Készítette: Dr. Füvesi Viktor 2015. 3.
PROFIBUS -DP (Distributed Peripherals) • • • •
IEC 61158-3/EN 50170 kommunikácíót biztosít a PLC és a távoli perifériák között nagysebességű adatátvitel alacsony költség/csatlakozási pont
PROFIBUS - FMS (Fieldbus Message Specification) • a PROFIBUS 7. rétege • az ipari folyamatirányításban nincs nagy szerepe • FMS és DP elemek képesek kommunikálni azonos vezetéken
PROFIBUS -PA (Process Automation) • • • • •
a PROFIBUS DP-n alapszik IEC 61158-2 az ipari folyamatirányítás számára fejlesztették terepi busz RB-s környezetbe telepíthatő tápfeszültség és kommunikáció azonos érpáron
PROFIBUS –AS-i (Actuator-Sensor interface) • • • •
IEC62026/EN 50295 egyszerű bináris szenzorok és aktuátorok számára tápfeszültség és kommunikáció azonos érpáron alacsony kötség/csatlakozási pont
PROFInet • • • •
kommunikációs szabvány ethernet bázisú ipari kommunikáció általános, mindenhol használható rendszer fejlesztés alatt
Rétegek FMS
PA
DP Application Profiles
Felhasználói szint
Alkalmazási réteg (7)
DP-Functions FMS
nem használt
Adatkapcsolati réteg (2) Fizikai réteg (1)
Fieldbus Data Link (FDL) Polling
RS-485/üvegszál
IEC interface IEC 61158-2
Hálózat kialakítása
I/O modul
Operátori egység Vezérlő egység Programozói egység
Programozható vezérlők
Hálózat kialakítása
Hálózat kialakítása
Kommunikációs feladatok Eszköz típusok • DP master Class 2 (DPM2), mérnöki, vagy diagnosztikai állomás • DP master Class 1 (DPM1), programozható vezérlők (PLC vagy PC) • DP slave bináris, vagy analóg I/O-val rendelkező eszközök (hajtás, szelep, kontaktusok)
Busz hozzáférés • token passing • mono master vagy multi master rendszer lehetséges • Max. 126 eszköz lehetséges a buszon
Két kommunikációs fajta: • ciklikus Master-Slave kommunikáció • aciklikus kommunikáció
Adatkapcsolati réteg - Media Access Protocol A média hozzáférési protokoll (MAC) • megadja, hogy egy állomás mikor adhat, • biztosítja, hogy egyszerre csak egy állomás adjon.
A MAC-al szemben támasztott két alapkövetelmény: • Multi Master hálózatokon biztosítani kell, hogy az egyes master-ek előre meghatározott idő alatt teljesítsék a kommunikációs feladataikat. • Master-Slave ciklikus kommunikáció olyan gyors és egyszerű legyen, amilyen lehetséges.
A MAC tartalmaz • token passing eljárást (hálózat vezérlés átadása master-ek között) • master-slave eljárást (ciklikus adatátvitel)
Adatátviteli jellemzők (IEC 61158-3)
Átvitel jellege
Digitális, RS-485
Átviteli sebesség
max 12 Mbit/s
Kábel
árnyékolt érpár (lazán csavart)
Tápfeszültség ellátás
külön vezetéken
RB besorolás
nincs besorolva, már van RS485-IS
Hálózati topológia
egyenes, fa, illetve kevert rendszer
Állomások száma
max. 125, tipikusan 20-30 szokott lenni
Repeaterek
használatukkal növelhető a szegmens hossza
DP V0,V1,V2
PROFIBUS DP-V0 • alapvető funkciók • ciklikus kommunikáció • diagnosztika
PROFIBUS DP-V1 • magasabb rendű funkciók • ciklikus és aciklikus kommunikáció • paraméter állítás, alarm kezelés, vizualizálás
PROFIBUS DP-V2 • fejlett szinkronizálási rendszer (pl.: hajtások irányításához (isochronous)
Fizikai réteg - RS-485 adatátvitel Elvárások: • nagy biztonságú adatátvitel • nagy távolság (km-s távolságok!) • alacsony kábelezési és interface költségek
Adatátviteli technikák • RS-485, réz alapú (FMS/DP) • száloptika (üveg vagy műanyag) (FMS/DP)
Átviteli sebességek a PROFIBUS-DP hálózaton • 9.6 kbps; 19.2 kbps; 45.45 kbps; 93.75 kbps; 187.5 kbps; 500 kbps; 1.5 Mbps; 3 Mbps; 6 Mbps; 12 Mbps
Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC 61158 VP (6) 1. állomás
2. állomás
RxD/TxD-P (3)
390 Ohm
(3) RxD/TxD-P
DGND (5)
adat vezeték
RxD/TxD-P (3) 220 Ohm
(5) DGND
VP (6)
(6) VP
adat vezeték
RxD/TxD-N (8)
(8) RxD/TxD-N
RxD/TxD-N (8) védőföld
390 Ohm
védőföld DGND (5)
Busz Terminálás
kábelezés
Baud rate (kbps) távolságok (m)
9.6 1200
19.2 1200
93.75 1200
187.5 1000
500 400
1500 200
1200 100
Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC 61158
Jellemzők: tömör, csavart érpár, árnyékolt. 22AWG 0.32 mm2. A szigetelés színe lila. SUD D9 csatlakozó, dasy-chain, a kapcsoló a lánc megszakítására és terminálásra szolgál
Vezetékelés, csatlakozás - RS485 - IEC 61158 Kapcsolatot biztosít: A PROFIBUS DP hálózat és az olyan perifériák között mint például az ET200is. • maximum 32 slave eszköz köthető rá
ET200is
RS485-IS
Eszköz címek Elvárások a címmel szemben: • egy hálózaton az eszköz címének egyedinek kell lennie • a cím egy 0-125 közötti szám lehet • a cím általában beállítható az eszközön mikrokapcsoló segítségével (HW cím) de át is programozható (SW cím)
DIP kapcsoló
Konfigurálás A PROFIBUS hálózaton konfigurálás nélkül nincs kommunikáció! Ciklikus kommunikácíóban csak akkor vesz rész egy eszköz, ha a buszt vezérlő (valamelyik) Master-t erre felprogramozták. A konfigurálást egy konfigurátorral, pl. SIMATIC MANAGER-el kell elvégezni.
Hálózat tesztelés
BT200 hálózat teszter: • kábel hiba feltárás • erek közötti rövidzár/szakadás • ér, illetve árnyékolás rövidzár • káros visszaverődések mérése • beépített kábel hosszának meghatározása • használható slave eszközök címeit listázza
Kialakítás, jellemzők A PROFIBUS PA (Process Automation) rendszer ipari folyamatirányítási céllal lett létrehozva. Szorosan kapcsolódik a PROFIBUS DP-hez.
Adatátviteli jellemzők - IEC 61158-2
Átvitel jellege
Digitális, bit-szinkron, Manchester kódolás
Átviteli sebesség
31.25 kbps
Biztonság
Preamble, error-proof start és delimiter
Kábel
árnyékolt érpár
Tápfeszültség ellátás
kommunikációs vezetéken (busz táplált)
RB besorolás
EEx ia/ib és EEx d/m/p/q
Hálózati topológia
egyenes, fa, illetve kevert rendszer
Állomások száma
max. 32 szegmensenként, összesen 126
Repeaterek
max. 4 repeater építhető be
Kapcsolat a PROFIBUS DP-vel A PROFIBUS DP és a PROFIBUS PA rendszerek összekapcsolására két lehetőség adott: • DP/PA Coupler • csak jelszint és kódolást változtat, teljesen átlátszó eszköz. A DP oldal sebessége csak 45.45 kbit/s lehet!
• DP Link + DP/PA Coupler • A DP Link egy DP/DP csatoló, a két DP oldal sebessége eltérő lehet. Így a lassú PA oldal nem fogja vissza a többi DP-s egységet!
Konfigurálás A PROFIBUS PA buszon lévő eszközök konfigurálására a PDM (Process Device Manager) használatával történik. Konfigurálható: • Eszköz cím (nem mindegyik eszközön van HW cím állítási lehetőség pl.: SITRANS T3K PA, gyári címe: 126! • Function block jellemzők (méréshatár, alarmok, mérnöki egység, skálázás stb.)
Delta P Távadó
Csak egy Resource Block
Device information
PB=Physical/Resource Block device hardware Value dP
Value/status TB=Transducer Block specific application
Value T
TB=Transducer Block
Parameter
Value/status
Parameter Több Transducer Block lehetséges
FB=Function Block AI= Analog Input, stb.
FB=Function Block
H1 -Profibus PA
Távadó blokkok
OUT dP
OUT T
FF-891 és FF-892 szábványosak
Resource Block (csak egy lehetséges egy eszközben) • gyártó, eszköz típus, sorozatszám, öndiagnosztika, gyári beállítások, eszköz leírás, gyártási idő, SW revízió, HW revízió, TAG stb.
Transducer Block (ki-, illetve bemenetenként egy) • Szenzor kalibráció, alarmok, szenzor típus, konverziós tényezők, mérnöki egység, stb.
Function Block (több lehetséges) • • • •
Analog Input AI Analog output AO Digital Input DI stb.
Megjelenése a CFC-ben (Continous Flow Chart)
Fizikai réteg (IEC 61158-2 MBP) PROFIBUS PA – H1 • Szabályozási célra (szint, nyomás, hőmérséklet, stb.) • KÉT VEZETÉK - tápfeszültség és kommunikáció ugyanazon a vezetéken (BUS POWERED) • Gyújtószikramentes gát (IS-intrinsically safe barrier) beépíthető • Távadó jele: 10 mA; 31,25 kbps 50 mellett, feszültség: 1 Vp-p Áram
V 100
100 0,75-1 Vp-p
15-20 mA p-p
PS
Vétel
Adás Profibus PA
t Lezáró RC, C= 10 μF- 31,25 kbps
Fizikai réteg (IEC 61158-2 MBP)
Átvitel típusa: szinkron, soros, halfduplex Jel:
kétfázisú Manchester kód nincs start és nincs stop bit (szinkron átvitel) felfutó él=0, lefutó él=1
Órajel
1 Adat
Manchester kód
0
1
0
0
0
1
1
Fizikai réteg (IEC 61158-2 MBP) Adatátvitel preamble mint a telefonálásnál a csengőjel (órák összehangolása) start delimiter ez nem Manchester, ez egy adat data (a második rétegből) end delimiter
Nem kódolt bitek: Non-data positive „N+” Non-data negative „N-”
Fizikai réteg – kábelek (IEC 61158-2 MBP) Típus
Megnevezés
Méret
Fajlagos ellenállás
Csillapítás
Max. hossz
A
Árnyékolt, csavart érpár (STPShielded Twisted Pair)
18 AWG 0.8 mm2
22 Ohm/km
3 dB/km
6232 ft 1900 m
B
Több érpáros, csavart, 22 AWG árnyékolt 0.32 mm2 (MTPS – Multi Twisted Pair with Shield)
56 Ohm/km
5 dB/km
3936 ft 1200 m
C
Több érpáros, csavart, (MTP – Multi Twisted Pair)
26 AWG 0.13 mm2
132 Ohm/km
8 dB/km
1312 ft 400 m
D
Sodrott, csavarás nélküli, árnyékolt
16 AWG 1.25 mm2
20 Ohm/km
8 dB/km
656 ft 200 m
Kábelek, csatlakozók, elosztók Bus Stop Gyújtószikramentes rendszerekhez
Junction Box
Nem gyújtószikramentes rendszerekhez
SpliTConnect
Kialakítható rendszerek DP/PA Coupler = busz tápegység Az eszközök száma korlátozott, a korlát a rendelkezésre álló áram!
Méretezés: csillapítás, szegmenshossz Kábeltípus: Standard ac = 3 dB/ km
PROFIBUS PA gerinc
(39 kHz)
ut = 0.75 V (peak to peak)
Lezáró
l
ur = 0.15 V lmax = ?
U, u Ut
ut = 0.75V
at = 20 * lg
lmax = t
at ac
utransmitter ureceiver =
= 20 * lg
14 dB 3 dB/km
0.75 V 0.15 V
= 4.6 km
= 14 dB
Méretezés: eszközszám
rc = 22
/km; l = 1 km
rc
Ic
Kábeltípus: Standard Ut
Id
Lezáró
Uc
Id
Id
Ut = 20 V
Id = 20 mA
...
Udmin = 9 V
1.
2.
n.
l
n=? Rc = 2 rc * l = 2 * 22 /km * 1 km = 44 Ucmax = Ut - Udmin = 20 V - 9 V = 11 V Ucmax Icmax =
Rc
11 V =
44
= 250 mA
n=
Icmax Id
=
250 mA 20 mA
= 12
Távolságok és elemek száma gyújtószikramentes gát alkalmazása esetén A maximálisan rendelkezésre álló áram csökken a vezeték hosszának növelésével! U min = 9 V
Uüresjárati - Umin I
max
“A” tipusú kábel esetén: 0m
90 mA
250 m
80 mA
500 m
70 mA
1500 m
50 mA
= R
forrás
+ R
kábel
Ebből az áramból kell az eszközöknek táplálkozniuk I n=
I
max eszköz
80mA =
20mA
= 4
Jelismétlő Smar RP302 Repeater • megtisztítja a jeleket a zavaroktól, újra formázza és tovább adja, kétirányú • max. 4 repeater kapcsolható egymás után • a PROFIBUS PA szegmens hossza repeaterenkent 1900 méterrel növelhető transzformátoros leválasztás
DC leválasztás
jel határoló mikroprocesszor
Kialakítás, jellemzők IEC62026
Átvitel jellege
Digitális, bit-szinkron, Manchester kódolás
Átviteli sebesség
167 kBaud, 5ms reakció idő
Kábel
speciális, profilos lapos kábel
Tápfeszültség ellátás
kommunikációs vezetéken (busz táplált)
RB besorolás
nincs
Hálózati topológia
egyenes, fa, illetve kevert rendszer
Állomások száma
max. 31 slave, 1 master
Kábel hossz
max. 100m
Kódolás, kommunikáció
Az AS-i busz Manchester kódolást használ. Az AS-i üzenet egyszerű, a Master kérdez, a Slave rögtön válaszol. Egyszerű kérdés, egyszerű válasz!
Címzés, adatok
A buszon minden eszköznek egyedi címmel kell rendelkeznie! A cím beállítása programozó készülékkel, vagy a buszon keresztül lehetséges. A buszon max. 31 slave eszköz lehet, mindegyik eszköz 4 input, illetve 4 output bittel rendelkezik. Ez összesen 124 input, illetve output bitet jelent!
Az AS-i buszon a kommunikáció pollozás jellegű, egy eszközre 5 ms-onként kerül sor. A AS-i új verziója (v 2.0) 62 slave csatlakoztatását teszi lehetővé.
Csatlakozás, modulok A modulok a kábelre egyszerüen, vezetékbontás nélkül felhelyezhetők, illetve levehetők. A kábel szigetelése az így keletkezett apró lyukakat tömíti.
AS-I interface mechanika
Polaritás csere ellen védett kábel Érintkező tűk
GSD file-ok
GSD Gerate Stämm Daten (eszköz alap adatok) • Minden Profibus eszköz, illetve azok lehetőségei GSD file-okban vannak definiálva • Elektronikus adatlap • Minden eszköz specifikus adatot tartalmaz: supported baud rate, supported message length input/output data volume meanings of diagnosis messages options for modular devices generated by manufacturers • Minden eszköznek a saját verziójának megfelelő GSD file-t igényel!
FDT - Field Device Tool DTM – Device Type Manager
FDT = Univerzális konfigurációs megoldás terepi buszokhoz. Kompatibilis: • Profibus • Foundation Fieldbus • HART Önmagában az FDT még nem “ismeri” az eszközöket, az csak egy keretprogram. Szüksége van még egy DTM-re, amelyet az eszköz gyártójának kell szolgáltatnia. A DTM egy adat halmaz, nem program. Az FDT és DTM páros segítségével központosítani lehet az eszközök konfigurálását, adatainak tárolását, dokumentálását.
