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.