profibus.pdf

I. Sie ć Profibus

Profibus jest siecią opracowaną przez firmę SIEMENS i przeznaczoną do wykorzystania

w rozproszonych systemach sterowania oraz nadzoru. Jej elastyczność pozwala połączyć

odmienne pod względem funkcjonalności i architektury urządzenia róŜnych producentów.

Węzłami sieci mogą być zarówno proste urządzenia wejścia/wyjścia analogowe i cyfrowe,

czujniki lub elementy wykonawcze, jak i komputery, sterowniki swobodnie programowalne,

falowniki, czy teŜ terminale operatorskie.

Zadaniem sieci jest efektywne przekazywanie duŜej ilości krótkich informacji, przy zachowaniu

deterministycznego czasu przesyłania danych. Protokół komunikacyjny sieci Profibus definiuje

norma DIN 19 245, która opisuje warstwę fizyczną, liniową i aplikacyjną siedmiowarstwowego

modelu ISO/OSI. Przy czym warstwa aplikacyjna jest opcjonalna. UŜytkownicy (wykonywane

programy) korzystają z sieci wywołując usługi warstwy aplikacyjnej lub liniowej. Warstwa

liniowa odpowiada za niezawodne przekazywanie komunikatu z odpowiedzią lub

potwierdzeniem odbioru oraz przekazywanie komunikatu bez potwierdzenia, w tym rozgłaszanie

( ang. broadcast ). Usługi warstwy aplikacyjnej udostępniają obiekty programowe zdefiniowane w

innych węzłach sieci (zmienne, zdarzenia, programy) oraz umoŜliwiają bezpołączeniowe

przekazywanie wartości zmiennych i zdarzeń do odbiorców wykonywanych w wielu węzłach

Rys. 1. Warstwowy model sieci Profibus DP i FMS według standardu ISO/OSI.

W standardzie Profibus zdefiniowano trzy profile komunikacyjne – FMS, DP i PA. Określają one

mechanizmy współpracy protokołu komunikacyjnego z medium transmisyjnym, co zapewnia

niezaleŜność pracy aplikacji od zastosowanych w systemie urządzeń. Pełna kompatybilność

urządzeń pochodzących od róŜnych producentów wymaga określenia ich struktury w kaŜdym

profilu aplikacyjnym. Twórcy standardu opracowali uniwersalny opis urządzeń,

wykorzystywanych w zarządzanym poprzez Profibus systemie sterowania, oparty na

elektronicznych notach katalogowych. Wszystkie informacje na temat wbudowanego interfejsu

Profibus, adresy wewnętrznych portów dostępnych poprzez Profibus, relacje pomiędzy

urządzeniami, a takŜe numer identyfikacyjny zapisane są w pliku z rozszerzeniem GSD,

opisującym dane urządzenie.

1. Profibus DP

1.1. Struktura sieci

ZłoŜona struktura sieci Profibus DP moŜe zawiera wiele węzłów nadrzędnych pierwszego

rodzaju ( ang. DP-Master Class 1 ) oraz opcjonalnie węzeł nadrzędny drugiego rodzaju ( ang. DP-

Master Class 2 ), pracujący jako programator sieci lub stacja konfiguracyjno-diagnostyczna.

Prawo nadawania i odbierania komunikatów przez określony czas posiada węzeł nadrzędny,

który w danej chwili przejął umowny znacznik ( ang. token ). Wymagania odnośnie szybkości

transmisji ograniczają do trzech liczbę węzłów nadrzędnych DP (podsieci DP), pracujących na

wspólnym kablu.

Rys. 2. Sieć Profibus DP typu multimaster.

KaŜdy węzeł podrzędny moŜe być jednak odpytywany tylko przez jeden węzeł nadrzędny DP.

Fizyczna konfiguracja sieci obok węzłów nadrzędnych Profibus DP moŜe zawierać równieŜ

węzły Profibus FMS, wykorzystujące ten sam kabel zgodnie ze znacznikowym protokołem

dostępu. Podsieci DP podporządkowane róŜnym węzłom nadrzędnym muszą być logicznie

rozłączne wzajemnie oraz względem podsieci FMS. Jedynie węzeł nadrzędny DP drugiego

rodzaju moŜe być uŜyty do konfigurowania wszystkich węzłów DP w sieci. Węzły sieci Profibus

dzielące ten sam kabel objęte są spójnym systemem adresowania. Łączna liczba węzłów

dołączonych do wspólnego kabla nie moŜe przekraczać 126.

Rys. 3. Sieć Profibus DP typu monomaster.

W Standardzie Profibus DP ( ang. Decentralized Peripherials ) najczęściej występuje jeden węzeł

nadrzędny ( ang. master ), odpytujący podporządkowane mu węzły podrzędne ( ang. slave ).

Podstawowym trybem pracy sieci jest bardzo szybka, cykliczna wymiana danych między węzłem

nadrzędnym i węzłami podrzędnymi.

1.2. Model komunikacji

W kaŜdym z ogólnych modeli architektury węzłów sieci Profibus DP występuje warstwa

fizyczna i liniowa. Dostęp do usług warstwy liniowej uzyskuje się poprzez dodatkowy sprzęg

odwzorowania łącza ( DDLM – ang. direct data link maper ). Usługa SRD ( ang. send and request

data with reply ) warstwy liniowej pozwala na wykonanie większości funkcji podczas

pojedynczej transakcji odpytania. Wyjątkiem są funkcje rozgłaszające obsługiwane przez usługę

SDN.

Model OSI/ISO sieci Profibus DP definiuje tylko sprzęg programu z usługami warstwy liniowej.

Nie wprowadza natomiast dodatkowej warstwy funkcjonalnej, ani jej protokołu.

Rys. 4. Warstwowa struktura węzłów w sieci Profibus DP.

Wywołując bezpośrednio funkcje odwzorowania łącza, program uŜytkownika wykonywany w

węźle nadrzędnym DP II rodzaju moŜe komunikować się z węzłami nadrzędnymi I rodzaju oraz

z węzłami podrzędnymi. Programy wykonywane w węzłach innego rodzaju nie mają

bezpośredniego dostępu do funkcji odwzorowania łącza i mogą uczestniczyć w komunikacji

tylko za pośrednictwem sprzęgu uŜytkownika. Do funkcji odwzorowania łącza uŜytkownik ma

dostęp tylko w przypadku programowania węzła II rodzaju. Wszystkie funkcje słuŜące do

komunikacji węzłów nadrzędnych mogą być wywoływane tylko przez węzeł nadrzędny II

rodzaju, któremu węzeł nadrzędny I rodzaju moŜe wyłącznie odpowiadać. NiemoŜliwa jest

natomiast komunikacja między węzłami nadrzędnymi tego samego typu. Podczas komunikacji

węzła nadrzędnego z węzłami podrzędnymi wykorzystywane są następujące funkcje:

- Data Exchange – bezpośrednia lub buforowana wymiana danych z zaadresowanym

węzłem podrzędnym

- RD_Inp – bezpośredni odczyt stanu wejść urządzeń zewnętrznych zaadresowanego węzła

podrzędnego

- RD_Outp – bezpośredni odczyt stanu wyjść urządzeń zewnętrznych zaadresowanego

węzła podrzędnego

- Slave_Diag – odczyt danych diagnostycznych z zaadresowanego węzła podrzędnego

- Set_Prm – przekazanie do węzła podrzędnego parametrów konfiguracyjnych

- Chk_Cfg – sprawdzenie poprawności przesłanych danych konfiguracyjnych węzła

- Get_Cfg – odczytanie przez węzeł nadrzędny bieŜących danych konfiguracyjnych węzła

podrzędnego

- Global_Control – przesłanie komendy synchronizacyjnej do wybranego węzła

podrzędnego lub do grupy węzłów (np. jednoczesny odczyt wejść przez wybrane węzły,

zsynchronizowanie chwili zmiany stanu wyjść itp.)

- Set_Slave_Add – przypisanie węzłowi adresu sieciowego z zakresu 0...125

Sprzęg uŜytkownika w węźle nadrzędnym DP I rodzaju oraz w węzłach podrzędnych obejmuje

stały zbiór aplikacji realizujących wymianę danych, odczyt informacji diagnostycznych i

konfiguracyjnych z węzłów podrzędnych oraz sterowanie pracą tych węzłów. Podstawowym

trybem pracy jest cykliczne odpytywanie wszystkich węzłów podrzędnych. Program

uŜytkownika wykonywany w węźle nadrzędnym I rodzaju, mając pełny dostęp do wszystkich

cyklicznie przekazywanych danych, moŜe komunikować się z węzłami podrzędnymi wywołując

usługi udostępniane przez sprzęg uŜytkownika. Programy wykonywane w węzłach podrzędnych

nie mogą inicjować komunikacji.

Rys.5. Struktura oprogramowania węzła nadrzędnego DP I rodzaju.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: