Ipari buszrendszerek PROFIBUS
Készítette: Tomozi György
Buszrendszerek – PROFIBUS
Buszrendszerek – PROFIBUS Előnyei a hagyományos szereléssel szemben Nincs szükség csillagpontos kábelezésre → kevesebb munka- és anyagköltség ●Gyártófüggetlen nyílt szabvány ●Egyszerű, gazdaságos slave implementáció az egyszerű kommunikációs protokolljuk miatt ●
2007. október 13.
3
Buszrendszerek – PROFIBUS Három alapvető típus POFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) ● RS485 vagy száloptika ● a DP előfutára ● Kommunikáció cella szinten (PLC - PC)
●
PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery) ● RS485 vagy száloptika ● gyors, hatékony adatátvitel ● legelterjedtebb - gépsorok, robotika, NC gépek stb.
●
PROFIBUS-PA (Process Automation) ● busztáplálású, Manchester kódolás (MBP) ● legközelebb van a folyamathoz ● érzékelők, aktuátorok ● legelterjedtebb - gépsorok, robotika, NC gépek stb.
●
Mivel FMS és DP ugyanazt a protokollt használja mehet együtt a jel. 2007. október 13.
4
Buszrendszerek – PROFIBUS OSI modell – nem fontos Használt rétegek: ● FMS – 1,2,7 ● DP; PA – 1,2
2007. október 13.
5
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS konfiguráció
2007. október 13.
6
Buszrendszerek – PROFIBUS Piaci részesedés - érdekesség 1995 -óta működik az automatizálásban ●Jelenleg kicsivel több, mint 20%-ban van jelen a piacon ●Kb. 500 000 megoldott aplikáció ●Kb. 5 millió csomópont ●Több mint 2000 -féle PROFIBUS gyártmány (nem csak SIEMENS) ●Jelenleg is fejlesztik, kb 1100 tagú PI társaság ●
2007. október 13.
7
Buszrendszerek – PROFIBUS RS485 kommunikáció – DP és FMS Kábel paraméterek (A típusú kábel - gyorsabb): ● Impedancia: 135 - 165 Ohm ● Kapacitás: < 30 pf/m ● Hurokellenállás: <= 110 Ohm/km ● Vezető keresztmetszet: > 0.34mm² Vajon miért olyan fontos ez? Sebesség miatt – aluláteresztő szűrő!!!
2007. október 13.
8
Buszrendszerek – PROFIBUS Soros jelátvitel
Az információ bitenként időben egymás után sorban kerül a vezetékre
2007. október 13.
9
Buszrendszerek – PROFIBUS Csavart érpár jelentősége
Az erek csavarása kiküszöböli a mágneses térerősség változásából keletkező zavarokat (pl motor indítás – szórt fluxus) -> a keletkező zavarjelek kioltják egymást -> induktív csatolás kilőve 2007. október 13.
10
Buszrendszerek – PROFIBUS Szimmetrikus vagy differenciális jel jelentősége
Szimmetrikus jelátvitel kiküszöböli az elektromos térerősség változásából keletkező zavarokat (pl megszakító kapcsolás – keletkező ív) -> a keletkező zavarjelek mindegyik érre „ráülnek” -> kapacitív csatolás kilőve Árnyékolással a zavartűrés tovább erősíthető 2007. október 13.
11
Buszrendszerek – PROFIBUS Lezárás jelentősége – reflexió
2007. október 13.
12
Buszrendszerek – PROFIBUS Maximális kábelhosszak az adatátviteli sebesség függvényében Baud rate (kbit/sec) 9.6 19.2 93.75 187.5 500 Távolság/szegmens 1200 m 1200 m 1200 m 1000 m 400 m
1500 200 m
12000 100 m
A zavarok és a csillapítás miatt kell maximálni a kábelhosszakat. Lezárás nélkül kerülni kell az 500kb/sec feletti sebességet. Léteznek olyan csatlakozók, amelyekbe beépítették a lezárást és az bekikapcsolható.
2007. október 13.
13
Buszrendszerek – PROFIBUS Egyéb jellemzők Maximum 32 állomás szegmensenként repeater nélkül (127 repeaterrel) ●Adatvédelem: HD=4, paritásbit, start/end határoló (HD hány bitben térnek el egymástól a kódszavak) ●Vonal topológia ●NRZ jelátvitel ●Ha nagy biztonság kell RS485-IS ●Létezik optikai szálas kommunikáció is ●
2007. október 13.
14
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS PA – vagy MBP Vegyipari, vagy Rb-s környezetben ●Minden szegmensnek egy tápegysége van. ●Egy állomás adási ideje alatt nincs tápfeszültség a buszon. ●Minden terepi eszköz konstans alapáramot fogyaszt. ●A terepi eszközök passzív áramnyelőként működnek. ●A fő buszvonal mindkét végére passzív buszvégződést kell elhelyezni. ●Lineáris-, fa- és csillag topológiájú hálózatok megengedettek. ●A megbízhatóság növelése érdekében redundáns busz szegmensek is kialakíthatók. ●Manchester coded, Bus Powered – bit szinkron jel ●Adatvédelem start/end határolók ●
Manchester kód
2007. október 13.
15
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS PA – vagy MBP
2007. október 13.
16
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS PA – vagy MBP kábelezés
2007. október 13.
17
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – kommunikációs protokoll
Token ring a masterek között (növekvő címek szerint) ●Master-slave kommunikáció ●Broadcast, multicast ●HD=4 ●Wachdog a slaveekben ●
2007. október 13.
18
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – verziók DP-V0 ● legalapvetőbb DP funkciók (ciklikus adatátvitel, állomás, modul, csatorna diagnózis ) DP-V1 ● jobban kapcsolódik a folyamat automatikához ● aciklikus adatátvitel a PC és PLC között ● online hozzáférés az eszközhöz ● alarm funkciók (státusz alarm, gyártói alarmok) DP-V2 ● még több funkció ● izokrón slave mód (a csomagok időszórása korlátozva van, min. és max. idő) ● Data eXchange Broadcast, DXB, ● busz felügyelet, konfigurálás
2007. október 13.
19
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – masterek DP-V0 DPM1 ● ciklikus adatcsere (bemenet olvasás, kimenet írás) ● ilyenek a PLC-k, PC-k DPM2 ● nem csatlakozik folyamatosan a buszhoz ● konfigurálja, ellenőrzi a buszt
2007. október 13.
20
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – DP-V0 Busz hozzáférés ● Token passing a masterek között, data passing a master és a slave között ● Mono vagy multimaster üzemmód ● Max 126 készülék Kommunikáció ● Peer to peer master-master kommunikáció ● Ciklikus master-slave kommunikáció Müködésmódok ● OPERATE: ciklikus jelátvitel ● CLEAR: inputok olvasása, kimenetek fail-safe állapotban (false állapot) ● STOP: nincs kommunikáció, csak diagnózis és paraméter beállítás ● AUTO CLEAR: ha hiba van a buszon, automatikusan clear Szinkronizáció ● CONTROL: ki és bemenet szinkronizálás ● SYNC: kimenetek eseményvezérelt szinkronizálása (csak a sync parancsra változik) ● FREEZE: bemenetek eseményvezérelt szinkronizálása (u.a.) 2007. október 13.
21
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – védelmi mechanizmus MASTER ● Data_Control_Timer minden egyes slave modulhoz ● Figyeli hogy adott időn belül jött-e értelmes válasz ● Ha hiba és Auto_Clear=true -> clear állapotba a busz SLAVE ● Watchdog ● Ha watchdog időn belül érkezik jel a master-től, akkor watchdog reset ● Ha nem akkor fail-safe állapot+jelzés
2007. október 13.
22
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – ciklikus adatátvitel
2007. október 13.
23
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – token gyűrű
2007. október 13.
24
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – telegrammok felépítése
2007. október 13.
25
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – nyílt konfiguráció (GSD) fájlok Az egyes eszközök paraméterei eltérőek: buszparaméterek, diagnosztikai funkciók, ki/bemenetek viselkedése stb. ●Könnyebb kezelhetőség érdekében egy könnyen elérhető fájl tartalmazza az össze lényeges paraméter ●Weben is elérhető ●
2007. október 13.
26
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – GSD fájl ;General parameters GSD_Revision = 3 Vendor_Name = "PNO WG GSD" Model_Name = "GSD Example E10" Revision = "V1.0" Ident_Number = 0x0000 Protocol_Ident = 0 Station_Type = 0 FMS_supp = 0 Hardware_Release= "HW_R" Software_Release= "SW_R" 9.6_supp = 1 19.2_supp = 1 45.45_supp = 1 93.75_supp = 1 187.5_supp = 1 500_supp = 1 1.5M_supp = 1
2007. október 13.
3M_supp = 1 6M_supp = 1 12M_supp = 1 MaxTsdr_9.6 = 60 MaxTsdr_19.2 = 60 MaxTsdr_45.45 = 250 MaxTsdr_93.75 = 60 MaxTsdr_187.5 = 60 MaxTsdr_500 = 100 MaxTsdr_1.5M = 150 MaxTsdr_3M = 250 MaxTsdr_6M = 450 MaxTsdr_12M = 800 Redundancy = 0 Repeater_Ctrl_Sig = 2 24V_Pins = 0 Implementation_Type = "Implementation" Bitmap_Device = "DIB_NamN" Bitmap_Diag = "DIB_NamD" Bitmap_SF = "DIB_NamS" 27
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – GSD fájl ; Slave-Specification: Freeze_Mode_supp = 1 Sync_Mode_supp = 1 Set_Slave_Add_Supp = 0 Auto_Baud_supp = 1 Min_Slave_Intervall = 1 Fail_Safe = 0 Max_Diag_Data_Len = 13 Modul_Offset = 0 Slave_Family = 3@Sub1@Sub2 Modular_Station = 1 Max_Module = 10 Max_Input_len = 50 Max_Output_len = 50 Max_Data_len = 100
2007. október 13.
28
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – implementáció ASIC = application-specific integrated circuit FPGA = field-programmable gate array
2007. október 13.
29
Buszrendszerek – PROFIBUS PROFIBUS DP – implementáció
2007. október 13.
30
Buszrendszerek – PROFIBUS Programozás - STEP7 Egyszerű eset ● GSD fájl rendelkezésre áll ● Nem kívánunk extrát a berendezéstől Bonyolultabb eset ● Vagy nincs GSD fájl és nekünk kell elkészíteni a kommunikációs protokollt ● Vagy olyan extrát kívánunk a rendszertől, ami másfajta kommunikációt kíván mint a megadott (fordított sorrendű kiolvasás, egyéni paraméterbeállítás stb.) ● Az adat nem könnyedén kezelhető a STEP7 programban ● VAN ADATLAP!!!
2007. október 13.
31
Buszrendszerek – PROFIBUS Programozás – egyszerű eset GSD importálása a rendszerbe ●Egységek konfigurálása, paraméterek beállítása ●Programozás mintha egy tényleges be/kimenet lenne a PLC-ben ●
2007. október 13.
32
Buszrendszerek – PROFIBUS
2007. október 13.
33
Buszrendszerek – PROFIBUS Programozás – bonyolultabb eset STL Explanation ========================================= Call fc 1 //DP_SEND funkció hívás CPLADDR := W#16#0120 //Címzett SEND := P#db17.dbx0.0 byte 103 //Mit küld DONE := M 98.1 //Ha elkészült ERROR := M 98.2 //Hiba STATUS := MW 104 //Státusz, hiba
2007. október 13.
34
Buszrendszerek – PROFIBUS Programozás – bonyolultabb eset STL Explanation ========================================= call fc 2 //DP_RECV funkció hívás CPLADDR := W#16#0120 RECV := P#db18.dbx240.0 byte 103 NDR := M 99.1 ERROR := M 99.2 STATUS := MW 105 DPSTATUS:= MB 0
2007. október 13.
35
Buszrendszerek – PROFIBUS Irodalomjegyzék www.profibus.com - Profibus rendszerleírás ● www.fsz.bme.hu/traficc/profibus/ - Műszaki áttekintés ● www.wikipedia.org ● SIEMENS SIMATIC STEP7 Help ●
Jegyzet elérhetősége www.sze.hu/~tomozi www.tomovill.hu/hasznos
Köszönöm a figyelmet 2007. október 13.
36
