyszłościwszystkim użytkownikom sieciPROFIBUS.

Sys

tem

Pro

files

1…

x

TechnologieKomunikacyjne

PADevice

PADevice

Profile IIAplikacyjne P

ROFIdri

V2.0andV3.0

PROFIdri

V2.0andV3.0

IdentSyste

IdentSyste

SEMISEMI

Encoder

Encoder

RIO

for

PA

RIO

for

PA

•

Descriptions(GSD,EDD)•

Tools(DTM,

Configurators

)

•


Tools(DTM,

Configurators

)

Inte

grat

ion

Tech

nolo

gies

Profile IAplikacyjne

DP-V0...V2

IEC 61158/61784

•

MasterConformanceClasse

•

Interfaces(

Comm

-

FB,FDT,et

•

Constraints

•


•

Interfaces(

Comm

-

FB,FDT,et

•

Constraints

Weighing&Dosing

Weighing&Dosing

Common Application Profiles (optional):PROFIsafe, Time Stamp, Redundancy, etc.

PROFIBUS DP

Fiber: Glass Multi ModeOptics: Glass Single Mode

PCF / Plastic Fiber

RS485: NRZRS485-IS: Intrinsic Safety

MBP *): Manchester Bus PoweredMBP-LP: Low PowerMBP-IS: Intrinsic Safety

TechnologieTransmisji

PADevicePA

Dev

ices P

ROFIdri

V2.0andV3.0

PRO

FIdr

ive

V2.

0 an

d V

3.0

IdentSyste Id

ent S

yste

ms

SEMISE

MI En

coder En

code

r

RIO

for

PA

RIO

dla

PA

•


Tools(DTM,

Configurators

)

•

Opi

s (G

SD, E

DD

)

•

Tool

s (D

TM,C

onfig

urat

ors)

DP-V0...V2

IEC 61158/61784

•


•

Interfaces(

Comm

-

FB,FDT,et

•

Constraints

•

Mas

ter C

onfo

rman

ce C

lass

es•

Inte

rface

s (C

omm

- FB, F

DT,

etc

.)

•

Con

stra

ints

Weighing&DosingW

eigh

ing

& D

osin

g

Wspólne profile aplikacyjne (opcjonalnie):

PROFIsafe, Time Stamp, Redundancy, etc.

PROFIBUS DP

Fiber: Glass Multi ModeOptics: Glass Single Mode

PCF / Plastic Fiber

RS485: NRZRS485-IS: Intrinsic Safety

MBP *): Manchester Bus PoweredMBP-LP: Low PowerMBP-IS: Intrinsic Safety

Rys. 3: Struktura systemu sieci PROFIBUS


2.4 PROFIBUS”Tool Box”

Sieć PROFIBUS ma strukturęmodułową, dodatkowo pozwalazrealizować transmisję poprzezliczne technologie komunikacyjne,oferuje dużą ilość aplikacji i profilisystemowych, jak również narzę-dzia do obsługi i parametryzacjiurządzeń. PROFIBUS w pełnispełnia wymagania użytkownikóww różnych aplikacjach przemysło-wych i procesowych. Liczne aplika-cje potwierdzają stawiane wyma-gania i oczekiwania w zakresietechnologii sieciowych.

Z punktu widzenia technologicz-nego – najniższy poziom (komuni-kacja) w strukturze systemowejPROFIBUS (patrz rys. 3) opartyjest na wspomnianym modeluISO/OSI. Pozwala on instynktownieopisać poszczególne kroki komuni-kacji bez wgłębiania się w szcze-góły techniczne. Rys. 3 zawierazastosowanie modelu OSI (war-stwy 1, 2 oraz 7) w sieci PROFI-BUS z opisem poszczególnychwarstw i ich zastosowaniem, czyspecyfikacją.

Specyfikacja aplikacji uzgodnionapomiędzy producentem, a użyt-kownikiem dla specyficznych urzą-dzeń została przedstawiona powy-żej warstwy 7 w profilu aplikacyj-nym I oraz II.

Warstwa systemu jak pokazano narys.3 posiada następujące możli-wości:

• funkcje i narzędzia pozwalają-ce na opis urządzeń i jego in-tegrację (Sposoby integracji,patrz rozdział 7) oraz

• liczne standardy (interfejsy,profile master i profile syste-mowe), które służą do realiza-cji standardowych systemów,patrz rozdział 6.

Z punktu widzenia użytkownikaPROFIBUS przedstawiono w for-mie różnych typowych aplikacji, zpodkreśleniem, że nie zostały onetylko specjalnie zdefiniowane, alesą sprawdzone w licznych aplika-cjach. Każda z nich stanowi kom-binację podstawowych modułów zgrupy „sposobu transmisji”, „proto-kołów komunikacyjnych” i „profiliaplikacyjnych”. Jako przykład po-kazano poniżej różne wersje sieciPROFIBUS (Rys. 4).

PROFIBUS DP stosowany jest wautomatyce przemysłowej do roz-praszania modułów; typowo trans-misja realizowana jest w technolo-gii RS485; wykorzystywana jestjedna z wersji protokołu komunika-cyjnego DP , jak również jeden lubkilka profili, np. dla systemówidentyfikacji czy robotów/NC.

PROFIBUS PA implementowanyjest generalnie w automatyce pro-cesowej. Wykorzystuje typowotechnologie transmisji MBP-IS orazprotokół transmisji w wersji DP-V1oraz profile aplikacyjne dla urzą-dzeń - PA Devices.

Motion Control z PROFIBUSprzeznaczony jest dla sterowanianapędami z wykorzystaniem tech-nologii transmisji RS485. Wykorzy-stuje protokół transmisji w wersjiDP-V2 oraz profil aplikacyjnyPROFIdrive.

PROFIsafe wykorzystywany jestw aplikacjach do zabezpieczeń(zasadniczo wykorzystywany wewszystkich gałęziach przemysłu).Wykorzystuje RS485 lub MBP-ISoraz jedną z wersji protokołu DP zprofilem PROFIsafe.

2.4.1 Technologie transmi-syjne

Użytkownik może wybrać różnemedia i sposoby przesyłania da-nych, pozwalające na transmisję wsieci PROFIBUS.

RS485 jest najbardziej popularnątechnologią transmisyjną. Wyko-rzystuje ekranowaną parę przewo-dów. Dopuszczalna prędkośćtransmisji wynosi 12 Mbit/sec.

Nowo zdefiniowana wersjaRS485-IS została określona dlamedium 4-przewodowego w stre-fach zagrożonych wybuchem EEx-i. Określony poziom napięcia i prą-du odnosi się do dopuszczalnejwartości bezpiecznej, której niewolno przekroczyć w żadnymurządzeniu, czy w czasie łączeniasystemu. W przeciwieństwie domodelu FISCO (patrz rozdział3.1.2), który posiada tylko jedneźródło iskrobezpieczne, w tym wy-padku wszystkie stacje reprezen-tują źródła aktywne.

Technologia MBP (ManchesterCoded, Bus Powered, wcześniej-sze oznaczenie "IEC 1158-2 - Phy-sics", patrz rozdział 3.1) występujew aplikacjach w automatyce proce-sowej gdzie wymagane jest zasila-nie po sieci oraz dla stacji iskro-bezpiecznych. Technologia ta po-równywalna jest do poprzednioopisanej technologii "Fieldbus In-trinsically Safe Concept“ (FISCO,patrz rozdział 3.1.2), która zostałaspecjalnie stworzona do połączeniaiskrobezpiecznych urządzeń, zna-cząco upraszcza projektowanie iinstalację.

Światłowód - tego typu transmi-sja wykorzystywana jest w przy-padku występowania dużych za-kłóceń elektromagnetycznych orazprzy dużych odległościach pomię-dzy stacjami (patrz rozdział 3.1.3).

Rys. 4: Typowe zastosowania aplikacyjne sieci PROFIBUS


2.4.2 Protokołykomunikacyjne

Na poziomie protokołu, PROFIBUSDP wraz ze swoimi wersjami DP-V0 do DP-V2 oferuje całe spektrumopcji, które zapewniają optymalnakomunikację pomiędzy różnymiaplikacjami. Historycznie protokółFMS był pierwszym protokołem wsieci PROFIBUS.

FMS(Fieldbus Message Specifica-tion) przeznaczony jest do wza-jemnej komunikacji na poziomiesterowania jednostek centralnychPLC oraz komputerów PC. Był onpoprzednikiem protokołu PROFI-BUS DP.

DP(Decentralized Periphery) jestprostym, szybkim, cyklicznym ideterministycznym procesem wy-miany danych pomiędzy stacjąmaster, a określoną stacja slave.Pierwotna wersja DP-V0 i później-sza rozszerzona wersja DP-V1 po-zwalają na cykliczna wymianę da-nych pomiędzy stacjami master islave. Wersja DP-V2 pozwala do-datkowo na komunikację slave-to-slave z trybem pracy izochronicz-nym.

Bus Access Protocol, warstwa2 lub warstwa danych, definiujeprocedurę master-slave oraz pro-cedurę token passing pozwalającana koordynacje dostępu kilku stacjimaster w sieci (rys. 5). Warstwa 2zawiera również funkcje do zabez-pieczeń i obsługi ramki danych.

Warstwa aplikacji, warstwa 7,definiuje warstwę aplikacji orazokreśla interfejs do programu użyt-kownika. Oferuje dużo różnychusług dla cyklicznej i acyklicznejwymiany danych.

2.4.3 Profile

Profile stanowią zarówno dla użyt-kownika, jak i producentów specy-fikację właściwości, parametróworaz zachowanie się urządzeń isystemów w sieci. Profile definiująparametry i zachowanie się urzą-dzenia i systemów, które należą dodanej grupy urządzeń (profilu).Profile wykorzystywane są w licz-nych aplikacjach, które związanesą z określonymi urządzeniami

polowymi, jego sterowaniem i me-todą integracji (engineering). Ter-min “profil” odnosi się do pojedyn-czej specyficznej klasy urządzeńoraz również do aplikacji w prze-myśle. Zasadniczo termin odno-szący się do wszystkich profili na-zwany jest jako profile aplikacyjne(application profiles).

Rozróżnia się następujące profile:ogólne profile aplikacyjne (gene-ral application profiles) z opcjądla różnych aplikacji, np. profilePROFIsafe, Redundancy oraz Ti-me Stamp, dalej specyficzne pro-file aplikacyjne (specific applica-tion profiles), które określono dlaspecyficznych aplikacji, np. PRO-FIdrive, urządzeń SEMI lub PAoraz profile systemowe i profiledla mastera (system and masterprofiles), które opisują zachowaniesię systemu polowego.

PROFIBUS oferuje liczne profileaplikacyjne, które pozwalają na im-plementację określonych aplikacji.

2.5 PROFIBUS - Klucz do sukcesu

Sukces sieci PROFIBUS defi-niują liczne cechy i właściwości:

• PROFIBUS oferuje producen-tom i użytkownikom instalacjiuniwersalną, otwartą technolo-gię.

• PROFIBUS pozwala na reduk-cję kosztów maszyn i instalacjipolowych.

• PROFIBUS oferuje spójne ilogiczne rozszerzenie do za-stosowań w różnych aplika-

cjach przemysłowych.

• PROFIBUS oznacza optimumintegracji licznych systemówautomatyki dzięki powszech-nemu zastosowaniu.

• PROFIBUS jest bardzo stabil-ny i rozszerzany poprzez licz-ne profile komunikacyjne dopołączenia z automatykąprzemysłową oraz światem ITsystemu zarządzania.

Rys. 5: PROFIBUS konfiguracja z aktywnymi stacjami master i slave.


3. PROFIBUSTransmisja i komuni-kacja

3.1 Technologiatransmisji

W modelu ISO/OSI warstwa 1 de-finiuje “fizycznie” sposoby transmi-sji danych zarówno pod kątemelektrycznym, jak i mechanicznym.Włączając w to typ kodowania i za-stosowany standard transmisyjny(RS485). Warstwa 1 nazywana jestwarstwą fizyczną.

PROFIBUS określa różne wersjewarstwy 1, czyli technologie trans-misyjne (patrz tabela 4). Wszystkiewersje bazują na międzynarodo-wym standardzie i są zawarte wPROFIBUS w normach IEC 61158oraz IEC 61784.

3.1.1 Technologiatransmisji RS485

Technologia transmisji RS485zasadniczo jest bardzo prosta istosunkowo tania. Najczęściej sto-sowana jest dla zadań, które wy-magają dużej prędkości transmisji.Jako kable transmisyjne wykorzy-stuje się dwużyłowe ekranowaneprzewody miedziane.

Technologia RS485 jest prosta wużyciu. Nie wymaga dużej wiedzyw celu zainstalowania przewodu.Struktura sieci pozwala na dołą-czanie i rozłączanie stacji lub uru-

chamianie jej bez wpływu na innestacje. Stopniowa rozbudowa(oczywiście w określonych grani-cach) nie wpływa na stacje, którejuż pracują.

Nowa opcja technologii RS485 po-zwala również na pracę w strefiezagrożonej wybuchem (RS485-IS,patrz opis na końcu rozdziału).

Charakterystyka RS485Można wybrać prędkościtransmisji od 9.6 Kbit/s do 12Mbit/s w sieci. Jednak wszystkiestacje w sieci muszą pracować zustawioną jedną prędkością. Moż-na dołączyć do 32 stacji w seg-mencie. Maksymalna dopuszczal-na długość linii zależy od prędkościtransmisji. Zestawienie parametrówsieci pokazano w tabeli 4.

Instalacja w technologiiRS485

TopologiaWszystkie urządzenia w sieci łączysię w strukturze linii. W pojedyn-czym segmencie można podłączyćdo 32 stacji (typu master lub slave).Początek i koniec segmentu musibyć zakończony terminatorem(Rys. 6). Oba terminatory musząmieć ciągłe zasilanie aby zapewnićpoprawną transmisję. Zazwyczajterminator załączany jest na danejstacji lub bezpośrednio na wtyczce.Jeżeli należy podłączyć więcej niż32 stacje lub w przypadku gdychcemy rozszerzyć sieć należy za-stosować moduł repeater’a, któryłączy poszczególne segmenty sie-ci.

Kable i wtyczkiNa rynku dostępne są różne typykabli (oznaczane jako typ A - D),które wykorzystuje się w różnychaplikacjach bezpośrednio do łą-czenia poszczególnych stacji lubinnych elementów w sieci ( coupler,link, repeaters). Zalecane jest wtechnologii transmisji RS485 za-stosowanie kabli typu A (patrz da-ne techniczne w tabeli 3).

Kable do sieci "PROFIBUS" ofero-wane są przez różnych producen-tów, zaleca się jednak stosowanietechniki szybkiego montażu (fast-connect), która znacznie skracaczas okablowania i pewność dzia-łania całej sieci.

Przy łączeniu poszczególnych sta-cji należy zwrócić uwagę na to, abynie podłączyć odwrotnie linii da-nych. Zawsze należy używać kabliekranowanych (kable typu A sąekranowane) w celu zapewnieniaochrony przed wpływem zakłóceńelektromagnetycznych. Ekran po-winien być uziemiony po obu koń-cach, o ile to możliwe. Dodatkowonależy zapewnić aby kabel siecio-wy ułożony był oddzielnie odwszystkich kabli energetycznych.

Dostępne na rynku wtyczki po-zwalają na bezpośrednie dołącze-nie kabla bezpośrednio wchodzą-cego do danej stacji i kabla wycho-dzącego z niej. Pozwala to na łą-czenie i rozłączanie stacji bez prze-rywania transmisji danych. Typwtyczek stosowanych w technologiiRS485 zależy od stopnia ochronyIP. Wtyczki 9-pin zasadniczo sto-suje się dla IP 20. Dla IP 65/67mamy do wyboru następujące roz-wiązania:

• Wtyk okrągły M12 – wykona-nie wg normy IEC 947-5-2

• Wtyk zgodny ze standardemDESINA (Han-Brid)

• Wtyczki hybrydowe FirmySiemens

System wtyczek hybrydowych za-pewnia również obok ekranowane-go kabla miedzianego transmisjędanych z wykorzystaniem światło-wodu oraz dodatkowe przewody dozasilania 24 V dla peryferii.

Ewentualne problemy transmisjidanych w sieci PROFIBUS zazwy-czaj spowodowane są przez nie-prawidłowe okablowanie i błędnąinstalację wtyczek. Tego typu pro-blemy można szybko wykryć wyko-rzystując urządzenie testujące sieć- bus test devices.

Lista dostawców akcesoriów sie-ciowych takich, jak wtyczki, kable,repeatery, testery sieci możnaznaleźć w internecie na stroniewww.profibus.com.

RS485-ISNa rynku pojawiła się potrzeba za-stosowania technologii RS485 wstrefie zagrożonej wybuchem.

Organizacja PNO opracowała wy-tyczne odnośnie adaptacji techno-logii RS485 do zastosowań wstrefach zagrożonych wybuchem.

Prędkość trans-misji

[KBit/s]

Maksymalnaodległość

[m]9.6; 19.2; 45.45;

93.75 1200

187.5 1000500 400

1500 2003000; 6000; 12000 100

Wartości te odnoszą się dla kablatypy A z parametrami:Impedancja 135 to 165 ΩPojemność ≤ 30 pf/mRezystancja ≤ 110 Ω/kmŚrednica drutu > 0.64 mmPrzekrój rdzenia > 0.34 mm2

Tabla 3: Prędkość transmisji i odległość dla kabla typu A


Parametry interfejsu określają po-ziom prądu i napięcia, który musibyć zapewniony przez wszystkiestacje tak aby zagwarantowaćbezpieczną pracę. Odpowiedniobwód elektryczny zapewnia prądmaksymalny dla danego poziomunapięcia. Jeżeli łączymy źródłaaktywne, wtedy suma prądówwszystkich stacji nie może prze-kroczyć wartości dopuszczalnegoprądu maksymalnego.

Nowością w technice RS485-ISjest to, że porównaniu z modelemFISCO, który posiada tylko jednobezpieczne źródło, teraz wszystkiestacje reprezentują źródła aktywne.Z doświadczeń wynika, że możnapodłączyć do 32 stacji do obwoduw strefie zagrożonej wybuchem.

3.1.2 Transmisja w techniceMBP

Termin MBP określa technologiętransmisji z następującymi cechami

• "Manchester Coding (M)" –kodowanie Menchester oraz

• "Bus Powered", (BP) – zasila-nie przez sieć.

Termin ten zastępuje poprzedniąnazwę dla transmisji w strefie za-grożonej wybuchem "warstwa fi-zyczna zgodnie z normą IEC61158-2", "1158-2", itp. Powodemtych zmian było to, że w jego defi-nicji wersji norma IEC 61158-2(warstwa fizyczna) opisuje różnetechnologie transmisji, włączając wto technologię MBP.

MBP jest transmisją synchronicznąze zdefiniowaną prędkościątransmisji 31.25 Kbit/s oraz kodo-waniem typu Manchester. Tech-nologia ta najczęściej wykorzysty-wana jest w automatyce proceso-wej – chemia i petrochemia. Pa-rametry transmisji pokazano w ta-beli 4.

Stacja 1 Stacja 2

Ekran

Uziemienie Uziemienie

RxD/TxD-P (3)

DGND (5)

VP (6)

RxD/TxD-N (8)

(3) RxD/TxD-P

(5) DGND

(6) VP

(8) RxD/TxD-N

390 Ω

Data line

Data line

DGND (5)

VP (6)

220 Ω

390 Ω

RxD/TxD-P (3)

RxD/TxD-N (8)

Okablowanie Terminator

RxD/TxD-P (3)

DGND (5)

VP (6)

RxD/TxD-N (8)

(3) RxD/TxD-P

(5) DGND

(6) VP

(8) RxD/TxD-N

390 Ω

Data line

Data line

DGND (5)

VP (6)

220 Ω

390 Ω

RxD/TxD-P (3)

RxD/TxD-N (8)

Rys. 6: Okablowanie i terminator sieci dla technologii transmisji RS485

MBP RS485 RS485-IS Fiber Optic

Transmisja danych cyfrowa, bitowa, syn-chroniczna, kodowanieManchester

cyfrowa, sygnał róż-nicowy, NRZ*

cyfrowa, sygnał róż-nicowy, NRZ*

optyczna, cyfrowa,NRZ*

Prędkość transmisji 31.25 KBit/s 9.6 do 12,000 KBit/s 9.6 do 1,500 KBit/s 9.6 do 12,000 KBit/sZabezpieczeniedanych

nagłówek, znacznik po-czątku/końca

HD**=4, bit parzysto-ści, znacznik począt-ku/końca



Przewód transmi-syjny

ekranowany, dwużyłowykabel miedziany

ekranowany, dwuży-łowy kabel miedziany,typu A

ekranowany, cztero-żyłowy kabel, typu A

światłowód wielomo-dowy lub jednomodo-wy, PCF, plastik

Zdalne zasilanie dostępne opcjonalnieprzez przewód sygna-łowy

dostępne przez do-datkowy przewód

dostępne przez do-datkowy przewód

dostępne przez linięhybrydową

Strefa zagrożonawybuchem

IEEx ia/ib nie EEx ib nie

Topologia linia oraz drzewo z ter-minatorem; strukturamieszana

linia z terminatorem linia z terminatorem Linia, gwiazda orazpierścień;

Liczba stacji do 32 stacji w segmen-cie; łącznie maks. 126 wsieci

do 32 stacji w seg-mencie bezrepeater’a; do 126stacji z repeater’em

do 32 stacji w seg-mencie; do 126 stacjiz repeater’em

do 126 stacji w sieci

Liczba repeater’ów maks. 4 repeatery maks. 9 repeaterów zregeneracją sygnału

maks. 9 repeaterów zregeneracją sygnału

nieograniczona ilość zregeneracją sygnału

Tabela 4: Sposoby transmisji (warstwa fizyczna) w sieci PROFIBUS

*NRZ (Non Return to Zero) – zmiana sygnału z “0” na “1” nie odbywa się w trakcie transmisji danego bitu**HD (Hamming Distance) – dla HD = 4 można rozpoznać do 3 jednocześnie przekłamanych bitów w telegramie


Zasady tworzenia instalacji wtechnologii MBP

Sposoby łączeniaTechnologia transmisji dla stref za-grożonych wybuchem MBP gene-ralnie ogranicza się do jednegosegmentu (urządzenia w strefiezagrożonej) w instalacji, który na-stępnie łączy się do segmentuRS485 (system sterowania orazstacje inżynierskie) poprzez spe-cjalny coupler lub link (rys. 7).

Coupler jest to konwerter sygnału,który konwertuje sygnał RS485 nasygnał MBP i odwrotnie. Dla sa-mego protokołu jest to urządzenieprzeźroczyste.

Konwerter typu link posiada nato-miast własną inteligencję. Prze-kształca (mapuje) wszystkie urzą-dzenia dołączone do segmentuMBP i widziany jest jako pojedyn-cza stacja slave w danym segmen-cie RS485. Nie ogranicza on przezto prędkości transmisji w segmen-cie RS485.

Topologie sieci w technologiiMBPTransmisja w technologii MBP do-puszcza strukturę linii lub drzewa.

W strukturze linii stacje są połą-czone do kabla głównego poprzeztrójnik. Struktura drzewa podobnajest do klasycznej techniki łączeniastacji w sieci. Kabel wielożyłowyzostał zastąpiony przez kabel dwu-żyłowy. Przy zastosowaniu topolo-gii drzewa, wszystkie stacje sie-ciowe dołączone do segmentupołączone są równolegle. Wewszystkich wypadkach maksymal-na odległość liczona jest jako cał-

kowita długość wszystkich linii. Dlaaplikacji w strefach zagrożonychwybuchem maksymalna dopusz-czalna długość wynosi 30 m.

Medium transmisyjneJako medium transmisyjne wyko-rzystuje się ekranowany kabeldwużyłowy, patrz rys. 6. Kabel sie-ciowy wyposażony jest w pasywnyterminator linii, który stanowi ele-ment RC o wartości R = 100Ω oraz C = 2 µF. Terminator sie-ciowy zintegrowany jest w modulecoupler lub link. W technologii MBPnieprawidłowe podłączenie urzą-dzenia polowego (np. odwrotnapolaryzacja) nie wpływa na pracęcałej sieci gdyż stacja wyposażonesą w funkcje automatycznego wy-krywania polaryzacji.

Liczba stacji, długość liniiLiczba stacji jaką można dołączyćdo jednego segmentu ograniczonajest do 32. Jednakże liczba ta mo-że być ograniczona zasilaniem i ty-pem zabezpieczenia.

W sieci w strefie zagrożonej wybu-chem zarówno maksymalne napię-cie jak i maksymalny prąd zasilaniasą ściśle ograniczone i zdefiniowa-ne. Wyjście zasilacza jest równieżograniczone dla układów pracują-cych w strefie nie zagrożonej wy-buchem.

Przy określaniu maksymalnej dłu-gości kabla, wystarczy obliczyć za-potrzebowanie mocy dla poszcze-gólnych stacji polowych i na bazietego określić zasilacz i długośćprzewodu dla wybranego typu ka-bla. Wymagany prąd (=Σ wymaga-nej mocy) określa się jako sumaprądów urządzeń polowych podłą-

czonych do segmentu plus należyuwzględnić rezerwę 9 mA na seg-ment jako prąd FDE (Fault Discon-nection Electronics). FDE zabez-piecza zablokowanie stacji, którauległa awarii.

Dopuszcza się zasilanie z sieci lubzasilanie zewnętrze stacji. Należyzwrócić uwagę na to, że urządze-nia zasilanie z zewnątrz równieżpobierają tzw. prąd podstawowy(basic current) poprzez terminatorsieci, który należy wliczyć do kal-kulacji prądowej sieci.

Model FISCO znacznie upraszczaplanowanie instalacji i rozbudowęsieci PROFIBUS w strefie zagro-żonej wybuchem (patrz rozdział3.1.4).

3.1.3 Technologia transmisjipoprzez światłowód

Niektóre warunki pracy aplikacjisieciowych są bardzo restrykcyjnejeżeli chodzi o wpływ zakłóceńelektromagnetycznych lub wyma-gana jest konieczność transmisji nabardzo duże odległości.W takim wypadku należy zastoso-wać transmisję poprzez światło-wód. Opis techniczny PROFIBUS2.022 dotyczący transmisji poprzezświatłowody i określa dostępnetechnologie transmisji optycznej.Duży nacisk został położony na to,aby bezproblemowo zintegrowaćistniejące już stacje PROFIBUS dosieci optycznej bez koniecznościzmiany protokołu PROFIBUS(warstwa 1). Zapewnia to kompa-tybilność dla istniejących instalacjiPROFIBUS.

Dostępne typy światłowodów po-kazano w tabeli 5. Obok topologiisieci typu gwiazda i pierścień do-puszcza się również topologię linii.

Najczęściej sieć optyczna zbudo-wana jest w oparciu o konwertersygnału elektrycznego na optycz-ny, który podłączony jest do urzą-dzenia sieciowego oraz do świa-tłowodu. Pozwala to na zastoso-wanie transmisji poprzez RS485oraz światłowód w jednej instalacji,zależnie od potrzeb.

Rys. 7: Topologia instalacji i zasilanie poprzez sieć urządzeń polowych przez zastosowanie technologii MBP


3.1.4 Model FISCO

Model FISCO (Fieldbus Intrinsi-cally Safe Concept) znacznieupraszcza planowanie, instalację irozbudowę sieci PROFIBUS w ob-szarze zagrożonym wybuchem.

Model ten został rozwinięty wNiemczech przez urząd PTB (Physikalisch Technische Bunde-sanstalt – Niemiecki Instytut Do-puszczeń Technicznych), a obec-nie jest uznawany na świecie jakopodstawowy model pracy sieci wstrefach zagrożonych wybuchem.

Model ten zakłada, że sieć jestbezpieczna do pracy w strefie za-grożonej wybuchem i nie wymagaoddzielnej kalkulacji dla czterechskładników systemu sieciowego –stacji polowych, kabli, coupleraoraz terminatora sieci) w przypad-ku kiedy mieszczą się one w zdefi-niowanych limitach napięcia, prą-du, rezystancji, indukcyjności ipojemności. Należy dokonać od-powiedniej certyfikacji poszczegól-nych elementów sieci w odpowied-niej jednostce badawczej i dopusz-czającej w kraju.

Jeżeli zastosowane urządzenia jestzgodne z modelem FISCO, wtedymożna stosować większą ilość sta-cji na pojedynczej linii, stacje moż-na wymieniać podczas pracy, jakrównież można rozszerzać sieć –wszystko to bez zbędnego przeli-czania i certyfikacji całego syste-mu. Można powiedzieć, że w stre-fie zagrożonej wybuchem mamymechanizm plug & play! Wymaga-ne jest tylko przestrzeganie wyżejwymienionych zasad (patrz "In-strukcja instalacji MBP”) przy wy-borze zasilacza, długości linii orazterminatora sieci.

Transmisja wg standardu MBPoraz modelu FISCO oparta jest nanastępujących zasadach:

• nie podaje się na sieć zasila-nia jeżeli stacja pracuje jakonadajnik.

• Każdy segment posiada tylkojedno źródło zasilania, zasi-lacz.

• Każde urządzenie pobieraprąd podstawowy o wartościminimum 10 mA w stanie go-towości.

• Urządzenie polowe zachowujesię jak pasywne źródło prądo-we.

• Na końcach linii zainstalowanopasywne terminatory linii.

• Dopuszcza się topologię siecijako linia, drzewo oraz gwiaz-da.

Przy zasilaniu poprzez sieć, prądpodstawowy o wartości minimum10 mA dla stacji służy jako jej za-silanie. Sygnały komunikacyjnegenerowane są przez nadajnik,który moduluje prąd ± 9 mA.

3.2 Protokółkomunikacyjny DP

Protokół komunikacyjny DP (De-centralized Peripherals) zostałstworzony do szybkiej wymianydanych z urządzeniami obiekto-wymi (warstwa polowa). Zazwyczajstacja centralna (PLC, PC lub sys-tem sterowania procesem) komu-nikuje się z urządzeniami rozpro-szonymi po obiekcie, takimi jakwejścia/wyjścia, zawory, przetwor-niki, czy analizatorami poprzezbardzo szybkie połączenie szere-gowe. Wymiana danych ze stacjąrozproszoną jest zasadniczo cy-kliczna. Potrzebne do tego funkcjekomunikacyjne są określone przezpodstawowe funkcje bazowe DP(wersja DP-V0). Mając na uwadzespecjalne wymagania przy tworze-niu aplikacji na różnych obiektach,funkcje te są rozszerzane stopnio-wo przez funkcje specjalne, co za-owocowało tym, że obecnie mamyjuż trzy kolejne wersje: DP-V0, DP-V1 oraz DP-V2, przy czym każdakolejna wersja posiada rozszerzo-ne właściwości (patrz rys.8). Przej-ście do kolejnych wersji związanejest z kolejnymi pracami nad proto-kołem i rosnącymi wymaganiamiaplikacyjnymi. Wersja V0 oraz V1zawierają zarówno "charakterysty-kę" (powiązanie z implementacją)oraz opcje, podczas gdy wersja V2tylko określa opcje.

Typ światłowodu Średnica rdzenia [µm] Zakres

Szklany wielomodowy 62.5/125 2-3 km

Szklany jednomodowy 9/125 > 15 km

Plastykowy 980/1000 < 80 m

HCS® 200/230 około 500 m

Tabla 5: Charakterystyka światłowodów optycznych

Warunki stawiane aplikacjom wg standardu FISCO• Zastosowanie tylko jedengo źródła zasilania w segmencie• Wszystkie stacje muszą mieć dopuszczenie pracy wg FISCO• Długość kabla nie może przekroczyć 1000 m (ignition protection

class i, kategoria a)/ 1900 m (ignition protection class i, kategoria b)• Kabel musi posiadać nastepujące parametry:

R´= 15 ... 150 Ω/kmL´= 0.4 ... 1mH/kmC´= 80 ... 200 nF/km

• Wszystkie kombinacje zasilaczy i urządzeń polowych muszą zapew-nić aby dopuszczalne wartości wejściowe (Ui, Ii oraz Pi) poszczegól-nych stacji mieściły się, w przypadku awarii, w maksymalnie dopusz-czalnej wartości wyjściowej (U0, I0 oraz P0) zasilacza.

Zalety FISCO• Obsługa Plug & Play, nawet dla strefy zagrożonej wybuchem• Nie jest wymagana certyfikacja całego systemu• Wymiana stacji lub rozszerzenie sieci bez zbędnych kalkulacji• Zwiększenie maksymalnej liczby stacji w sieci


Podstawowe cechy poszczegól-nych wersji są następujące:

DP-V0 posiada podstawowe funk-cje DP, włączając cykliczną wy-mianę danych, jak również diagno-stykę stacji, diagnostykę modułu iposzczególnych kanałów.

DP-V1 zawiera rozszerzenia zwią-zane z automatyką procesu, wszczególności acykliczną komuni-kację danych w celu parametryza-cji, obsługi wizualizacji i alarmówinteligentnych urządzeń polowych,działającą wraz z cykliczną komu-nikacją danych użytkowych. Po-zwala to na bezpośredni dostęp dostacji wykorzystując odpowiednienarzędzia inżynierskie. DodatkowoDP-V1 definiuje alarmy. Przykła-dem różnych typów alarmów sąalarmy statusowe, alarmy odświe-żania oraz alarmy określone przezużytkownika.

DP-V2 wprowadza dalsze rozsze-rzenia, które są związane przedewszystkim z napędami. Dzięki do-datkowym funkcjom, takim jak izo-chroniczny tryb pracy oraz komuni-kacji slave-to-slave (DXB, DataeXchange Broadcast) itp., DP-V2implementowany jest do obsługinapędów przy sterowaniu osiami.

Poszczególne wersje DP określonesą w normie IEC 61158. Poniżejobjaśniono poszczególne wersjeDP.

3.2.1 Funkcje podstawoweDP-V0

Jednostka nadrzędna (master)

• odczytuje cyklicznie sygnaływejściowe ze stacji slave oraz

• zapisuje cyklicznie stan wyjśćdo stacji slave.

Czas cyklu sieci może być mniej-szy jak czas cyklu programu w jed-nostce centralnej, który średniowynosi około 10 ms dla większościaplikacji. Jednakże szybka pracasieci nie jest wystarczająca. Dodat-kowo wymagana jest prosta obsłu-ga, dobra diagnostyka i praca bezzakłóceń. DP zapewnia optimumwymagań stawianych sieciom(patrz zestawienie w tabeli 6).

Prędkość transmisjiDP potrzebuje około 1 ms przyprędkości 12 Mbit/s aby przesłać512 bitów wejściowych oraz 512bitów wyjściowych danych przesy-łanych do/z 32 stacji.Rys. 9 pokazuje typowe czasytransmisji DP, zależnie od ilościstacji i prędkości transmisji. Wprotokole DP, dane wejściowe iwyjściowe transmitowane są wjednym cyklu transmisyjnym wia-domości. Dane użytkownika DPtransmitowane są przy użyciufunkcji serwisowej SRD (Send andReceive Data Service) warstwydrugiej.

Funkcje diagnostyczneRozszerzona diagnostyka funkcjo-nalna w sieci DP pozwala na szyb-ką lokalizację awarii. Ramka dia-gnostyczna transmitowana jest wsieci do stacji Master. Wiadomośćta dzieli się na trzy poziomy:

Diagnostyka określona dla urzą-dzeniaTego typu informacje dotycząogólnych informacji stacji, jak“Przegrzanie”, “Niskie napięcie” lub“Problemy z interfejsem”.

Diagnostyka zorientowana namodułyTego typu diagnostyka odnosi siędo określonych modułów I/O danejstacji (np. 8-bitowe moduły wyj-ściowe).

Diagnostyka zorientowana nakanałTego typu diagnostyka określaawarię zorientowaną na poszcze-

gólne bity wejść/wyjść (kanał), ta-kie jak “zwarcie wyjścia”.

Konfiguracja systemu i typystacjiDP pozwala na stosowanie syste-mu w strukturze mono-master (po-jedyncza stacja Master w sieci)oraz multi-master (kilka stacji Ma-ster w sieci). Daje to dużą ela-styczność przy konfiguracji syste-mu. Dopuszcza się podpięcie domaksimum 126 stacji (Master lubSlave) w sieci. Generalnie specyfi-kację systemu definiuje się przez:

• ilość stacji• przyporządkowanie adresów

stacji do adresów I/O,• konsystencję danych I/O,• format diagnostyki oraz• parametry w sieci.

Typy stacjiSystem DP określa zasadniczo 3różne typy stacji.

DP Master klasy 1 (DPM1)Generalnie jest to jednostka cen-tralna, która cyklicznie wymieniainformacje ze stacjami rozproszo-nymi (Slave). Typowo stację DPM1stanowi sterownik programowalny(PLC) lub komputer PC. DPM1 po-siada aktywny dostęp do sieci zmożliwością odczytu danych wej-ściowych (input) stacji polowychoraz z możliwością zapisu wartościwyjściowych (outputs).

Time

Functional Levels

Dev

ice

Feat

ures

Dev

ice

Feat

ures

DP-V2Data Exchange Broadcast (Publisher / Subscriber)Isochronous Mode (Equidistance)plus extensions:Clock Synchronization & Time StampsHARTonDPUp/Download (Segmentation)Redundancy

DP-V1Acyclic Data Exchange between PC or PLC and Slave Devicesplus extensions:Integration within Engineering: EDD and FDTPortable PLC Software Function Blocks (IEC 61131-3)Fail-Safe Communication (PROFIsafe)Alarms

DP-V0Cyclic Data Exchange between PLC and Slave Devicesplus extensions:GSD ConfigurationDiagnosis

Time

Functional Levels

Dev

ice

Feat

ures

Dev

ice

Feat

ures

DP-V2Data Exchange Broadcast (Publisher / Subscriber)Isochronous Mode (Equidistance)plus extensions:Clock Synchronization & Time StampsHARTonDPUp/Download (Segmentation)Redundancy

DP-V1Acyclic Data Exchange between PC or PLC and Slave Devicesplus extensions:Integration within Engineering: EDD and FDTPortable PLC Software Function Blocks (IEC 61131-3)Fail-Safe Communication (PROFIsafe)Alarms

DP-V0Cyclic Data Exchange between PLC and Slave Devicesplus extensions:GSD ConfigurationDiagnosis

Rys. 8: Funkcje poszczególnych wersji PROFIBUS DP

PROFIBUS Technologie i Aplikac14

DP Master klasy 2 (DPM2)Urządzenia tego typu stanowiąstacje inżynierskie i systemy konfi-guracyjne. Wykorzystuje się jepodczas uruchamiania i do obsługii diagnostyki skonfigurowanychstacji, odczytu wartości wejścio-wych i parametrów oraz statusuurządzenia. Master DPM2 nie mu-si być podpięty ciągle do siecisystemowej. DPM2 również posia-da aktywny dostęp do sieci.

Stacje SlaveStacja Slave generalnie to urzą-dzenie peryferyjne, takie jak mo-duły I/O, napędy, panele, zawory,przetworniki,...), które przekazująinformacje o procesie i do procesu.Stacje Slave są stacjami o pasyw-nym dostępie do sieci (stacje pa-sywne), oznacza to, że odpowia-dają one na bezpośrednie zapyta-nia. Tego typu zachowanie jestbardzo proste i efektywne (w wer-sji DP-V0 całkowicie obsługiwanyjest przez hardware).

W strukturze mono-master, ak-tywna jest tylko jedna stacja Ma-ster w sieci. Rys 10 pokazuje sys-tem skonfigurowany jako mono-master. PLC stanowi centralnąjednostkę sterującą. Stacje Slavepołączone są zdalnie do PLC po-przez odpowiednie medium trans-misyjne. Tego typu konfiguracjasystemu pozwala na uzyskanienajkrótszych czasów cyklu.

W systemie multi-master kilkastacji Master podłączonych jest dosieci. Stanowią one albo niezależ-ne podsystemy albo traktowane sąjako dodatkowe stacje skonfiguro-wane w systemie i stacje diagno-styczne. Stan wejść i wyjść stacjiSlave może być odczytywanyprzez każdą ze stacji DP Master,natomiast tylko jedna stacja DPMaster (skonfigurowana stacjaDPM1) może ustawiać wyjścia.

Tryby pracy systemuAby zapewnić bezproblemową iszybką możliwość podmiany danejstacji tego samego typu, ustanda-ryzowano tryby pracy systemu DP.Stan pracy określone jest przedewszystkim przez stację MasterDPM1.

Tryb pracy może być zmieniany za-równo lokalnie jak i poprzez sieć zurządzenia sterującego. Wyróżniasię trzy główne tryby pracy:

Dostęp do sieci • Przekazywanie dostępu do nadawania (Tokenpassing procedure) pomiędzy stacjami typuMaster oraz dostępu do nadawania danych(data passing) pomiędzy stacjami Master iSlave

• Opcje systemu mono-master lub multi-master• Stacje Master i Slave , maks. 126 stacji w sie-

ciKomunikacja • Peer-to-peer (komunikacja danych użytko-

wych) lub multicast (sterowanie)• Komunikacja cykliczna danych master-slave

Tryby pracy • Normalna cykliczna transmisja wejść i wyjść• Clear (Zerowanie)

Wejścia są odczytywane, wyjścia przyjmująstan bezpieczny (fail-safe)

• StopDiagnostyka i parametryzacja, brak transmisjidanych użytkowych

Synchronizacja • Rozkazy sterujące umożliwiająceSynchronizację wejść i wyjść

• Sync modeSynchronizacja wyjść

• Freeze modeAsynchroniczny odczyt wejść

Funkcjonalność • Cykliczna wymiana danych pomiędzy stacjami DP Master oraz Slave• Dynamiczna możliwość aktywacji/deaktywacji

poszczególnych stacji Slave; kontrola konfi-guracji stacji Slave

• Funkcje diagnostyczne, 3 poziomowa diagnostyka• Synchronizacja wejść i wyjść• Opcjonalna możliwość przypisywania adresu

dla stacji Slave poprzez sieć• Maks. 244 byte wejść/wyjść dla staci Slave

Zabezpieczenia • Ramka z zabezpieczeniem Hamming Distan-ce HD=4

• Kontrola poprzez Watchdog stacji DP Slaveawarii stacji

• Zabezpieczenie przed dostępem do wyjśćstacji Slave

• Monitoring komunikacji danych użytkowych ztimerem w stacji Master.

Typy stacji • DP master klasy 1 (DPM1), np. PLC, PC.• DP master klasy 2 (DPM2), np.stacje inży-

nierskie i diagnostyczneStacje DP Slave, np. stacje wejść/wyjść, na-pędy, zawory

Tabela 6: Standard DP-V0

je, Listopad 2004

StopBrak wymiany danych pomiędzystacją Master DPM1 oraz stacjamiSlave.

ClearMaster DPM1 odczytuje wejścia zestacji Slave i ustawia wyjścia wstan bezpieczny ("0").OperateMaster DPM1 wymienia dane zestacjami. W trakcie wymiany da-nych wejścia są odczytywane zestacji Slave oraz następuje zapiswartości na wyjścia.

Stacja Master DPM1 cyklicznie wy-syła swój status do wszystkich do-łączonych stacji Slave w określo-nym interwale czasowym, wyko-rzystując komendę multicast.

Reakcja stacji DPM1 na błędy wtrakcie transmisji, np. awarię stacjiSlave są określone przez parametr"auto clear".

Jeżeli parametr ten ustawiony jestna True, wtedy stacja MasterDPM1 przełącza wyjścia wszyst-kich stacji slave, w których wystąpiłbłąd w stan bezpieczny, w chwili


kiedy stacja nie jest w stanie dłużejprzesyłać danych użytkowych.

Jeżeli parametr ten ustawiony jestna False, DPM1 pozostaje w trybiepracy (operate state) nawet wprzypadku błędu. Użytkownik po-winien mieć kontrolę nad zacho-waniem się systemu w takim przy-padku.

Cykliczna wymiana danychpomiędzy stacją MasteraDPM1 oraz stacją Slave

Wymiana danych pomiędzy stacjąMaster DPM1 i stacjami Slave na-stępuje automatycznie w zdefinio-wanej sekwencji (patrz Rys. 11).Przyporządkowanie stacji Slave doMastera DPM1 przez użytkownikanastępuje podczas konfiguracjisystemu. Użytkownik definiuje, któ-re stacje Slave obsługiwane są cy-klicznie przy wymianie danych.

Transmisja danych pomiędzy sta-cją Master DPM1 i stacjami Slavepodzielona jest na trzy fazy: para-metryzacja, konfiguracja oraz wy-miana danych. Zanim stacja Ma-ster rozpocznie wymianę danychze stację slave następuje kontrolaparametrów i konfiguracji, co za-pewnia zgodność parametrów ikonfiguracji stacji. Kontrola takapolega na sprawdzeniu typu stacji,formatu i długości informacji orazilości wejść i wyjść. Obok automa-tycznej wymiany danych użytko-wych, można przesyłać równieżnowe dane parametryzacji do stacjiSlave.

Tryb sync oraz freeze

Obok typowej wymiany danychużytkowych obsługiwanej automa-tycznie przez stację Master DPM1,dana stacja Master może wysyłaćrównież rozkazy sterujące dowszystkich stacji Slave lub do gru-py stacji jednocześnie. Tego typukomendy wysyłane są jako komen-dy typu multicast i pozwalają onana ustawianie trybu sync oraz free-ze w tzw. układzie sterowanymsynchronicznie.

Stacja Slave rozpoczyna tryb syncw momencie otrzymania komendysync od przyporządkowanej stacjiMaster. Wyjścia wszystkich za-adresowanych stacji Slave są za-mrażane. Podczas wymiany da-

nych użytkowych dane wyjściowesą zachowywane w stacji Slave,natomiast sam stan wyjść niezmienia się. Dane na wyjściu niezmieniają się do momentu nadej-ścia kolejnej komendy sync. TrybSync anulowany jest przez komen-dę "unsync".

W podobny sposób zachowuje sięstacja Slave po otrzymaniu rozkazufreeze, który przełącza stację Slavew tryb freeze. W tym trybie stanwejść jest zamrażany. Dane wej-ściowe nie są odświeżane ponow-nie, aż do momentu otrzymanianastępnej komendy freeze. Trybfreeze kończy się po otrzymaniukomendy "unfreeze".

Mechanizmy zabezpieczeń

Ze względów bezpieczeństwa na-leży zapewnić odpowiednie me-chanizmy zabezpieczające przedniewłaściwą parametryzacją lubbłędami transmisji. W tym celu sta-cje DP Master oraz Slave wyposa-żono w mechanizm kontroli czaso-wej (time monitor). Czas kontroliczasowej definiowany jest podczaskonfiguracji.

DP MasterStacja Master DPM1 wykorzystujedo kontroli transmisji danych zestacją Slave układ czasowyData_Control_Timer. Dla każdejstacji Slave wykorzystywany jestoddzielny timer. Kontrola czasowawłączana jest w przypadku błędnejtransmisji danych. W przypadkuwłączenia automatycznej obsługibłędu (Auto_Clear = True), MasterDPM1 zawiesza stan normalnejwymiany i przełącza wyjścia dołą-czonych stacji Slave w stan bez-pieczny.

SlaveStacja Slave wykorzystuje mecha-nizm zabezpieczenia watchdog dowykrywania błędów transmisji. Wprzypadku braku transmisji ze sta-cją Master i upływie zadanego cza-su watchdog, stacja Slave ustawiaautomatycznie wyjścia w stan bez-pieczny. Dodatkowo stacja Slaveposiada zabezpieczenie przed do-stępem innych stacji (system multi-master) do ustawiania wyjść. Za-pewnia to bezpośredni dostęp tylkouprawnionej stacji Master. Wszyst-kie inne stacje Master mają dostępdo obrazu wejść i do ich odczytu,bez żadnych zabezpieczeń.

Rys. 10: PROFIBUS DP mono-master system

2

SlavesSlaves

6

10

14

18

2 10 20 30

Bus cycle timeBus cycle time[ms][ms]

500 Kbit/s

1.5 Mbit/s

12 Mbit/s2

SlavesSlaves

6

10

14

18

6

10

14

18

2 10 20 302 10 20 30

Bus cycle timeBus cycle time[ms][ms]

500 Kbit/s

1.5 Mbit/s

12 Mbit/s

Rys. 9: Cykl sieci DP w systemie mono-master. Założenie: każda stacja Slave posiada 2 bajty wejściowe i wyjściowe

1

3

APwatrpptandtkkwswSazsn2dnmsS(cnkdkrsrknS

Dodatkowe mechanizmy i serwisypokazano w tabeli 7.

Rozszerzona diagnostykaPodobnie jak w przypadku funkcji,rozszerzono również diagnostykęspecyficzną dla danej stacji DP-V1i podzielono ją na alarmy i status(patrz Rys. 12).

3.2.3 Wersja DP-V2

Wykorzystywana jest w tym celufunkcja globalna broadcast. Spe-cjalny bit życia (kolejny numer) po-zwala na monitoring synchronizacji.Rys. 14 pokazuje poszczególneczasy przy wymianie danych (DX,zielone), dostęp Mastera klasy 2(żółte) oraz rezerwa (białe). Czer-wona strzałka określa przebieg odbieżącego odczytu danych (TI )przez sterowanie (Rx) do ustawia-nia danych wyjściowych (TO), którezazwyczaj mieszczą się w dwóchcyklach sieci.

Rys. 11: Transmisja cykliczna da-nych w sieci DP

PROFIBUS Technologie i Aplikacje6

.2.2 Wersja DP-V1

cykliczna wymiana danychodstawowe rozszerzenie funkcji wersji DP-V1 stanowi możliwośćcyklicznej wymiany danych. Tegoypu funkcja wymagana jest do pa-ametryzacji i kalibracji urządzeńolowych poprzez sieć w trakcieracy oraz do wprowadzania i po-wierdzania alarmów. Transmisjacykliczna wykonywana jest rów-olegle obok cyklicznej wymianyanych, ale posiada niższy priory-et. Rys. 13 pokazuje przykład obuomunikacji w systemie. Masterlasy 1 posiada znacznik do nada-ania (token) i ma możliwość wy-yłania informacji do lub otrzymy-ać ze stacji Slave 1, następnielave 2, itp. w określonej sekwencjiż do obsługi ostatniej stacji Slavee swojej listy (kanał MS0); na-tępnie przekazuje uprawnienieadawania do stacji Master klasy. Master ten może wykorzystaćostępny czas ("gap") z ustawio-ego cyklu do połączenia i trans-isji acyklicznej do dowolnej ze

tacji Slave (na Rys. 13 ze stacjąlave 3) w celu wymiany rekordów

kanał MS2); na końcu bieżącegozasu cyklu zwraca uprawnieniaadawania (token) do stacji Masterlasy 1. Acykliczna wymiana rekor-ów może trwać kilka kolejnych cy-li; na końcu Master klasy 2 wyko-zystuje czas nadawania do ska-owania połączenia. Podobnieównież Master klasy 1 może wy-orzystywać mechanizm acyklicz-ej wymiany danych ze stacjamilave (kanał MS1).

Komunikacja Slave-Slave(DXB)Funkcja ta umożliwia bezpośredniąkomunikację pomiędzy stacjamiSlave wykorzystując komunikacjętypu broadcast bez koniecznościkomunikacji poprzez stację Master.W takim przypadku stacja Slavenazywana jest "publisher", nato-miast stacja bezpośrednio odpo-wiadająca nazywana jest "subscri-bers" (patrz Rys. 15). Pozwala tona bezpośredni odczyt danych zinnych stacji. Daje to możliwośćtworzenia całkowicie nowych apli-kacji i redukuje czas odpowiedzi wsieci do około 90 %.

Tryb izochronicznyFunkcja ta umożliwia sterowaniesynchroniczne stacji Master i Slaveniezależnie od obciążenia na sieci.Tego typu funkcja daje możliwośćprecyzyjnego pozycjonowania zodchyłka zegara na poziomiemniejszym niż mikrosekundy.Wszystkie stacje synchronizującykl do cyklu w sieci Mastera.

Clock ControlFunkcja ta (Master real-time wysyłastempel czasowy - time stamp dowszystkich stacji Slave poprzeznowy serwis MS3, przeznaczonydo tego typu zastosowań), syn-chronizuje wszystkie stacje do cza-su systemowego z rozdzielczościąna poziomie milisekund. Pozwalato na dokładne śledzenie wszyst-kich zdarzeń i ułatwia diagnostykębłędów, jak również chronologiczneplanowanie zdarzeń.

Rys. 12: Konfiguracja ramki diagnostycznej w DP-V0 oraz DP-V1

, Listopad 2004


Upload oraz Download(Load Region)Funkcja ta pozwala na ładowanie(loading) dowolnej wielkości obsza-ru danych do stacji polowej. Mamyprzez to możliwość, np. przesłaniaprogramu lub wymianę stacji bezkonieczności ręcznego przełado-wywania.

Funkcje systemowe -Function InvocationFunction Invocation służy do ste-rowania (start, stop, return, re-start)programu lub wywołanej funkcji(np. zbieranie wartości pomiaro-wych) w stacji DP Slave.

3.2.4 Adresacja poprzez Slot i Indeks

Przy adresacji danych, PROFIBUSzakłada że struktura stacji Slavejest modułowa lub może zostaćpodzielona wewnętrznie na logicz-ne jednostki funkcjonalne, tzw.moduły. Tego typu model wykorzy-stywany jest również w podstawo-wych funkcjach DP do cyklicznejwymiany danych, gdzie każdy mo-duł posiada stałą ilość wejść/wyjśćtransmitowanych w ściśle określo-nej pozycji w telegramie danych.Sposób adresacji oparty jest naidentyfikatorze, który charaktery-zuje typ modułu jako wejścia, wyj-ścia lub kombinacje obu. Wszystkieidentyfikatory tworzą konfiguracjęstacji Slave, która jest równieżsprawdzana przez Mastera DPM1podczas uruchamiania systemu.

Acykliczna wymiana danych opartajest również na tym modelu.Wszystkie bloki danych do odczy-tu/zapisu uważane są również jakoprzypisane do poszczególnychmodułów i mogą być adresowanewykorzystując do tego numer slotui indeks. Numer slotu adresujemoduł, natomiast index adresujeblok danych przypisany do modułu.Każdy blok danych może posiadaćdo 244 bajtów (patrz Rys. 16). Wprzypadku stacji modułowych nu-

DP-Slave2

PROFIBUS-DPMaster Class 1


DP- Slave1

DP-Slave3

Token

Cycle: Slave1 Slave2 Slave3 Slave3

Cyclic Accessof Master 1

Acyclic Accessof Master 2

DP-Slave2



DP- Slave1

DP-Slave3

Token

Cycle: Slave1 Slave2 Slave3 Slave3

Cyclic Accessof Master 1

Acyclic Accessof Master 2

Rys. 13: Cykliczna i acykliczna komunikacja w DP-V1

PROFIBUS - DPMaster Class 1PROFIBUS - DPMaster Class 1

Publisher(e.g. light array)

Slave

Subscriber(e.g. drive)

Subscriber(e.g. drive)Slave

Slave-to-slave communications

Slave

Output data

Input data via Broadcast

PROFIBUS - DPMaster Class 1PROFIBUS - DPMaster Class 1

Publisher(e.g. light array)

Slave

Subscriber(e.g. drive)

Subscriber(e.g. drive)Slave

Slave-to-slave communications

Slave

Output data

Input data via Broadcast

Rys. 15: Komunikacja typu slave-slave

Master

DP-cycle

position controller cycle

MSG

Slave1..3

velocity controller cycle

TOTI

TM

S1

R1 R2 R3 R1 R2 R3 R1 R2 R3TMTM

TI TITOTO

DX DXglobalcontrol

Rys. 14: Tryb izochroniczny

PROFIBUS18

mer slotu jest przypisany domodułu. Moduły rozpoczynają sięod numeru 1 i numerowane są wnarastającej kolejności. Slot o nu-merze 0 zarezerwowany jest dlasamej stacji.

Stacje kompaktowe uważane sąjako wirtualne jednostki modułowe.Można je również adresować po-przez numer slotu i indeks.

Przez określenie długości w zapy-taniu czytania/zapisu możliwe jestrównież czytanie/zapis części blokudanych. Jeżeli dostęp do bloku da-nych jest pozytywny stacja Slavewysyła pozytywną odpowiedź od-czytu/zapisu lub w przeciwnymprzypadku określa problem i wy-syła negatywna odpowiedź.

Serwisy dla Acykliczne Wymiany DanychPomiędzy stacją Mastera DPM1 oraz SlaveRead (czytaj) Master czyta blok danych ze stacji SlaveWrite (pisz) Master pisze do bloku danych w stacji Slave

Alarm

Przesyłany jest alarm ze stacji Slave do stacji Master,która oczekuje potwierdzenia. Stacja Slave może wy-słać nowy alarm tylko w wypadku gdy otrzyma po-twierdzenie, zapobiega to nadpisywania alarmów.

Alarm_Ack-nowledge

Master potwierdza alarm otrzymany od stacji Slave

Status Wiadomość statusowa przesyłana jest od stacji Slavedo stacji Master. Nie wymaga potwierdzania.

Wymiana danych zorientowana jest na połączenie poprzez typ połaczeniaMS1. Ustawiane jest one przez DPM1 i wykorzystywane do cyklicznej wy-miany danych. Może być wykorzystywana przez Mastera do parametryzacji ikonfiguraci danej stacji Slave.

Serwisy do Acykliczne wymiany danych po-między stacjami Mastera DPM2 oraz SlaveInitiate (inicjalizacja)Abort (anuluj)

Ustawianie i kończenie połączenia dla acyklicznejwymiany danych pomiędzy stacjami Mastera DPM2oraz Slave

Read (czytaj) Master odczytuje blok danych ze stacji SlaveWrite (pisz) Master pisze do bloku danych w stacji Slave

Data_ Transport

Master może zapisywać acyklicznie dane specyficznedla danej aplikacji (określone w profilu) do stacjiSlave oraz o ile to wymagane odczytywać dane zestacji Slave w tym samym cyklu.

Wymiana danych jest zorientowana na połączenie poprzez typ połączeniaMS2. Ustawiane jest ono przed uruchomieniem acyklicznej wymiany danychprzez Mastera DPM2 wykorzystując serwis inicjalizacji. Wtedy dane połą-czenia jest gotowe do serwisów typu Read, Write oraz Data_Transport se-rvices. Stacja Slave może obsługiwać kilka aktywnych połączeń MS2 jedno-cześnie. Jednakże ilość takich połączeń jest ograniczona przez możliwościkomunikacyjne danej stacji.

Technologie i Aplikacje, L

Rys. 16: Adresacja poprzez slot i indeks

istopad 2004


4. OgólneProfile aplikacyjne

Ogólne Profile aplikacyjne defi-niują funkcje i sposób działania wramach danego protokołu różnychaplikacji i stacji. Mogą być równieżużywane wraz z specjalnymi profi-lami aplikacyjnymi.

4.1 PROFIsafe

Do niedawna obiektowe sieciprzemysłowe nie pozwalały na ob-sługę bezpośrednią procesówzwiązanych z bezpieczeństwem.Zabezpieczenia realizowano w“tradycyjny” sposób lub wykorzy-stywano bardzo specyficzne sieci.Zastosowanie standardu PROFI-safe, umożliwia wykorzystaniaotwartej sieci PROFIBUS dodatko-wo do aplikacji związanych z bez-pieczeństwem i zabezpieczeniami.

PROFIsafe definiuje w jaki sposóburządzenia do zabezpieczeń - fail-safe (np. wyłączniki bezpieczeń-stwa, kurtyny świetlne, lasery,…)komunikują się poprzez sieć PRO-FIBUS z stacjami nadrzędnymi i tow tak „bezpieczny” sposób, żemożna tego typu rozwiązania sto-sować do KAT4 wg EN954, AK6lub SIL3 (Safety Integrity Level).Tak więc PROFIsafe realizuje ko-munikację do zabezpieczeń – sa-fety poprzez profil, tj. specjalnyformat danych użytkowych i spe-cjalny protokół.

Zazwyczaj w procesie tworzeniaspecyfikacji w systemach do za-bezpieczeń uczestniczy wykonaw-ca, użytkownik, dostawcy i służbydopuszczające (TÜV, UDT). Bazęwyjściową stanowią przyjęte stan-dardy, w szczególności norma IEC61508.

PROFIsafe pozwala na wykrywaniebłędów, które mogą wystąpić przyszeregowych transmisjach danych,mowa tu o opóźnieniach, utracielub powtórzeniu danych, zamianieposzczególnych bajtów w sekwen-cji, błędnej adresacji i przekłamaniudanych.

Istnieje kilka sposobów aby tegotypu problemy wyeliminować, wPROFIsafe wykorzystano w tymcelu:

• Sukcesywną numerację tele-gramów bezpieczeństwa.

• Timeout dla przychodzącychramek wiadomości i jej po-twierdzenia.

• Identyfikator połączenia po-między nadajnikiem, a odbior-nikiem ("hasło").

• Dodatkowe zabezpieczeniedanych poprzez sumę kontrol-ną (Cyclic Redundancy Check,CRC).

Wykorzystanie tego rodzaju me-chanizmów pozwoliło w połączeniuz opatentowanym monitoringiemczęstotliwości błędnych wiadomo-ści „SIL monitor” na to, że PROFI-safe osiągnął klasę bezpieczeń-stwa do SIL 3.

PROFIsafe jest rozwiązaniem pro-gramowym, które zaimplemento-wane jest w urządzeniach jako do-datkowa warstwa („powyżej” war-stwy 7 - patrz rysunek); sama siećPROFIBUS i jej komponenty sie-ciowe i topologia, układy ASIC, czyprotokół pozostają niezmienione.

Tak więc urządzenia pracujące wprofilu PROFIsafe można stosowaćwraz ze standardowymi stacjamibez żadnych ograniczeń, na tymsamym kablu.

PROFIsafe wykorzystuje komuni-kacje acykliczną i może być uży-wany w technologii RS485, świa-tłowodowej oraz MBP, zapewniającjednocześnie bardzo szybki czasodpowiedzi (ważny dla sterowania)oraz bardzo bezpieczne sterowanie(ważne dla procesu automatyki).

W procesie technologicznym, wy-magany jest tylko jeden typ stan-dardowych urządzeń dla sterowa-nia standardowego i do zabezpie-czeń. Funkcje do zabezpieczeńmożna konfigurować w trakcie two-rzenia samej aplikacji.

PROFIsafe jest otwartym profilem i

coraz częściej stosowanym w róż-nych środowiskach. Szczegółowyopis można znaleźć w opisie tech-nicznym „PROFIsafe, Profile dlaTechnologii zabezpieczeń” (PRO-FIsafe, Profile for Safety Techno-logy", PNO nr zam. 3.092.

4.2 HART w sieci PROFI-BUS DP

Ze względu na bardzo dużą liczbęinstalacji pracujących z protokołemHART, kluczowym stała się możli-wość integracji ich do istniejącegolub nowego systemu PROFIBUS.

Specyfikacja PROFIBUS "HART"daje rozwiązanie tego problemu.Zawiera w sobie zalety komunikacjiw sieci PROFIBUS bez żadnychzmian w protokole i jego usługachserwisowych oraz w transmisji da-nych PROFIBUS PDUs (ProtocolData Units), jak i statusie urządze-nia i charakterystyce funkcjonalnej.

Specyfikacja ta definiuje profil wsieci PROFIBUS, który jest zaim-plementowany w stacji master orazslave powyżej warstwy 7. Pozwalaona na mapowanie modelu client-master-server HART w sieciPROFIBUS. Współpraca z organi-zacją HART zapewniła całkowitązgodność z protokołem HART.

Aplikacja HART-client zintegrowa-na jest w stacji PROFIBUS masteroraz HART master w stacji PRO-FIBUS slave (patrz rys.19), przyczym ten ostatni pracuje jako mul-tiplekser i obsługuje komunikację zurządzeniem typu HART.

Dla transmisji komunikatów HART,zdefiniowano kanał komunikacyjny,który pracuje niezależnie od połą-czeń MS1 oraz MS2. Stacja MasterHMD (HART Master Device) może

Rys. 17: Tryb Fail-safe z PROFIsafe


obsługiwać kilka stacji client. Licz-ba stacji client zależy od zastoso-wania.

Urządzenia HART można podłą-czyć ze stacją Master HMD do sie-ci PROFIBUS poprzez różne kom-ponenty sieciowe (patrz opis tech-niczny PROFIBUS PNO „ProfilPROFIBUS dla HART” - "PROFI-BUS Profile for HART“ nr zam.3.102).

4.3 Znacznik czasowy - Ti-me Stamp

W procesie zbierania i archiwizacjidanych, często wymagana jestfunkcja znacznika czasowego wsieci, szczególnie dla diagnostykilub określenia awarii, który pozwolina zapis zdarzenia, czy danej akcjize stemplem czasowym.

W tym celu w sieci PROFIBUS

zaimplementowano profil stemplaczasowego - time stamp. Warun-kiem jest ustawienie zegara w sta-cji Slave przez zegar ze stacji ma-ster przez usługę MS3. W ten spo-sób dla danego zdarzenia możnaprecyzyjnie określić czas, a na-stępnie odczytać dane. Założonomechanizm gradacji komunikatów.Komunikaty określono jako "Aler-ts" i podzielono na alarmy o wyso-kim priorytecie (transmisja komuni-katów diagnostycznych) oraz zda-rzenia (events) o niskim priorytecie.W obu przypadkach stacja Masterodczytuje acyklicznie (używającusługę MS1) wartość procentowąze znacznikiem czasowym orazkomunikaty alarmów i bufor zda-rzeń stacji polowych (patrz Rys.18). Więcej informacji na ten tematmożna znaleźć w dokumentacjiPROFIBUS PNO "Time Stamp", nrzam.2.192.

4.4 Redundancja stacji Slave

Instalacje z urządzeniami polowymiz komunikacją redundantną majązastosowanie w wielu aplikacjach.W tym celu opracowano mecha-nizm slave-redundancy, który cha-rakteryzuje się następującymi ce-chami (patrz Rys. 20):

• Stacja Slave posiada dwa róż-ne interfejsy PROFIBUS, którenazywa się podstawowym -primary oraz rezerwowy - bac-kup. Może to być zarówno wpojedynczej stacji, jak i wdwóch odrębnych urządze-niach.

• Stacja wyposażona jest w dwaniezależne stosy komunikacyj-ne ze specjalnym rozszerze-niem redundantnym (redun-dancy expansion).

• Komunikacja redundantna(RedCom) uruchamiana jestpomiędzy stosami komunika-cyjnymi wewnątrz danej stacjilub pomiędzy urządzeniami ijest ona niezależna od sieciPROFIBUS, a jej szybkośćokreślana jest przez czasprzełączania (redundancyreversing times).

W trybie normalnej pracy komuni-kacja następuje przez łącze pod-stawowe - primary slave; tylko tastacja jest skonfigurowana. Onarównież wysyła dane diagnostycz-ne ze stacji zapasowej (backupslave). W przypadku gdy stacjapodstawowa ulegnie awarii wtedystacja backup przejmuje jej działa-nie i to zarówno w przypadku, gdywykryje ona sama awarię stacjipodstawowej , jak i dostanie takiezgłoszenie od stacji Master. Dodat-kowo stacja Master monitorujewszystkie stacje Slave i wysyła

ramkę diagnostyczną w momencie,gdy stacja ulega awarii.

Stacja redundantna Slave możepracować na jednej nitce PROFI-BUS lub na dwóch niezależnych li-niach. Tego typu rozwiązanie re-dundancji daje duże zalety, m.in.:

• Tylko jeden typ stacji wyma-gany jest dla różnych strukturredundantnych.

• Master, linie i redundantnestacje Slave występują nieza-leżnie od siebie.

• Nie jest wymagana żadna do-datkowa konfiguracja stacjibackup slave .

• Możliwy jest monitoring obustacji.

• Stacje Slave nie maja wpływuna obciążenie sieci, a przy tymna dynamikę odpowiedziPROFIBUS.

Redundancja stacji Slave PROFI-BUS pozwala osiągnąć dużą nie-zawodność, krótki czas przełącza-nia, ciągłość danych. Szczegółowyopis tego profilu można znaleźć wopisie technicznym PROFIBUS"Specification Slave Redundancy",nr zam.2.212.

HART clientapplication

HARTmaster

HARTserver

PROFIBUS DP

PROFIBUS master PROFIBUS slave HART device

HART communication

HART profile

7

1

2

HART profile

7

1

2

HARTcomm

HARTcomm

HART clientapplication

HARTmaster

HARTserver

PROFIBUS DP

PROFIBUS master PROFIBUS slave HART device

HART communication

HART profile

7

1

2

HART profile

7

1

2

HARTcomm

HARTcomm

Rys. 19:Integracja urządzeń HART w sieci PROFIBUS DP

Rys. 18: Stempel czasowy i komunikat alarmu


5. Specyficzne profileaplikacyjne

PROFIBUS różni się od innychsystemów sieciowych, m.in. dużąliczbą opcji aplikacyjnych. Nie tylkorozwijane są profile specyficzne,które wykorzystywane są w okre-ślonych, specyficznych aplikacjachużytkowych, ale również skutecz-nie łączy różne aplikacje, z jedno-czesnym pełnym zachowaniem ist-niejących rozwiązań. W tabeli 8pokazano specyficzne profilePROFIBUS jak również ich bieżącewersje.

5.1 PROFIdrive

Profil PROFIdrive definiuje obsługęi procedury dostępu do napędówelektrycznych pracujących w sieciPROFIBUS, począwszy od pro-stych przemienników częstotliwo-ści, a skończywszy na dynamicz-nych serwonapędach. Integracjanapędów w automatyce zależyściśle od stawianych im zadań. Ztego powodu PROFIdrive definiujesześć klas aplikacji, które spełniają

większość stawianych oczekiwań.

Standard drives (class 1) – na-pędy standardowe, sterowanietego typu napędami następujeprzez zmianę wartości zadanej (np.prędkości), która przekazywanajest przez moduł sieciowy do na-pędu.

W przypadku napędów standardo-wych z funkcjami technologicznymi- standard drives with technolo-gical function (class 2), processterowania podzielony jest na kilkapodprocesów, tzn niektóre funkcjewykonywane są nie w jednostcecentralnej sterownika, a w samymnapędzie. PROFIBUS służy w ta-kim wypadku jako technologicznyinterfejs pomiędzy obiema stacja-mi. Wymagana jest również komu-nikacja slave-to-slave dla tego ty-pu napędów.

Napędy do pozycjonowania (po-sitioning drive (class 3) zawierajądodatkowo funkcje sterujące, wy-korzystywane w aplikacjach, w któ-rych wymagana jest duża dokład-ność i precyzja. Start i parametryprocesu pozycjonowania zadawa-ne są do napędu przez sieć PRO-

FIBUS.

Napędy dla sterowania w proce-sach numerycznych (central mo-tion control (classes 4 and 5) po-zwalają na sterowanie szeregiemnapędów, które zazwyczaj są ste-rowane z jednostki numerycznej(CNC). PROFIBUS służy w takimwypadku do zamknięcia pętli ste-rowania, jak również do synchroni-zacji zegara (Rys. 21). Tego typuidea pozycjonowania (Dynamic Se-rvo Control) obsługuje równieżaplikacje dla silników liniowych.

Automatyka rozproszona (distri-buted automation) w układachsterowanych synchronicznie zega-rem (class 6) może być stosowanado komunikacji slave-to-slave i wtrybie izochronicznym. Przykłademtego typu aplikacji mogą byćsprzęgła elektryczne, krzywki orazprocesy synchroniczne.

PROFIdrive definiuje model funk-cjonalny urządzenia komunikacyj-nego, który współpracuje we-wnętrznie razem z systemem na-pędu. Modułom tym przypisanoobiekty, które opisane są w profilu i

Nazwa profilu Opis profilu Bieżąca wersjaprofilu w PNO

PROFIdrive Profil określający obsługę i sposób dostępu do napędów elektrycz-nych w sieci PROFIBUS.

V23.072

V33.172

PA devices Profil charakteryzujący komunikację urządzeń pracujących w auto-matyce procesowej w sieci PROFIBUS.

V3.03.042

Robots/NC Profil opisujący obsługę robotów w sieci PROFIBUS. V1.03.052

Panel devices Profil opisujący połączenie stacji operatorskich (HMI) z poziomemautomatyki.

V1.0D3.082

Encoders Profil opisujący podłączenie enkoderów obrotowych, kątowych i linio-wych, jedno i wieloobrotowych.

V1.13.062

Fluid power Profil opisujący sterowanie urządzeń hydraulicznych poprzez siećPROFIBUS (w porozumieniu z VDMA).

V1.53.112

SEMI Profil opisujący zachowanie się urządzeń dla wytwórców półprzewod-ników w sieci PROFIBUS (SEMI standard). 3.152

Low-voltage swi-tchgear

Profil definiujący wymianę danych dla urządzeń niskonapięciowych(wyłączniki, zabezpieczenia silników, itp.) w sieci PROFIBUS DP. 3.122

Dosing/weighing Profil opisujący zastosowanie systemów wagowych i dozującyh wsieci PROFIBUS DP. 3.162

Ident systems Profil opisujący komunikację pomiędzy urządzeniami służącymi doidentyfikacji (czytniki kodów paskowych, transpondery). 3.142

Liquid pumps Profil definiujący zachowanie się pomp w sieci PROFIBUS DP. W po-rozumieniu z VDMA. 3.172

Remote I/O for PAdevices

Z powodu swojej specyfiki, różne typy urządzeń i danych są wykorzy-stywane do komunikacji z oddalonymi stacjami I/O wraz ze stacjamiPROFIBUS PA.

3.132

Tabela 8: PROFIBUS specificzna proflie aplikacyjne


które zdefiniowano pod kątem ichfunkcjonalności. Cała funkcjonal-ność napędu opisana jest przez je-go parametry funkcjonalne.

W przeciwieństwie do innych profili,PROFIdrive definiuje tylko mecha-nizm dostępu do parametrów pro-filu, które zawierają m.in. bufor błę-dów, ID napędu, itp.. Wszystkie in-ne parametry (których liczba możebyć większa niż 1000 w napędzie)są określone przez producenta,dając użytkownikowi ogromnemożliwości funkcjonalne. Dostępdo poszczególnych elementów pa-rametrów jest acykliczny przez ka-nał parametryzacji DP-V1.

PROFIdrive V3 używa wersji DP-V2 jako protokołu komunikacyjnegowraz z komunikacją slave-to-slaveoraz trybem izochronicznym. Pro-file te opisano w dokumentacji:"Profiles for variable speed drives",V2, nr-zam.: 3.072; "PROFIdriveProfile Drive Technology", V3, nr-zam.: 3.172.

5.2 Stacje PA

Nowoczesne urządzenia proceso-we posiadają dość znaczną inteli-gencję i przejmują część funkcji idziałania systemu automatyki. Pro-fil dla stacji PA definiuje wszystkiefunkcje i parametry dla różnych ty-pów (klas) urządzeń procesowych,które typowo przetwarzają sygnałpomiarowy czujnika na wartośćprocesową, która odczytywana jestprzez system sterowania. Urzą-dzenie podaje cały ciąg informacji

procesowych oraz określa statusprocesu patrz Rys. 25.

Profil dla urządzeń PA opisano wczęści ogólnej (general require-ment part) zawierającej specyfika-cję dla wszystkich typów urządzeńoraz w arkuszu danych urządzenia(device data sheets) zawierającymspecyfikację dla specyficznych ty-pów urządzeń. Profil PA dostępnyjest od wersji 3.0 i zawiera arkuszdanych urządzenia dla następują-cych przetworników:

• ciśnienia i różnicy ciśnień• poziomu, temperatury i prze-

pływu• wejść i wyjść cyfrowych i ana-

logowych• zaworów i elementów wyko-

nawczych• analizatorów

Model blokowyPrzy projektowaniu wygodnie jestużywanie bloków do opisu charak-terystyki i funkcji danego punktupomiarowego oraz dalej do repre-zentowania aplikacji automatyki ja-ko kombinację tych bloków. Specy-fikacja urządzeń PA używa tegotypu bloków funkcyjnych do repre-zentacji sekwencji funkcjonalnej jakpokazano na Rys. 22.

Wykorzystuje się następujące trzytypy bloków:

Bloki fizyczne (Physical Block -PB)PB zawiera dane charakteryzującestację, np. nazwa stacji i produ-centa, numer seryjny, itp. Tego ty-

pu blok występuje tylko raz w każ-dym urządzeniu.

Blok przetwarzania (TransducerBlock) - TBBlok TB zawiera wszystkie danewymagane dla obsługi przesyłane-go sygnału z czujnika do danegobloku funkcyjnego. Blok TB możebyć pominięty, jeżeli tego typufunkcja ta nie jest wymagana.

Urządzenia wielofunkcyjne z dwo-ma lub kilkoma czujnikami zawieraodpowiednią ilość bloków TB.

Bloki funkcyjne (Function Block)- FBBlok FB zawiera wszystkie danepotrzebne dla końcowej obróbkiwartości pomiarowej przed wysła-niem do systemu sterowania lubnastaw.

Dostępne są następujące blokifunkcyjne:

Blok wejścia analogowego(Analog Input Block) - AIBlok AI określa wartość pomiarowąz czujnika lub bloku TB do systemusterowania.

Blok wyjścia analogowego(Analog Output Block) - AOBlok AO przekazuje urządzeniuwartość określona przez systemsterowania.

Wejścia cyfrowe(Digital Input) - DIBlok DI przekazują do systemuwartości wejściowe urządzenia.

Wyjścia cyfrowe(Digital Output) - DOBlok DO przekazują do urządzeniawartości wyjść określone przezsystem.

Bloki te są implementowane przezproducenta jako system w danymurządzeniu polowym i stanowią wcałości reprezentację funkcjonalnąurządzenia. Generalnie kilka blo-ków zawarto jednocześnie w danejaplikacji (patrz Rys. 22, który poka-zuje uproszczona strukturę wielo-funkcyjnego urządzenia polowego).

Clock synchronism

Clock

Drive

M Encoder

Drive

M Encoder

Drive

Closed Loop Speed Ctrl.

M Encoder

Application Class 4

Automation

Technology

InterpolationPos.Control

Status Word + Actual Position...Control Word + Speed Setpoint + ...

Closed Loop Speed Ctrl. Closed Loop Speed Ctrl.

Rys. 21: PROFIdrive, pozycjonowanie z centralną interpolacją i sterowaniem

cie

nej (Primary Value - PV) oraz war-tości dodatkowej (Secondary Value- SV).

Kontrola wartości granicz-nych - limityJedną z kilku informacji proceso-wych jest kontrola wartości gra-nicznych (limity). Stacja PA oferujeodpowiednie mechanizmy aby za-sygnalizować ostrzeżenie/alarmprzy przekroczeniu limitu lub po je-go opuszczeniu (patrz Rys. 24).

Status
Konfiguracja odpowiada podziałowi parametrów przypisanych w trakRys. 22: Struktura blokowa urządzenia polowego

sygnału na dwa podprocesy:

pierwszy z podprocesów “metodapomiaru i wysterowanie” (Rys. 25:kalibracja, linearyzacja, skalowa-nie) wykonywany jest w blokuprzetwarzania TB, natomiastdziałanie drugiego podprocesu "ob-róbka wartości pomiaro-wej/ustawienia" (Rys. 21) zawartow bloku funkcyjnym FB.

Specyfikacja w Profilu PA

Możliwe jest tutaj pokazanie tylkoczęści specyfikacji. Szczegółoweinformacje nt. znajdują się w lite-raturze fachowej, np.: "PROFIBUSPA" (Ch. Diedrich/ Th. Bange-mann).

Ciąg sygnałowyProfil PA określa funkcje i parame-try, które odnoszą się do poszcze-gólnych kroków w ciągu sygnało-wym, jak pokazano to na Rys. 25.Jako przykład Rys. 23 i Tabela 9pokazano szczegóły dla kroku "ka-libracji", natomiast Rys. 24 poka-zuje krok "określania limitów".

Parametry adresoweBloki określane są przez swój ad-res początkowy, natomiast para-metry charakteryzuje odpowiedniindeks wewnątrz bloku. Aby dostaćsię do parametru blok specyficznydla danego urządzenia zapisywanyjest bezpośrednio w kartoteceurządzenia.

Parametry procesów baczo-wychW celu zastosowania urządzeńpolowych w procesie baczowym,profil ten pozwala na zapis kilkuzestawów parametrów zarówno wtrakcie pracy, jak i podczas uru-chomienia. Bieżący proces baczo-wy przyporządkowywany jest do

uruchomienia.

Urządzenia modułowePROFIBUS pozwala na definiowa-nie stacji jako kompaktowej lubmodułowej, przy czym blok funk-cyjny rozumiany jest jako “moduł”.Profil PA pozwala na wybór odpo-wiedniego bloku funkcyjnego. Sta-cja skonfigurowana jako modułowatraktowana jest jako urządzenie zwieloma zmiennymi.

Stacje z kilkoma zmiennymiprocesowymiStacje procesowe podają zazwy-czaj kilka zmiennych procesowych,np. używając kilku czujników lubokreślonych zmiennych . Odbywasię to w bloku przetwarzania profiluprzez rozróżnienie wartości głów-

Status jest dodany do wartościmierzonej, dając informacje o jako-ści wartości pomiarowej. Wyróżniasię trzy poziomy jakości zły, nie-pewny oraz dobry. Dodatkowe in-formacje obsługiwane są przez po-szczególne statusy, które są dołą-czane do każdego poziomu jako-ści.

Systemy fail-safeProfil PA również obsługuje pracęfail-safe. W przypadku wystąpieniabłędu w ciągu pomiarowym, wtedywyjście ustawiane jest na wartośćustawioną przez użytkownika.Użytkownik może wybrać jeden ztrzech typów zabezpieczenia. Dal-sze informacje można znaleźć wdokumencie PROFIBUS Guideline"Profile for Process Control Devi-ces", nr zam. 3.042.

Parametr Opis parametru

LEVEL_HI

LEVEL_LO

Zakres pomiarowy

CAL_POINT_HI

CAL_POINT_LO

Część dla zakresu pomiarowegoczujnika, który przejmuje poziomyzakresów

Table 9: Parametry dla funkcji kalibracji

Upper limit

Upper calibration point

Lower calibration point

SensorSensor valuevalue

LevelLevel

Output in cm³

Sensor measured value TimeTimeAdaptation of measuring range

Lower limit

SSS

Sensor

Val

ues

ofth

e se

nsor

Val

ues

ofth

e se

nsor

Upper limit

Upper calibration point

Lower calibration point

SensorSensor valuevalue

LevelLevel

Output in cm³

Output in cm³

Sensor measured value TimeTimeAdaptation of measuring range

Lower limit

SSS

Sensor

Val

ues

ofth

e se

nsor

Val

ues

ofth

e se

nsor

Rys. 23: Specyfikacja funkcji kalibracji


5.3 Profil Fluid Power

Profil ten opisuje format wymianydanych i parametrów dla urządzeńtakich jak zawory, pompy i napędyopartych na standardzie PROFId-rive. Parametry przekazywane sąpoprzez kanał DP-V0 lub komuni-kację acykliczną DP-V1.

Dalsze informacje można znaleźćw opisie PROFIBUS Guideline"Profile Fluid Power Technology",nr zam. 3.112.

5.4 Urządzenia SEMI

Niektóre z urządzeń wykorzysty-wane są również w przemyśle pół-przewodnikowym, są to m.in. pom-py próżniowe lub przepływomierze.

Organizacja "Semiconductor Equ-ipment and Materials International"określiła standard specyficzny dlatej gałęzi przemysłu (SECS, Semi-conductor Equipment Communica-tion Standard), z którym kompaty-bilny jest profil aplikacyjny PRO-FIBUS SEMI.

SEMI podzielony jest na 4 części(definicje ogólne, regulatory prze-pływu, pompy próżniowe orazprzetworniki).

5.5 System identyfikacji -Ident

System identyfikacji jest profilemdla czytników kodów paskowych itransponderów. Pracuje on wyko-rzystując funkcje DP-V1. Podczascyklicznej wymiany danych kanałwykorzystuje małą ilość danych doprzesyłania informacji statuso-wych/sterujących. Kanał acyklicznysłuży do transmisji dużej ilości da-nych zawierających informacje zczytnika. Definicja standardowychbloków funkcyjnych ułatwia zasto-sowanie tego typu systemów orazpozwala na tworzenie aplikacji dlastandardów ISO/IEC 15962 orazISO/IEC18000.

5.6 Zdalne wejścia/wyjścia wmodułach PA

Dzięki swojej dużej modułowościzdalne urządzenia wejść/wyjśćstanowią pewne utrudnienie dla"idealnego" modelu stacji PA. Z te-go powodu, mają one specjalnemiejsce w rozproszonej automaty-ce. Aspekt ekonomiczny równieżdość znacznie wpływa na konfigu-rację stacji (moduły, bloki, ...), za-soby (pamięć, rekordy, ...) i funkcje(np. dostęp acykliczny). Dlategoteż zdefiniowano uproszczony mo-del stacji. Celem jego było stwo-rzenie maksymalnie wydajnej cy-klicznej wymiany danych.

Sensor measured valueMeasured value status

Calibration

Linearization, scaling

Filter

Limit value control

Fail-safe behavior

Operating mode selection

Over the bus to the control system

Sensor measured valueMeasured value status

Calibration

Linearization, scaling

Filter

Limit value control

Fail-safe behavior

Operating mode selection

Over the bus to the control system

Rys. 25: Przepływ sygnału w profilu dla stacji PA

Rys. 24: Specyfikacja funkcji kontroli wartości granicznych

6. Profile systemowe

Profile w automatyce określająspecyficzny charakter pracy urzą-dzenia i systemu. Dzielimy je naokreślone klasy lub rodziny, któresą niezależne od producenta, cozapewnia pewność działania i ła-twość ewentualnej podmiany urzą-dzenia w sieci.

Profile Mastera w PROFIBUSopisują klasy sterowników, przyczym każdy z nich obsługuje spe-cyficzny “podzestaw” dostępnychfunkcji Mastera, takich jak:

• komunikacja cykliczna• komunikacja acykliczna• diagnostyka, obsługa alarmów• sterowanie zegarem• komunikacja slave-to-slave,

tryb izochroniczny• bezpieczeństwo - safety

Profile systemowe PROFIBUSidą jakby o krok dalej i opisują kla-sy systemów włączając w to funk-cje Mastera, dostępne funkcje dlaStandardowego Interfejsu Progra-mowego (FB wg IEC 61131-3, sa-fety layer oraz FDT) oraz opcje in-tegracji (GSD, EDD oraz DTM).Rys. 26 pokazuje platformy stan-dardowe dostępne obecnie.

W systemie PROFIBUS, profileMastera i systemu zawierają więk-szość wymaganych profili aplika-cyjnych (Rys. 27):

•

•

Stdzspwymplada

PRfilinie(p

DiscreteManu-

facturingLowerRange

DiscreteManu-

facturingUpperRange

Process Sa

M

Application Profilesare using one or more of these

Master/System Profiles

DiscreteManu-

facturingLowerRange

DiscreteManu-

facturingUpperRange

Process Sa

M

Application Profilesare using one or more of these

Master/System Profiles

Rys. 26: Profile Master/system dla PROFIBU

Rys. 27: Profile systemowe i aplikacyjne


Profile Mastera i systemoweopisują specyficzne parametrysystemowe, które są udostęp-niane dla urządzenia polowe-go,Profile aplikacyjne wymagająspecyficznych parametrówsystemowych aby uprościć ichzdefiniowane działanie.

osując te profile producent urzą-eń skupia się na istniejących lubecyficznych profilach systemo-ch, natomiast producent syste-

u może wykorzystać istniejącątformę przeznaczoną do obsługinego urządzenia.

OFIBUS oferuje dużą ilość pro- systemowych opartych na ist-jących aplikacjach polowych

atrz Rys. 26).

Standardowe bloki funkcyjne(Bloki komunikacyjne)Aby zapewnić niezależny od pro-ducentów systemu profili, koniecz-nym okazało się stworzenie do-datkowej platformy, tzw. aplikacyj-nego interfejsu programowego(API, Rys. 27), wykorzystując stan-dardowe bloki funkcyjne.

Ponieważ aplikacja programowama dostęp do cyklicznych danychkomunikacyjnych (kanał MS0) po-przez obraz procesu systemu,dlatego też wcześniej nie przewi-dziano interfejsu do obsługi acy-klicznej wymiany danych. Produ-cenci wymagali aby stworzyć stan-dard, który integruje stacje polowez aplikacją użytkownika lub syste-mem bez dużej znajomości proce-sów komunikacyjnych. W tym celuPNO określiło bloki funkcyjne wgnormy IEC61131-3 "Communica-tion and Proxy Function Blocks ac-cording to IEC 61131-3". Określo-no tam bloki funkcyjne jako“kombinację standardów” opartychna normie IEC 61131-3 (program-ming languages) oraz wykorzysta-no kanał komunikacyjny PROFI-BUS IEC 61158.

Zdefiniowano bloki komunikacyjnedla stacji Master klasy 1 oraz 2, jakrównież dla stacji Slave oraz poda-no inne dodatkowe funkcje. Funk-cjonalność technologiczna urzą-dzeń polowych może mieć zwartąidentyfikację, wykorzystywanąprzez wszystkie bloki. Wszystkiebloki mają również wspólny sposóbwyświetlania błędów kodowanychwg normy IEC 61158-6.

Producenci sterowników PLC od-powiednich grup/profili oferują tegotypu standardowe bloki komunika-cyjne ("Comm-FBs") zawarte w bi-bliotece "IEC libraries". Producenturządzeń polowych może odpo-

fety MotionControl

e.g. PG/PCMasterClass 2

aster/System Profiles

.....

are supporting one ore more of these Application Profiles

fety MotionControl

e.g. PG/PCMasterClass 2

aster/System Profiles

.....

are supporting one ore more of these Application Profiles

S


wiadać wykorzystywać bloki funk-cyjne proxy w celu generowaniaodpowiedzi. Mogą one być wyko-rzystywane z powodzeniem wewszystkich systemach sterowania.

Interfejs programowaniaaplikacjiApplication Programmer´sInterface (API)W celu maksymalnego uproszcze-nia mechanizmów komunikacyj-nych w programie aplikacyjnym,umożliwiono programowanie wstandardowych językach oraz wy-woływanie bloków lub funkcji z bi-blioteki. Wraz z interfejsem FDT,bloki PROFIBUS "Comm-FBs" roz-szerzają interfejs API ApplicationProgrammer's Interface jak poka-zano na rys. 28.

Bloki funkcyjne ProxyBloki funkcyjne Proxy reprezentująfunkcje technologiczne stacji przezwprowadzenie wszystkich nie-zbędnych parametrów wejściowychi wyjściowych do interfejsu bloku.Bloki funkcyjne proxy tworzone sązazwyczaj jednokrotnie przez pro-ducenta urządzenia i są imple-mentowane w systemie sterowaniaw odpowiedniej klasie systemu lubodpowiednim profilu bez specjal-nych dodatkowych zabiegów (patrzRys. 29).

PROFIBUS

MS0 MS1

PROFIBUS

MS2 CommunicationsPlatform

ProcessImage

Comm-FB(IEC 61131 -3)

Field-Device-Tool (FDT)

Application Programmer'sInterface (API)

PROFIBUS

MS2MS1MS0CommunicationsPlatform

z.B. Proxy-FB(IEC 61131-3)

User-Program

Device TypeManager (DTM),(EDD – Interpreter)

PROFIBUS

MS0 MS1

PROFIBUS

MS2 CommunicationsPlatform

ProcessImage

Comm-FB(IEC 61131 -3)

Field-Device-Tool (FDT)

Application Programmer'sInterface (API)

PROFIBUS

MS2MS1MS0CommunicationsPlatform

z.B. Proxy-FB(IEC 61131-3)

User-Program

Device TypeManager (DTM),(EDD – Interpreter)

Rys. 28: Interfejs programowania aplikacji - API

PLC System A PLC System B

Application program

D

Proxy FB

C C

Comm FB

B

Application program

Proxy FB

D

Comm FB

APortability

FD-M usesComm FB

Proxy FB

PLC-M deliversComm FB

1

2

3

Proxy FB

C

Library:

CommFB

A

Library:

Comm FB

B

Proxy FB

C

Programmer (D) usesComm FB and Proxy FB

4

Field Device Manufacturer

(FD-M) C

FD-M delivers

Rys. 29: Bloki funkcyjne


7. Device Management

Nowoczesne urządzenia polowedostarczają dużo informacji i reali-zują również funkcje, które wcze-śniej wykonywane były w PLC isystem sterowania. Aby móc wy-konywać tego typu zadania, pro-gramy uruchomieniowe oraz pro-gramy inżynierskie i parametryzu-jące wymagają dokładnego i peł-nego opisu funkcji i danych stacji,m.in. typ funkcji, parametry konfi-guracyjne, zakres wartości, jed-nostki pomiarowe, wartości do-myślne, limity, identyfikator, itp. Tosamo dotyczy sterowników, czysystemów sterowania, których spe-cyficzne parametry i formaty da-nych muszą być znane, tak abyzapewnić bezbłędną wymianę da-nych ze stacjami polowymi.

PROFIBUS rozwinął liczne sposo-by i narzędzia do "integracji tech-nologii", w celu ułatwienia opisuurządzeń. Sposoby te ukierunko-wane są na specyfikę danej stacjipoprzez mechanizm integracjiurządzeń.

W automatyce procesowej, zewzględów historycznych, prefero-wane są pliki GSD, ale stosowaniemechanizmu FDT ciągle wzrasta.Zależnie jednak od wymagań wy-korzystuje się typ EDD lub FDT(patrz rys. 30).

Metody opisu urządzeń:

Parametry komunikacji stacjiPROFIBUS opisane są poprzez li-stę parametrów komunikacyjnych(GSD) w formacie danych; GSDjest bardzo wygodny dla prostychaplikacji. Tworzy go producent

urządzenia i jest dołączany wraz znim do przesyłki.

Parametry aplikacyjne stacjiPROFIBUS (charakterystykaurządzenia) opisana jest za pomo-cą uniwersalnego języka ElectronicDevice Description Language(EDDL). Plik (EDD) tworzony jestrównież przez producenta. Inter-preter EDD jest bardzo wygodnydla aplikacji o średnim stopniuskomplikowania.

Dla aplikacji kompleksowychjednym z rozwiązań jest mapowa-nie wszystkich specyficznych dladanego urządzenia funkcji, włą-czając w to interfejs użytkownikadla parametryzacji, diagnostyki, itp.jako software component w DeviceType Manager (DTM). DTM jest"driver’em" urządzenia w przeci-wieństwie do standardu interfejsuFDT, który implementowany jest wnarzędziu inżynierskim w systemiekonfiguracyjnym.

7.1 GSD

GSD jest to plik tekstowy ASCII,który zawiera ogólną specyfikacjękomunikacji oraz określoną dla da-nej stacji. Każde pole zawiera opiscech i właściwości obsługiwanychprzez stację. Poprzez odpowiedniesłowa kluczowe, narzędzie konfigu-racyjne odczytuje identyfikator sta-cji, parametry, odpowiedni typ da-nych i dopuszczalne limity wartościdla stacji, do której odnosi się da-ny plik GSD. Niektóre słowa klu-czowe są obligatoryjne, np. Ven-dor_Name (nazwa producenta). In-ne natomiast są opcjonalne, np.Sync_Mode_supported (obsługatryby pracy synchronicznej wyjść) .

GSD zastąpił poprzedni standar-dowy opis techniczny i zapewniałautomatyczną kontrolę błędów ispójność danych, nawet w czasiekonfiguracji.

Struktura pliku GSD

Plik GSD podzielony jest na trzyczęści:

Specyfikacja ogólnaTa część zawiera informacje o pro-ducencie i nazwę urządzenia, wer-sję sprzętową i programową, jakrównież obsługiwane prędkościtransmisji, możliwe czasy monito-ringu i sygnały podpięte do wtyczkisieciowej.

Specyfikacja MasterCzęść ta zawiera wszystkie para-metry związane ze stacją Master,takie jak maksymalna liczba obsłu-giwanych stacji Slave lub opcjaupload / download. Ta część niejest dostępna dla stacji Slave.

Specyfikacja SlaveW tej części zawarto informacjeodnoszące się do stacji Slave, ta-kie jak numer i typ kanałów I/O,specyfikacja tekstów diagnostyki iinformacje dla danego modułu wstacjach modułowych.

Istnieje również możliwość zinte-growanie bitmapy symbolizującejdane urządzenie. Format plikuGSD jest bardzo elastyczny. Za-wiera on listę parametrów, takichjak prędkość transmisji obsługiwa-ne przez stację, jak również opisczy stacja jest modułowa. Możemydołączać również tekst diagno-styczny.

Plik GSD generalnie odnośni się dodwóch typów stacji:

• GSD dla stacji kompaktowych,które posiadają sztywną iokreśloną konfigurację. Tegotypu plik GSD może całkowiciestworzyć producent danegourządzenia.

• GSD dla stacji modułowych,dla których konfiguracja niejest zazwyczaj znana przy do-stawie urządzenia. W takimwypadku użytkownik musistworzyć bieżącą konfiguracjęwykorzystując narzędzia pro-gramowe.

GSD

EDDFDT

Discrete Manufacturing (Factory Automation)

Continuous Manufacturing(Process Automation)

• Controls• Binary Remote I/O• Fixed Configuration

• Drives• Functional Safety

Program• Device Specific Handling• Application Interface• Middle to high Complexity

• In-processMeasurement

• Closed-loop Control• Tool-based Parameterization & Diagnosis• Device Tuning at Run-time

• Parameterization at Start-up• Simplest Handling

Interpreter• Uniform Device Handling• Device Description

Language• Low to middle Complexity

• Network Configuration

GSD

EDDFDT











GSD

EDDFDT











• Network Configuration

Rys. 30: Zintegrowane technologie w sieci PROFIBUS


Odczytując plik GSD za pomocąnarzędzi konfiguracyjnych (w kon-figuratorze PROFIBUS), użytkow-nik może zoptymalizować funkcjekomunikacyjne dla urządzenia.

Certifikacja GSDProducent urządzenia odpowie-dzialny jest za stworzenie i jakośćpliku GSD dla swojego urządzenia.Dodatkowo przez specjalne profileGSD (zawierające informacje oprofilu dla danej rodziny urządzeń)lub dla indywidualnego urządzeniaGSD (specyficzny dla urządzenia)stanowi podstawę do certyfikacjiurządzenia.

Pomoc PNOAby wspomóc producentów urzą-dzeń na stronach internetowychorganizacji PROFIBUS udostęp-niono specjalny edytor GSD, któryułatwia tworzenie i sprawdzanieplików GSD.

Specyfikacja formatu pliku GSDopisana jest w podręczniku PRO-FIBUS odnośnie plików GSD, nrzam.: 2.122.

Nowe wersjeFunkcje komunikacyjne dla stan-dardu PROFIBUS integrowane sąrównież w pliku GSD przez PNO.Słowa kluczowe dla wersji DP-V1można znaleźć w wersji 3 GSD,natomiast dla DP-V2 w wersji 4GSD.

ID producentaKażda stacja Slave PROFIBUS ikażda stacja Master klasy 1 musiposiadać numer ID. Wymaganyjest on do tego aby stacja Mastermogła zidentyfikować typ dołączo-nej stacji bez konieczności stoso-wania dodatkowego nagłówka.Stacja Master porównuje numer IDdołączonej stacji z numerem IDokreślonym w danych konfigura-cyjnych. Transfer danych użytko-wych nie jest uruchamiany dopókinie zostanie stwierdzony poprawnytyp stacji oraz jej adres. Zapewniato optymalne zabezpieczenie przedbłędami konfiguracji.

Numer ID dla każdego typu stacjinadaje organizacja UżytkownikówSieci PROFIBUS, która również za-rządza numeracją ID. Formularzmożna otrzymać od regionalnegoprzedstawicielstwa PNO lub bez-pośrednio z internetu.

Profile IDSpecjalny zakres numerów ID za-rezerwowano dla urządzeń polo-wych w automatyce procesowej inapędach: 9700h - 97FFh lub3A00h - 3AFFh. Wszystkie stacjepolowe odpowiadające dokładnieokreślonym profilom PROFIBUSPA w wersji 3.0 lub wyższej, jak idla PROFIdrive wersji 3, mogą ko-rzystać z numerów ID z tego spe-cjalnego zakresu. Określenie tegotypu numerów ID pozwala zwięk-szyć zdolność wymiany poszcze-gólnych urządzeń. Numer ID, któryma zostać wybrany dla określone-go urządzenia zależy od różnychczynników, np. w przypadku stacjiPA od typu i ilości dostępnych blo-ków funkcyjnych. Numer ID 9760Hzarezerwowany jest dla urządzeniaPA, które posiada różne bloki funk-cyjne (urządzenie wielofunkcyjne).Przewidziano również specjalnąkonwencję do oznaczania plikówGSD tego typu urządzeń PA. Opi-sano to szczegółowo w profiluurządzeń PA.

Pierwszy numer profilu ID zarezer-wowany dla PROFIdrive (3A00h)wykorzystywany jest w wersji DP-V1 przy tworzenie połączenia dokontroli, czy stacje Master i Slavewykorzystują ten sam profil. StacjeSlave, które pozytywnie potwierdząten identyfikator, obsługują DP-V1kanał parametryczny opisany wprofilu PROFIdrive. Wszystkie po-zostałe numery profili ID służą doidentyfikacji niezależnych od pro-ducentów plików GSD. Pozwala tona wymianę urządzeń różnychproducentów bez konieczności po-nownej konfiguracji sieci. Np. trybVIK-NAMUR z niezależnym odproducenta plikiem GSD PROFId-rive zdefiniowany jest jako kompo-nent profili PROFIdrive dla prze-mysłu chemicznego.

7.2 EDD

GSD nie jest wystarczający do opi-su parametrów i funkcji zoriento-wanych na aplikację urządzeń po-lowych (np. parametry konfigura-cyjne, zakresy liczbowe, jednostki,wartości domyślne, itp.). Wymagato bardziej wydajnego języka opi-sowego, który został rozwinięty wformie uniwersalnej aplikacji Elec-tronic Device Description Langu-age (EDDL). Język EDDL pozwalana opis funkcji stacji polowej. Po-siada on również mechanizmywspomagające dla

• integracji istniejącego profilu wopisie urządzeń,

• odniesienia się do istniejącychobiektów przez ich uzupełnie-nie,

• dostępu do standardowegosłownika

• dołączenie opisu urządzeń.

Stosując EDDL producent urzą-dzeń może stworzyć odpowiedniplik EDD dla swojej stacji, podob-nie jak plik GSD, dostarczający in-formacje do narzędzi inżynierskichi systemu sterowania.

Aplikacje EDDEDD jest bardzo wszechstronnymźródłem informacji, np. dla

• inżynieringu• uruchomienia• pracy Runtime• obsługi• dokumentacji i eCommerce

Zalety EDDEDD posiada dużo zalet zarównodla użytkownika, jaki i producenta.

Jednolity interfejs wspomaga użyt-kownika przez

• ograniczenie szkolenia• pewność działania• tylko jedno narzędzie dla

wszystkich aplikacji• walidację danych wejściowych

Generowanie opisu EDD jest bar-dzo proste i tanie co znacznieułatwia aplikowanie i rozwój urzą-dzeń:

• bez specyficznej wiedzy zestrony producenta urządzenia

• przez wykorzystanie istnieją-cych EDD i biblioteki

• przez uniwersalność dla zło-żonych urządzeń

EDD zapewnia również zabezpie-czenie inwestycji zarówno ze stro-ny użytkownika, jak i producenta cozapewnia fakt, że EDD jest nieza-leżne od systemu operacyjnego iprosty do rozszerzenia.

Nowe wersjePodobnie jak dla pliku GSD, tak iEDDL ma możliwość upgrad’u cozapewnia ciągły rozwój urządzeń wprzyszłości. Obecnie trwają pracenad ujednoliceniem specyfikacji dladynamicznej składni i opisu sprzętustacji modułowych Slave.


Specyfikacja EDDL stanowi inte-gralną część międzynarodowegostandardu IEC 61804. Jest on włą-czony do opisu PROFIBUS nr2.152.

7.3 Koncepcja FDT/DTM

Istniejące języki opisowe do konfi-guracji i parametryzacji posiadająoczywiście pewne ograniczenia,np.:

• kompleksowe, niestandardowecharakterystyki urządzeń po-lowych włączając diagnostykęsą bardzo wygodne dla ope-ratora obiektu lub

• w polu "Optymalizacji” powin-ny być obsługiwane funkcje dlasłużb utrzymania ruchu.

• obsługa urządzenia powinnabyć “zamknięta” w oprogra-mowaniu (technologia zabez-pieczeń, kalibracja, itp.)

Tego typu kompleksowe zadania,wymagają “dodatkowych narzędzi”,które pozwolą producentowi urzą-dzenia na zapewnienie specjalnej irozszerzonej charakterystyki urzą-dzenia polowego w standardowysposób i która w tym samym czasiepozwala na integrację urządzeniaw systemie sterownia poprzezstandardowe interfejsy.

Rozwiązaniem dla tego typu wy-magań jest koncepcja interfejsuniezależna od producentaFDT/DTM (patrz Rys. 31), którazostała rozwinięta i wprowadzonaprzez PNO oraz ZVEI (CentralneStowarzyszenie dla PrzemysłuElektrycznego).

Interfejs FDTDefinicja uniwersalnego interfejsuzapewnia możliwość implementacjiodpowiednich komponentów pro-gramowych do każdego inżynierin-gu lub innych platform w systemieautomatyki wyposażonych w teninterfejs. Tak określono interfejsFDT (Field Device Tool).

FDT bieżąco występuje w wersji1.2. Specyfikacja FDT zawarto wopisie PROFIBUS nr 2.162.

Opis urządzeń jako kompo-nent programowySpecyficzne funkcje i dialog urzą-dzeń polowych przy parametryza-cji, konfiguracji, diagnostyce i ser-wisie, uzupełnionych o interfejsużytkownika zostały zrealizowanew komponentach programowych.Komponenty te nazywane są DTM(Device Type Manager) i są zinte-growane w narzędziach inżynier-skich lub systemie sterowaniaprzez interfejs FDT.

DTM wykorzystuje funkcje “routing:systemu inżynierskiego do komuni-kacji przez poszczególne poziomy.Co więcej dane projektowe sądzielone na wersje. Pracują jak“driver” przy drukarce, gdzie insta-lujemy odpowiedni typ na naszymPC. DTM generowany jest przezproducenta urządzenia i jest dołą-czany do urządzenia.

Generowanie DTMIstnieje kilka opcji do wygenerowa-nia DTM:

• Specyficzne programowanieprzez języki wyższego rzędu.

• Wykorzystanie istniejącychkomponentów lub narzędziprzez ich zawieranie DTM.

• Wygenerowanie z istniejącegoopisu urządzenia wykorzystu-jąc kompilator lub interpreter.

• Wykorzystać narzędzie DTM wpostaci MS VisualBasic.

DTM pozwala na uzyskanie bezpo-średniego dostępu do wszystkichstacji w celu planowania, diagno-styki i serwisu ze stacji centralnej.

DTM nie jest niezależnym narzę-dziem ale komponentem ActiveXze zdefiniowanym interfejsem.

Zalety użytkowe przy zasto-sowaniu FDT/DTMKoncepcja FDT/DTM jest niezależ-na od protokołu z mapowaniemfunkcji urządzeń w komponentachprogramowych, otwierając intere-sujące nowe opcje użytkowe.

Koncepcja ta zawiera opcje inte-gracji, które są bardzo przydatnedla narzędzi inżynieringu, diagno-styki i serwisu – wywodzących sięz specyficznych technologii komu-nikacyjnych różnych systemów sie-ci polowych i specyficznych syste-mów inżynieringu systemów auto-matyki.

Standard FDT zapewnia bazę dozintegrowania rozwiązań od obsza-ru polowego do narzędzi i metodstosowanych przez poziom zarzą-dzania.

Rys. 31: Koncepcja FDT/DTM


8. Kontrola jakości

Aby urządzenia PROFIBUS róż-nych typów i producentów popraw-nie pracowały w systemach auto-matyki należy zapewnić bezbłędnątransmisję informacji w sieci. Wy-magane jest zaimplementowaniestandardowego protokołu komuni-kacyjnego i profili aplikacyjnych.

Aby mieć pewność, czy są spełnio-ne te wymagania PNO ustanowiłoprocedurę kontroli jakości opartejna testach i następnie certyfikacjiurządzeń, które pomyślnie przeszłytesty.

Celem certyfikacji jest zapewnieniebezbłędnego funkcjonowania urzą-dzeń od różnych producentów. Abyto osiągnąć urządzenie poddawa-ne jest rygorystycznym testom wniezależnych laboratoriach. Po-zwala to na wczesne wykrywaniebłędnej interpretacji standarduprzez producenta i zapobiega im-plementacji błędnie działającegourządzenia na obiekcie. Testowanajest również współpraca urządze-nia z innymi urządzeniami. Po po-zytywnym zaliczeniu testu produ-cent może wystąpić o certyfikację.

Podstawą procedury certyfikacji(patrz Rys. 35) jest standard EN45000. Organizacja PROFIBUSzorganizowała niezależne laborato-ria testowe pracujące zgodnie zwspomnianym standardem. Tylkotakie testy są autoryzowane i sta-nowią podstawą do certyfikacjiurządzenia.

Procedura testu i sekwencja certy-fikacji opisana jest w instrukcji nr2.032 (DP slave), nr 2.062 (urzą-dzenia PA) oraz nr 2.072 (DP ma-ster).

8.1 Procedura testu

Głównym celem testu jest nadanienumeru ID i kontrola pliku GSD, jakrównież EDD dla aplikowanegourządzenia.

Procedura testu, która jest takasama dla wszystkich laboratoriówdzieli się na kilka części:

Kontrola GSD/EDD zapewnia, żeopis urządzenia zgadza się z fak-tycznym opisem.

Test Hardware test ten pozwalana sprawdzenie elektroniki interfej-

su PROFIBUS urządzenia ze spe-cyfikacją. Obejmuje to rezystoryterminujące, drivery komunikacyjnei inne moduły.

Test Funkcjonalny kontroluje do-stęp do sieci i protokół transmisji ifunkcje testowanego urządzenia.Podczas testu stosuje się procedu-rę czarnej-skrzynki, oznacza to żenie wymagana jest żadna wiedza owewnętrznej strukturze urządzenia.Rejestrowana jest reakcja na test iodpowiedzi czasowe w sieci. W ra-zie potrzeby monitoruje się reakcjęwyjść urządzenia.

Test Zgodności stanowi zasadni-czą część testu. Obiekt jest testo-wany pod kątem zgodności zestandardem. Szczegółowo testo-wane są

Stany pracy stacji: protokółPROFIBUS definiuje status pracyurządzenia. Testowane są wszyst-kie stany pracy stacji. Analizuje siębieżące zachowanie i porównuje zzadanym, wynik wpisywany jest doprotokołu.

Zachowanie w przypadku błędu,symulacja błędów w sieci, takichjak przerwa, zwarcie na linii i zanikzasilania.

Adresowanie: testowane urzą-dzenie adresowane jest przez trzyróżne adresy i kontrolowana jestpoprawność pracy.

Dane diagnostyczne: dane dia-gnostyczne muszą zgadzać się zplikiem GSD i standardem. Wyma-gane jest zewnętrzna aktywacjadanych diagnostycznych.

Praca mieszana: połączeniepracy stacji slave przy pracy zmasterem w sieci FMS i DP.

Test współpracy w sieci: te-stowane urządzenie sprawdzanejest pod kątem pracy z innymistacjami PROFIBUS od różnychproducentów. Test wykonuje sięrównież przy różnych stacjachMaster.

Każdy kolejny krok testu jest do-kumentowany i udostępnianyproducentowi i Organizacji PRO-FIBUS PNO. Raport testu jestpodstawą do wydania certyfikatu.

8.2 Certyfikat zgodności

Po pozytywnym przejściu przezurządzenie wszystkich testów,

producent może wystąpić z prośbąo certyfikat do Organizacji PRO-FIBUS. Każda z certyfikowanychstacji dostaje numer identyfikacyj-ny. Certyfikat jest ważny na okres 3lat i może być przedłużany poprzejściu odpowiednich testów.

Adresy laboratoriów testującychznajdują się na stronie internetowejorganizacji PNO PROFIBUS.

Rys. 32: Procedura certyfikacji urządzeń


9. Implementacja ukła-dów

Niniejszy rozdział zawiera instruk-cje w jaki sposób zaimplemento-wać protokół komunikacyjny wurządzeniach polowych.

Dla producentów urządzeń, którzychcą zaimplementować protokółPROFIBUS, dostępnych jest całagama komponentów i narzędzi(PROFIBUS ASICs, PROFIBUSstacks, programy uruchomieniowe itestowe), które znacznie ułatwiająproces implementacji i rozwojuurządzenia. Przegląd produktówdostępny jest w katalogu organiza-cji PNO PROFIBUS na stronie in-ternetowejwww.profibus.com/productguide.htm.Więcej szczegółów technicznychzawierają odpowiednie instrukcjetechniczne oraz dodatkowo możnazasięgnąć informacji w odpowied-nim centrum technicznym PROFI-BUS.

Podczas implementacji interfejsuPROFIBUS należy pamiętać ocertyfikacji wszystkich urządzeń.Zastosowanie standardowychkomponentów nie jest podstawą doprocesu certyfikacji, gdyż nie jest tojeszcze gwarancją poprawnościdziałania urządzenia. Nadmienićjednak trzeba, że zastosowaniestandardowych komponentówznacznie ułatwia i przyspiesza pro-ces certyfikacji.

9.1 Standardowe kompo-nenty

Moduł interfejsuZastosowanie gotowych modułów zinterfejsem PROFIBUS stanowiidealne rozwiązanie dla ma-łej/średniej ilości urządzeń. Modułytego typu, o wielkości karty kredy-towej, mają zaimplementowanycały protokół sieciowy. Od stronypłyty głównej widziany jest on jakododatkowy moduł.

Układ scalony Protocol ChipsDla większej liczby urządzeń, zale-ca się zastosowanie indywidualne-go rozwiązania na bazie kompo-nentów sieciowych PROFIBUSprzy czym rozróżnia się:

• Pojedyncze układy, w którychzintegrowano wszystkie funk-

cje protokołu i który nie wyma-gają zastosowania dodatkowoprocesorów,

• Układy komunikacyjne, dozastosowań w małych i śred-nich układach, które częstowymagają zastosowania do-datkowego procesora oraz

• Układy z protokołem z wbu-dowanym mikroprocesorem.

Typ układu, który chcemy zasto-sować zależy od stopnia złożono-ści urządzenia oraz jego możliwo-ści funkcjonalnych. Poniżej poka-zano kilka przykładów.

Implementacja prostych sta-cji SlaveImplementacja pojedynczych ukła-dów ASIC idealnie nadaje się doprostych urządzeń I/O. Wszystkiefunkcje protokołu są zintegrowanew danym układzie ASIC. Nie jestwymagany żaden mikroprocesorlub dodatkowe oprogramowanie.Potrzeba tylko interfejs, kwarc i za-silanie komponentów.

Implementacja inteligentnychstacji SlaveImplementacja tego typu stacji, a wszczególności warstwy 2 protokołuPROFIBUS zawarto w układzie, apozostała część protokołu zaim-plementowana jest jako software wmikrokontrolerze. W większościdostępnych układach ASIC do-stępnych na rynku zaimplemento-wano część cykliczną protokołu,

odpowiedzialną za transmisję cza-sowo krytycznych danych.

Ten typ układów ASICs oferujeuniwersalny interfejs i mogą współ-pracować w połączeniu z większo-ścią mikrokontrolerów. Niektórerozwiązania oferują połączenie mi-kroprocesora z zintegrowaną ob-sługą protokołu PROFIBUS.

Implementacja złożonychstacji MasterTego typu układy implementujączasowo krytyczną część protokołuPROFIBUS w układzie scalonym, apozostała część protokołu zaim-plementowano jako software w mi-krokontrolerze. Duża część ukła-dów ASIC różnych dostawców ofe-ruje rozwiązania dla złożonychukładów typu Master. Współpra-cują one w połączeniu z większo-ścią dostępnych na rynku mikro-procesorów.

Przegląd układów scalonych znaj-duje się na stronach internetowychorganizacji PROFIBUS. Dodatkoweinformacje należy jednak uzyski-wać już bezpośrednio od dostawcy.

PROFIBUS StacksBardzo często, układy scalone ioprogramowanie protokołu (PRO-FIBUS stacks) pochodzą od róż-nych dostawców, przez co znacz-nie wzrasta oferta i różnorodnośćproduktów na rynku.

Rys. 33: Przykład implementacji stacji slave PROFIBUS

http://www.profibus.com/productguide .html


Bazując na tym można rozwijaćprodukty optymalne technologicz-nie i atrakcyjne cenowo spełniającewymagania użytkowe. Daje to nie-zależność użytkownikowi przezotwartość i możliwość aplikacjiprzez różnych użytkowników sieciPROFIBUS, która nie jest ograni-czona do danej specyfikacji i okre-ślonego produktu.

Typowo programowe rozwiązaniasą rzadko stosowane m.in. z po-wodu relacji dużych kosztów dowydajności w porównaniu z aplika-cjami opartymi na zastosowaniuukładów scalonych.

Na stronie Organizacji PNO możnaznaleźć dodatkowe informacje od-nośnie PROFIBUS stacks dostęp-nych na rynku.

9.2 Implementacja interfej-sów

Technologia transmisji MBPStosując urządzenia polowe zasi-lane z sieci oparte na technologiitransmisji MBP należy szczególnąuwagę zwrócić na pobór mocy.

Jako regułę przyjmuje się pobórprądu 10-15 mA przez sieć dla da-nego urządzenia, włączając inter-fejs sieciowy i elektronikę pomia-rową.

Dostępne są również układy scalo-ne dla modemów. Modemy te po-bierają energię dla wszystkichurządzeń z sieci MBP i udostęp-niają ją jako zasilanie napięciowedla innych komponentów elektro-nicznych urządzenia. W tym sa-mym czasie sygnały cyfrowe z do-łączonego układu konwertowanesą na sygnał sieciowy MBP modu-lowany na zasilaniu. Na rys. 36 po-kazano typową konfigurację sieci.

Więcej szczegółów odnośnie za-stosowania technologii transmisjiMBP można znaleźć w opisie PNOnr zam. 2.092.

Technologia transmisjiRS485Dla urządzeń, które nie mogą byćzasilane poprzez sieć dostępny jeststandard interfejsu RS485. Zwięk-sza to elastyczność ponieważ daneurządzenie – może być bezpo-średnio dołączone do segmentuPROFIBUS DP bez żadnych urzą-dzeń pośrednich typu coupler lublink.

Kluczowym w technologii RS485jest niska cena interfejsu i jej dużaniezawodność. Dane mogą byćtransmitowane z prędkością od 9.6Kbit/s do 12 Mbit/s bez wprowa-dzania żadnych zmian do układu.

Rozwinięto również standardRS485 IS jako odmianę wersjiRS485 do zastosowań w strefiezagrożonej wybuchem.

Moduły z interfejsem RS485 ofe-rowane są przez różnych produ-centów i stosowane w licznychaplikacjach.

10. PROFInet

PROFInet jest nowoczesnym roz-wiązaniem integrującym bieżącetrendy w automatyce dla moduło-wych stacji z rozproszoną inteli-gencją. Uniwersalny sposób pro-gramowania, architektura i możli-wość przejścia do innych syste-mów komunikacyjnych, takich jakPROFIBUS oraz OPC, całkowiciespełniają wszystkie wymaganiastawiane przez systemy automatykiw zakresie:

• spójnej komunikacji z poziomupolowego do poziomu zarzą-dzania opartego na sieci ether-net,

• narzędzi i programowania nie-zależnego od producenta,

• otwartości na inne systemy,• implementacji standardu IT• integracji poszczególnych seg-

mentów PROFIBUS bez ko-nieczności ich zmiany.

PROFInet dostępny jest jako spe-cyfikacja oraz jako program źró-dłowy niezależnie od systemu ope-racyjnego. Specyfikacja opisujewszystkie aspekty związane z sie-cią PROFInet: obiekty i modelkomponentów, komunikację runti-me, koncepcję proxy oraz inży-nieringu. Software PROFInetuwzględnia wszystkie możliwościkomunikacyjne runtime. Taka kom-binacja specyfikacji i oprogramo-wania w postaci kodu źródłowegopozwala w prosty i efektywny spo-sób na integrację PROFInet’u wróżnych systemach.

10.1 Model inżynierski PROFInet

Niezależna od producentów kon-cepcja inżynieringu definiuje przy-jazną dla użytkownika konfiguracjęsystemu PROFInet. Oparto go namodelu obiektowym, który pozwalana rozwój narzędzi konfiguracyj-nych, jak również specyfikacji pro-ducentów i użytkownika.

Model inżynieringu PROFInet roz-różnia programowanie logiki stero-wania poszczególnych modułóworaz konfigurację całej instalacji.

Jak już wspomniano programowa-nie poszczególnych stacji i ich kon-figuracja oraz parametryzacjaprzeprowadzana jest przez produ-

centa za pomocą specyficznychnarzędzi. Oprogramowanie stwo-rzone podczas programowaniazwarte jest w formie komponentówPROFInet wykorzystując edytorzintegrowany w oprogramowaniu.Edytor ten generuje opis poszcze-gólnych komponentów w formiepliku XML, których konfiguracja izawartość zdefiniowana jest wspecyfikacji PROFInet.

Obiekt konfigurowany jest przezwzajemne łączenie poszczegól-nych komponentów PROFInet waplikacji wykorzystując edytor po-łączeń. W tym celu wygenerowanekomponenty PROFInet przesyłanesą do edytora połączeń przez im-port pliku XML, a wzajemne połą-czenia uzyskuje się za pomocą liniigraficznych. W ten sposób może-my tworzyć proste rozproszoneaplikacje (również połączenieurządzeń różnych producentów)oraz całe skomplikowane instalacje(patrz rys. 34). Dużą zaletą tegotypu rozwiązania jest fakt, że ko-munikacja praktycznie nie musi być

programowana. Zamiast tego two-rzy się wzajemne połączenia po-między stacjami.

Informacje o połączeniach ładowa-ne są następnie do stacji. Ozna-cza to, że każda ze stacji zna part-nera w komunikacji oraz określonedane które należy wymieniać.

10.2 PROFInet Model komunikacyjny

Model komunikacyjny PROFInetdefiniuje niezależny standard dlakomunikacji poprzez Ethernet zwykorzystaniem konwencjonalnychmechanizmów IT (runtime commu-nications). Wykorzystuje on stan-dard TCP/IP jak i COM/DCOMoraz inne znane standardy stoso-wane dla PC. Umożliwia to bezpo-średni dostęp z poziomu sieci biu-rowej do sieci przemysłowej (inte-gracja pionowa).

Komponenty PROFInetPodstawowym cel standardu PROFInet stanowi model obiektów aplika-cji opartych na sprawdzonych i przetestowanych standardach stoso-wanych w automatyce. Maszyny, instalacje i ich części podzielono namoduły technologiczne, które odpowiadają strukturze mechanicznej,elektrycznej/elektronicznej i aplikacyjnej modułu. Funkcje wszystkichkomponentów zawarto w standardzie PROFInet, dostępnego przezuniwersalne "interfejsy". Poszczególne komponenty można łączyć po-przez ich interfejsy wg modelu modułowego z połączeniem do aplikacji.

Jako "komponent” rozumie się zwartą jednostkę programową. W celuimplementacji tego typu modelu PROFInet wykorzystuje model znany wświeci PC - Microsoft Component Object Model (COM) z rozszerze-niem dla systemów rozproszonych (DCOM). W takim wypadku wszyst-kie obiekty systemu są równorzędne.

Ten typ systemu rozproszonej automatyki pozwala na modularyzacjęobiektu i maszyn.

Rys. 34: Tworzenie i łączenie komponentów



PROFInet, protokół DCOM wraz zwspomnianymi standardami defi-niują wymianę danych pomiędzystacjami różnych producentów po-przez sieć Ethernet. Dodatkowodostępny jest specjalny mechanizmkomunikacji przeznaczony dla apli-kacji, które wymagają krytycznejczasowo komunikacji w trybie cza-su rzeczywistego.

Stacje, które będą obsługiwane wsieci Ethernet wymagają zaimple-mentowania mechanizmów komu-nikacji wg standardu PROFInet(patrz rys. 35). Linki pracujące wsieci Ethernet posiadają stopieńochrony IP 20 oraz IP65/67.

10.3 PROFInet Model Migracji

Integrację segmentów PROFIBUSw sieci PROFInet można dokonaćwykorzystując moduły proxy (patrzrys. 36), łączącego wszystkie sta-cje w sieci PROFIBUS. Oznaczato, że kiedy chcemy rozbudowaćlub rozszerzyć instalację, całespektrum urządzeń pracujących wsieci PROFIBUS, włączając pro-dukty pracujące na bazie PROFId-rive oraz PROFIsafe dalej możnastosować bez żadnych zmian, cozapewnia użytkownikowi dużąpewność inwestycji. TechnologiaProxy pozwala również na integra-cję innych systemów sieciowych.

10.4 XML

Język XML (EXtensible MarkupLanguage) jest uniwersalnym opi-sem danych opartym na prostym

kodzie ASCII. Dokumenty XMLmogą być przesyłane pomiędzyaplikacjami w różny sposób, np. zapomocą dyskietki, poczty e-mail,sieci TCP/IP lub internetu HTTP.

XML jest ważny w automatycem.in. do opisu parametrów w FDT,jako format importu i eksportu pa-rametrów urządzeń polowych wróżnych narzędziach inżynierskichlub jako sposób integracji pionowej(wymiana danych niezależnie odużytego systemu operacyjnego).

10.5 OPC oraz OPC DX

OPC jest standardowym interfej-sem wprowadzonym w roku 1996w celu dostępu do aplikacji opar-tych na bazie systemu Windows wautomatyce. Stosowanie OPCdaje dużą elastyczność, niezależ-ność od producenta i sposób połą-czenia nie wymagający specjalnejznajomości programowania. OPCobecnie oparty jest na modeluMicrosoft DCOM.

Od roku 2000, dane OPC orazserwisy OPC zostały zmapowanew XML, co oznacza że dane OPCmogą być wymieniane nawet po-między platformami, które nie sąoparte na bazie systemu Windowsprzez odczyt dokumentów XML.

OPC DX (Data EXchange) zostałrozwinięty w organizacji OPC, któ-rej celem było rozwinięcie proto-kołu danych użytkowych dla niekrytycznych czasowo systemówautomatyki lub różnych użytkowni-ków i typów (PLC, DCS, PC).

OPC DX oparty jest na bazie ist-niejących specyfikacji OPC DA(Data Access). W tym samym cza-

sie zdefiniowano interfejs dla inży-nieringu, który umożliwia konfigu-rację dołączonych systemów. Wprzeciwieństwie do standarduPROFInet, OPC DX nie jest zo-rientowany obiektowo ale nazmienne (tag) tzn. obiekty auto-matyki nie istnieją jako obiektyCOM ale jako nazwy (tag).

OPC DX umożliwia podłączenieróżnych systemów automatyki naobiekcie za pomocą sieci Ethernet.Jednakże nie jest możliwy dostępdo poziomu polowego, tak więc ist-niejące systemy polowe i PROFI-net nie są zagrożone w żaden spo-sób.

Rys. 36: Model migracji PROFInet

Rys. 35: Struktura stacji PROFInet


11. PROFIBUSInternational

Aby zapewnić i zachować domina-cję systemu na rynku, rozwój tech-nologii i niezależność od produ-centów utworzono w 1989 organi-zację użytkowników sieci Profibus -PROFIBUS User Organization(PNO) e.V w Niemczech. Jest toorganizacja nonprofit reprezentują-ca producentów, użytkowników iuczelnie. PNO jest członkiem mię-dzynarodowej PROFIBUS Inter-national (PI) założonej w roku1995, reprezentującej obecnie 25regionalnych ośrodków (RegionalPROFIBUS Associations, RPA)oraz ponad 1,100 członków, którzyreprezentują jeden z największychrynków sieci polowych (Rys. 38).

Biura regionalne (RPA) organizujewystawy i seminaria odnośnie no-wych technologii i kierunków roz-woju na rynku.

ZadaniaGłówne zadania PI stanowią:

• Obsługa i rozwój technologiiPROFIBUS.

• Wdrażanie i promocja siecipolowych opartych na baziestandardu PROFIBUS.

• Ochrona inwestycji dla użyt-kowników i producentów urzą-dzeń przez standaryzację.

• Reprezentacja interesówczłonków w komisjach i gru-pach standaryzujących.

• Światowa pomoc technicznadla firm poprzez Centra Kom-petencji.

• Zapewnienie stałej jakości ipewności działania poprzezcertyfikację urządzeń.

OrganizacjaPI przekazała rozwój PROFIBUSdo PNO Niemcy, który określarozwój i kierunki działań. Grupyrozwojowe dzielą się na 5 Komite-tów Technicznych (TechnicalCommittees - TC) z ponad 35 gru-pami roboczymi (Working Groups -WG). Dodatkowo powstają innegrupy, które zajmują się specjal-nymi problemami i zagadnieniami.Grupy robocze z ponad 300 eks-pertami określają nowe specyfika-cje i profile, dbają o jakość i stan-daryzację, pracują w komisjachstandaryzacyjnych i promują siećPROFIBUS. Centra techniczne PIwyjaśniają wszystkie zgłaszaneproblemy techniczne.

CzłonkostwoCzłonkostwo w PNO jest otwartedla wszystkich firm, instytucji iuczelni, które chcą brać udział wrozwoju i wdrażaniu technologiiPROFIBUS. Główny nacisk człon-ków, którzy bardzo często repre-zentują różne branże przemysłu,stanowi wymiana informacji i roz-wiązań oraz zalet konkretnychrozwiązań.

Grupy roboczeGrupy robocze z ponad 300 hono-rowymi członkami dbają o sukcessieci PROFIBUS na rynku.Rys. 37 pokazuje 5 KomitetówTechnicznych, które reprezentująróżne obszary działania. Dodat-

kowo mamy podział na 35 Gruproboczych pracujące nad specy-ficznymi technologiami.

Wszyscy członkowie mogą uczest-niczyć w grupach roboczych i mo-gą przyczynić się do dalszego roz-woju standardu. Wyniki działańkażdej z nowych grup są przeka-zywane również innym członkom.

Centra kompetencyjnePI posiada ponad 22 centra kom-petencyjne, jak również 7 laborato-riów testowych dla certyfikacjiurządzeń.

Centra kompetencyjne i laboratoriatestowe są regularnie sprawdzaneodnośnie jakości i procedur. Adre-sy można znaleźć na stronie inter-netowej PI.

DokumentacjeDodatkowo obok pomocy technicz-nej, PNO udostępnia bogatą do-kumentację techniczną. Główniedokumentacje te dostępne są w ję-zyku angielskim i dzielą się na:

PROFIBUS Standard zawierającepodstawowe specyfikacje dlaPROFIBUS.

PROFIBUS Guidelines zawierająspecyfikację implementacji, proce-dury testowe, instalacje, opis języ-ków oraz specyfikacje dla aplikacjitakich jak PROFInet.

PROFIBUS profiles zawierającespecyfikację profili komunikacyj-nych.

Rys. 37: Struktura Organizacji PROFIBUS PNO


Materiały techniczne i katalogiDla sieci PROFIBUS publikowa-nych jest duża ilość katalogów iinformacji dla ponad 2000 produk-tów i serwisów oraz informacje oczłonkach sieci PROFIBUS.

Dokumenty te są dostępne w for-mie plików PDF na stronach PNOPROFIBUS. Możemy otrzymaćrównież dokumentacje na płycieCD-ROM.

Cała lista dostępnej dokumentacjiznajduje się na stronach PNOPROFIBUS.

Rys. 38: Organizacja PI

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Maj 2004

PROFIBUSOpis systemuWersja Listopad 2004PROFIBUS PNO Polska

PublikacjaPROFIBUS Nutzerorganisation e.V. PNO PROFIBUS PNO PolskaHaid-und-Neu-Str. 7 [email protected] Karlsruhe www.profibus.org.plDeutschland www.pl.profibus.comTel.: ++49 (0) 721 / 96 58 590Fax: ++49 (0) 721 / 96 58 [email protected]

©Copyright by PROFIBUS PNO Polska. Wszystkie prawa zastrzeżone.

mailto:[email protected]

Australia and New ZealandPROFIBUS User Group (ANZPA)c/o OSItech Pty. Ltd.P.O. Box 315Kilsyth, Vic. 3137Phone ++61 3 9761 5599Fax ++61 3 9761 [email protected]

PROFIBUS BelgiumAugust Reyerslaan 801030 BrusselsPhone ++32 2 706 80 00Fax ++32 2 706 80 [email protected]

Associacao PROFIBUS Brazilc/o Siemens Ltda IND1 ASR. Cel. Bento Bicudo, 11105069-900 Sao Paolo, SP Phone++55 11 3833 4958Fax ++55 11 3833 [email protected]

Chinese PROFIBUSUser Organisationc/o China Ass. for MechatronicsTechnology and Applications1Jiaochangkou StreetDeshengmenwai100011 BejingPhone ++86 10 62 02 92 18Fax ++86 10 62 01 78 [email protected]

PROFIBUS AssociationCzech RepublicKarlovo nam. 1312135 Prague 2Phone ++420 2 2435 76 10Fax ++420 2 2435 76 [email protected]

PROFIBUS DenmarkJydebjergvej 12A3230 GraestedPhone ++45 40 78 96 36Fax: ++45 44 97 77 [email protected]

PROFIBUS Finlandc/o AEL Automaatio Kaarnatie 400410 HelsinkiPhone ++35 8 9 5307259Fax ++35 8 9 [email protected]

France PROFIBUS4, rue des Colonels Renard75017 ParisPhone ++33 1 45 74 63 22Fax ++33 1 45 74 03 [email protected]

PROFIBUS NutzerorganisationHaid-und-Neu-Straße 776131 Karlsruhe, GermanyPhone ++49 7 21 96 58 590Fax ++49 7 21 96 58 [email protected]

Irish PROFIBUS User GroupUniversity of Limerick AutomationResearch CentreNational Technology Park -PlasseyLimerickTel.: ++353 61 202 107Fax: ++353 61 202 [email protected]

PROFIBUS Network ItaliaVia Branze, 3825123 BresciaPhone ++39 030 338 4030Fax ++39 030 396 [email protected]

Japanese PROFIBUSOrganisationTakanawa Park Tower3-20-14 Higashi-Gotanda,Shinagawa-kuTokyo 141-8641Phone: ++81 3 5423 8628Fax: ++81 3 5423 [email protected]

Korea PROFIBUS Association#306, Sungduk Building1606-3, Seocho-dong, Seocho-guSeoul 137-070, KoreaPhone ++82 2 523 5143Fax ++82 2 523 [email protected]

PROFIBUS Nederlandc/o FHIP.O. Box 20993800 CB AmersfoortPhone ++31 33 469 0507Fax ++31 33 461 [email protected]

PROFIBUS User OrganisationNorwayc/o AD Elektronikk ASHaugenveien 21401 SkiPhone ++47 909 88640Fax ++47 904 [email protected]

PROFIBUS PNO Polskaul. Konarskiego 1844-100 GliwicePhone: ++48 32 208 41 36Fax: ++48 32 237 26 [email protected]

PROFIBUS User OrganisationRussiac/o Vera + AssociationNikitinskaya str, 3105037 Moscow, RussiaPhone ++7 0 95 742 68 28Fax ++7 0 95 742 68 [email protected]

PROFIBUS Slovakiac/o Dept. of Automation KAR FEI STUSlovak Technical UniversityIlkovièova 3812 19 BratislavaPhone ++421 2 6029 1411Fax ++421 2 6542 [email protected]

PROFIBUS AssociationSouth East Asia60 MacPherson Road, 4th FloorSingapore 348615Tel: ++65 6490 6464Fax: ++65 6490 [email protected]

PROFIBUS User OrganisationSouthern Africa5 Commerce Crescent West, EastgateExt. 13Sandton 2146Phone: ++27 11 262 8000Fax ++27 11 262 [email protected]

PROFIBUS i SverigeKommandörsgatan 328135 HässleholmPhone ++46 4 51 49 460Fax ++46 4 51 89 [email protected]

PROFIBUS SchweizKreuzfeldweg 94562 BiberistPhone ++41 32 672 03 25Fax ++41 32 672 03 [email protected]

PROFIBUS Thai AssociationCharn Issara Tower II, 31st Floor2922/283 New Petchburi Road10310 Bangkapi, Huaykwang, BangkokPhone: ++66 2 715 4570Fax: ++66 2 715 [email protected]

The PROFIBUS Group U.K.20 Glenney Close, Lee on the SolentHampshire PO13 8FD Phone: ++44845 4563203Fax: ++44 845 [email protected]

PROFIBUS Trade Organization, PTO16101 N. 82nd Street, Suite 3BScottsdale, AZ 85260 USA Phone ++1480 483 2456Fax ++1 480 483 [email protected]

PROFIBUS InternationalSupport CenterHaid-und-Neu-Straße 7D-76131 KarlsruhePhone ++49 721 96 58 590Fax ++49 721 96 58 589Email: [email protected]

© Copyright by PNO 11/02all rights reserved

profibus system description - siemens · profibus technologie i aplikacje, listopad 2004 1 wstęp...

Documents