Reele Industriale de Calculatoare- Curs -

Cursul 4

Standardul PROFIBUS

PROFIBUS PROcess FIeld BUS

n 1987, industria german a iniiat Proiectul Cooperativ PROFIBUS cu reguli i norme adoptate n standardele DIN E 19 245 [2] PROFIBUS

n 1996, standardul naional PROFIBUS a devenit standardul internaional EN 50170

PROFIBUS se bazeaz pe:

Standardul ISO

Modelul de referin OSI

Arhitectura i versiunile protocolului

n protocolul PROFIBUS sunt implementate nivelurile 1,

2 i (dac este necesar) 7

Protocoalele de linie i transmisie concord cu:

standardul american EIA (Electronic Industries Association)

RS 485

standardul internaional IEC 870-5-1 (Telecontrol Equipment and Systems)

Standardul european EN 60 870-5-1 (Europa Norm)

Arhitectura i versiunile protocolului

PROFIBUS asigur 3 versiuni ale protocolului de comunicaie:

DP (Decentralized Periphery) FMS (Fieldbus Message Specification)

PA (Process Automation)

PROFIBUS-DP

Folosete nivelurile 1 i 2 + interfaa pentru utilizator

n interfaa pentru utilizator sunt specificate funciile disponibile pentru aplicaii i caracteristicile aparatelor

Accesul la nivelul 2 este permis prin serviciul DDLM

(Direct Data Link Mapper)

Optimizat pentru transferul foarte rapid de date vitez mare de comunicaie special conceput pentru comunicaia dintre automatul programabil i sistemul distribuit I/O de la nivelul cmpului

PROFIBUS-FMS

Folosete nivelurile 1, 2 i 7

Controleaz comunicaia datelor la nivel local (PLC i PC)

PROFIBUS-DP i PROFIBUS-FMS folosesc aceeai tehnologie de transmisie i acelai protocol de acces la magistral pot funciona simultan pe acelai cablu

PROFIBUS-PA

Folosete protocolul extins PROFIBUS-DP pentru transmisia datelor + profilul PA care specific caracteristicile aparatelor de cmp

Tehnica de transmisie asigur alimentarea i sigurana intrinsec a aparatelor conectate n reea

Protocol pentru comunicaii de mare vitez i fiabilitate n automatizarea proceselor, putnd fi conectate traductoare i elemente de execuie la o linie comun de magistral, chiar i n zonele cu potenial pericol de explozie

Nivelul fizic (1) pentru protocoalele DP/FMS (RS 485)

Versiunea de baz cabluri ecranate i torsadate

extins cablu de fibr optic (v. slide 15)

Nivelul 1 al versiunii de baz implementeaz o transmisie simetric a datelor, conform standardului EIA RS 485 (numit i H2)

Linia de magistral = o pereche de conductoare ecranate i torsadate, cu terminaii la ambele capete

Viteza de transmisie a datelor 9.6Kbps 12Mbps

Rata de transfer selectat este valabil pentru toate aparatele conectate la acel segment de magistral

... definirea unui segment de magistral RS 485

Numrul maxim de staii cu funcionare concomitent = 32

Linia magistralei are terminaii cu rezistori la ambele capete

... procedura de transmisie

Procedura de transmisie a PROFIBUS este de tip semi-duplex, bazat pe o sincronizare fr ntreruperi (gap-free)

Datele sunt trensmise n grupri de 11 bii, n cod NRZ (Non Return to Zero)

Forma semnalului nu se modific n timpul transmisiei biilor

... procedura de transmisie

n timpul transmisiei, 1 binar corespunde unui nivel pozitiv pe linia RxD/TxD-P (Receive/Transmit-Data-P) linia B, n opoziie cu RxD/TxD-N (Receive/Transmit-Data-N) linia A

Strii de pauz dintre dou telegrame independente i corespunde 1 binar

... linia de magistral

Lungimea maxim a unui segment depinde de viteza de transmisie

... conectarea la magistral

Se folosete un conector de tip sub D de 9 pini

Cablul are cupl tat, iar staia are cupl mam

... nchiderea magistralei

Liniile de date A i B trebuie finalizate cu un rezistor pull-down fa de DGND, respectiv cu un rezistor pull-up fa de V

Cei 2 rezistori asigur o ntrerupere de potenial atunci cnd nicio staie nu emite pe magistral

nchiderea liniei poate fi realizat i prin jumperi sau comutatori

Pentru viteze mai mari de 1500Kbps trebuie folosite cuple cu inductan sporit, datorit sarcinii capacitive a staiilor conectate i fenomenului de reflexie pe linie

Nivelul fizic (1) pentru protocoalele DP/FMS (RS 485 + fibr optic)

A II-a versiune a PROFIBUS DP/FMS trasfer de date prin transmisia luminii prin fibr optic

Asigur transmisii pe distane lungi

Insensibilitate la interferene elecromagnetice

Asigur izolaia galvanic ntre staii

Dezvoltarea i simplificarea tehnologic din ultimii ani utilizare pe scar larg a fibrelor optice pentru comunicaiile cu aparatele de cmp

Ex.: reducerea costului prin realizarea de conectori din material plastic pentru cablurile cu fibr optic

... linia de magistral

Cabluri de fibr optic din:

fibr de plastic distane mai mici (80m)

costuri mai mici

fibr de sticl distane mari (15km)

costuri mai mari

... conectarea la magistral

Magistrala de fibr optic ofer tehnici de conectare:

Tehnologia OLM (Optical Link Module)

Tehnologia OLP (Optical Link Plug)

Dispozitivele OLM:

sunt prevzute cu dou canale electrice izolate

au unul sau dou canale optice

sunt conectate prin linii RS 485 cu staii sau segmente de magistral

... conectarea la magistral

conecteaz staii Slave ntr-un inel optic cu o singur fibr

sunt conectate direct la staii prin conectori sub D

nu au nevoie de surs proprie de alimentare, dar partea de

+5V a interfeei RS 485 trebuie s asigure un curent de min. 80mA

Conectarea unei staii Masterla un inel optic OLP necesit folosirea unui OLM

Dispozitivele OLP:

Nivelul fizic (1) pentru protocolul PA

Tehnologie de transmisie cu standard IEC

1158-2

Asigur alimentarea i sigurana aparatelor de cmp direct de pe magistral

Viteza de transfer este de 31,25 kbps

La un segment PROFIBUS-PA pot fi

conectate maxim 32 de staii

... procedura de transmisie

Transmisia de date este o modulare de curent continuu

(DC-free) de 9 mA fa de curentul de baz al magistralei, bazat pe sincronizarea biilor pe linie

Codificarea se face conform protocolului Manchester (numit i H1):

un semnal 0 binar este transmis pentru 01 un semnal 1 binar este transmis pentru 10

... linia magistralei

Mediul de transmisie este un cablu cu dou fire torsadate, ecranat sau neecranat

Caracteristicile cablului determin: numrul maxim de staii conectate

sensibilitatea la interferene electromagnetice

Lungimea maxim a segmentului de magistral depinde de:

sursa de alimentare

consumul de curent al staiilor conectate

tipul liniei de magistral

... linia magistralei

Caracteristicile electrice i fizice ale cablurilor speciale destinate PROFIBUS-PA sunt definite n standardul DIN

61158-2

... nchiderea magistralei

Segmentul de magistral are la capete terminaii de tip linie pasiv RC

Nivelul de conexiuni de date (2) pentru protocoalele PROFIBUS

Nivelul 2 se numete - Fieldbus Data Link (FDL)DP,FMS

- IEC Interface PA

Nivelul 2 definete: controlul accesului la magistral

securitatea datelor

procesarea protocoalelor de transmisie i a telegramelor

Formatul telegramelor asigur un grad nalt de securitate al transmisiei, fiind caracterizate prin distana Hamming:

HD = 3(se pot detecta n acelai timp max. 3 bii fali n telegram)

... nivelul 2 pentru PROFIBUS

Telegramele de apel se realizeaz prin:

alegerea unor indicatori speciali pentru nceputul i sfritul telegramei

folosirea unei sincronizri fr ntreruperi (gap-free)

utilizarea unui byte de control i a unui bit de paritate

... nivelul 2 pentru PROFIBUS

Formatele telegramei PROFIBUS sunt:

... nivelul 2 pentru PROFIBUS

Tipuri de erori detectate:

eroare de format de caracter

eroare de protocol (FC)

eroare la delimitatorii de nceput i de sfrit (SD, ED)

eroare la bit-ul de verificare frame (FCS)

eroare de lungime a telegramelor (LE, LEr)

Telegramele eronate se repet cel puin o dat, numrul max. fiind 8 (retry bus parameter)

... nivelul 2 pentru PROFIBUS

Serviciile de date ale nivelului 2 ofer: transmisie Point-to-Point (PPI)

transmisie MultiPoint (MPI)

de tip Broadcast staia activ trimite mesaj ctre toate staiile (master i slave), fr confirmarea primirii datelor

de tip Multicast mesajul este trimis unui grup de staii (master i slave), fr confirmarea primirii datelor

Nivelul de aplicaie (7) pentru protocoalele PROFIBUS

Nivelul de aplicaie se compune din: FMS (Fieldbus Message Specification)

conine protocolul aplicaiei

asigur serviciile de comunicaie

LLI (Lower Layer Interface)

stabilete diverse raporturi de comunicaie

asigur pentru FMS accesul independent al aparatelor la niv. 2

Profilele FMS asigur ca aparatele diverilor productori s aib aceleai funcionaliti de comunicaie.