profibus.pdf

PROFIBUS

Technologie i aplikacje

Opis systemu

Otwarty standard dla automatyki przemysłowej

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004

PROFIBUS PNO

Szanowni Państwo,

PROFIBUS PNO jest międzynarodową organizacją,

która zajmuje się rozwojem i standaryzacją sieci

przemysłowych w automatyce. Pomagamy użytkow-

nikom i producentom urządzeń pracujących w sieci

PROFIBUS wykorzystać najnowsze i najlepsze roz-

wiązania i technologie. Naszym członkom zapew-

niamy stały dostęp do wiedzy i informacji technicz-

nych.

Nasza organizacja powstała aby realizować i chronić

otwarty standard komunikacji i sterowania.

Wstęp

Automatyka ciągle podlega zmia-

nom i innowacjom. Nie tak dawno

zmiany te odnosiły się tylko do ob-

szaru samej produkcji w zakładzie.

Zastosowanie technologii siecio-

wych wprowadziło rewolucyjne

zmiany polegające na zmianie

systemu centralnego na system

rozproszony. Obecnie sieć PRO-

FIBUS obchodzi 10-cio lecie po-

wstania.

nak duży nacisk kładzie się na peł-

ną integrację systemu oraz w

szczególności na rozwój profili

aplikacyjnych. Profile te sprawiły,

że sieć PROFIBUS połączyła au-

tomatykę przemysłową i proceso-

wą.

dzania automatyki. Dodatkowo

stworzono nowe możliwości w za-

kresie komunikacji pomiędzy sys-

temami automatyki. W oparciu o

dotychczasowe doświadczenia sieć

PROFIBUS została rozszerzona i

zaadoptowana do świata komuni-

kacji Ethernet tworząc standard

PROFInet.

Dodatkowo technologia IT (Infor-

mation Technology ) kreuje rozwój

nowoczesnej automatyki. Obecnie

inteligentne systemy sieciowe mu-

szą zaadoptować technologie IT co

pozwala na większą integrację z

systemami zarządzania zakładem.

Ten kierunek rozwoju spowodował,

że automatyka przemysłowa wkro-

czyła w świat sieci biurowej, powo-

dując głębokie zmiany i nowe tren-

dy w systemach obsługi i zarzą-

Zastosowanie otwartych standar-

dów zapewnia pewną i długotrwała

kompatybilność oraz zabezpiecze-

nie istniejących inwestycji. Jest to

nadrzędnym celem Organizacji

Użytkowników Sieci PROFIBUS –

PNO, a ciągły rozwój technologii

PROFIBUS zapewni naszym

członkom długotrwałą perspektywę

rozwoju.

W ciągu tych dziesięciu lat sieć

PROFIBUS stała się liderem w

technologii systemów rozproszo-

nych. Pomimo tak znaczącego

sukcesu sieć PROFIBUS ciągle

jest rozwijana i unowocześniana.

Początkowo skupiono się tylko na

technice komunikacji. Obecnie jed-

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004 1

Spis treści

W stęp1

4.3

Znacznik czasowy - Time Stamp...............20

4.4

Redundancja stacji Slave ............................20

Spis treści ....................................................................2

Informacje ogólne ........................................................2

5. Specyficzne profile aplikacyjne...........................21

5.1

PROFIdrive .................................................21

1. Komunikacja w automatyce..................................3

1.1 Komunikacja przemysłowa............................3

1.2 Ogólne informacje o sieciach polowych ........4

1.3 Międzynarodowa

standaryzacja ..............................................................4

5.2

Stacje PA ....................................................22

5.3

Profil Fluid Power ........................................24

5.4

Urządzenia SEMI ........................................24

5.5

System identyfikacji - Ident..........................24

5.6

Zdalne wejścia/wyjścia w modułach PA ......24

2. PROFIBUS informacje ogólne .............................6

6. Profile systemowe ..............................................25

2.1

Historia ..........................................................6

7. Device Management...........................................27

7.1 GSD 27

7.2 EDD 28

7.3 Koncepcja FDT/DTM ...........................................29

2.2

Pozycja na rynku ...........................................6

2.3

Organizacja ...................................................6

2.4

PROFIBUS ”Tool Box” ......................7

2.4.1

Technologie transmisyjne..............................7

2.4.2

Protokoły komunikacyjne..............................8

2.4.3

Profile ............................................................8

8. Kontrola jakości ..................................................30

2.5

PROFIBUS - Klucz do sukcesu ....................8

8.1

Procedura testu ...........................................30

8.2

Certyfikat zgodności ....................................30

3. PROFIBUS Transmisja i komunikacja ...........9

3.1 Technologia transmisji...................9

3.1.1 Technologia transmisji RS485.....................9

3.1.2 Transmisja w technice MBP .......................10

Zasady tworzenia instalacji w technologii MBP .........11

3.1.3 Technologia transmisji poprzez światłowód 11

Model FISCO.............................................................12

3.2 Protokół komunikacyjny DP.......................12

3.2.1 Funkcje podstawowe .......................................13

DP-V0 13

3.2.2 Wersja DP-V1...................................................16

3.2.3 Wersja DP-V2...................................................16

3.2.4 Adresacja poprzez Slot.....................................17

i Indeks 17

9. Implementacja układów ......................................31

9.1

Standardowe komponenty...........................31

9.2

Implementacja interfejsów...........................32

10. PROFInet ...........................................................33

10.1

Model inżynierski PROFInet ....................33

10.2

PROFInet Model komunikacyjny..............33

10.3

PROFInet Model Migracji .......................34

10.4

XML.............................................................34

10.5

OPC oraz OPC DX......................................34

4. Ogólne Profile aplikacyjne .................19

PROFIBUS International ..........................................35

PROFIBUS ................................................................37

4.1

PROFIsafe ..................................................19

4.2

HART w sieci PROFIBUS DP ..................19

Informacje ogólne

Niniejszy dokument opisuje pod-

stawowe zagadnienia związane z

siecią PROFIBUS oraz przedsta-

wia najnowocześniejsze technolo-

gie, które dostępne są w systemie

PROFIBUS. Broszura ta dedyko-

wana jest nie tylko dla użytkowni-

ków sieci, którzy pragną zasięgnąć

podstawowych informacji na temat

sieci, ale również zachęcamy eks-

pertów do pogłębienia swojej wie-

dzy i skorzystania z dodatkowej fa-

chowej literatury, która w większo-

ści dostępna jest w internecie na

stronach organizacji PNO w posta-

ci elektronicznej.

Rozdziały 1 i 2 zawierają podsta-

wowe informacje odnośnie tech-

nologii systemu sieci PROFIBUS

oraz jej wykorzystanie i zastoso-

wanie.

Rozdziały 7 do 9 opisują pewne

zagadnienia bardziej praktycznie.

Skupiają się na obsłudze urządzeń,

aplikacjach i certyfikacji.

Rozdział 10 opisuje teorię nowego

standardu PROFInet.

Rozdziały 3 do 6 opisują podsta-

wowe aspekty sieci PROFIBUS

oraz wskazują na powody i cele

zastosowania

poszczególnych

Rozdział 11 opisuje pracę i struk-

turę Organizacji Użytkowników

Sieci PROFIBUS PNO.

rozwiązań.

Rozdziały te przedstawiają modu-

łową strukturę sieci PROFIBUS,

począwszy od technologii komuni-

kacji do dostępnych profili aplika-

cyjnych.

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004

1. Komunikacja w au-

tomatyce

ne przesyłane są acyklicznie na

żądanie. PROFIBUS w pełni speł-

nia te wymagania i daje uniwersal-

ne możliwości komunikacji w au-

tomatyce.

integralną częścią tych standar-

dów.

Możliwość komunikacji urządzeń i

systemów oraz spójna technologia

przekazywania informacji stanowi

podstawę koncepcji komunikacji

systemów automatyki. Komunika-

cja łączy stacje w płaszczyźnie po-

ziomej, jak i pionowej zapewniając

dostęp do najniższej komórki

obiektu. Hierarchiczny i zoriento-

wany obiektowo system komunika-

cji, taki jak standard PROFIBUS z

możliwością przejścia do innych

poziomów np. sieć AS-Interface lub

Ethernet (poprzez PROFInet)

(patrz Rys.1), stwarza idealne

możliwości do tworzenia sieci we

wszystkich obszarach produkcji.

Ostatnio zaczął rozwijać się syste-

my komunikacyjne oparte na sieci

Ethernet. Stwarza to duże możli-

wości komunikacyjne pomiędzy

różnymi poziomami automatyki i

siecią biurową. PROFInet stanowi

przykład tego typu sieci opartej na

systemie Ethernet.

Na poziomie sterowania ste-

rowniki programowalne takie jak

PLC i IPC komunikują się z innymi

systemami IT i siecią biurową po-

przez Ethernet, TCP/IP, Intranet

oraz Internet. Tego typu informacje

wymagają dużych pakietów danych

i wydajnej komunikacji.

Konieczność koordynowania, roz-

woju i dystrybucji systemów sie-

ciowych na rynku zaowocowało

powstaniem Organizacji Użytkow-

ników Sieci takich jak PROFIBUS

User Organization PNO i równole-

gle PI dla sieci PROFIBUS i PRO-

FInet.

Podobnie jak PROFIBUS, oparty

na bazie sieci Ethernet - standard

PROFInet, spełnia stawiane tutaj

wymagania.

Poniżej opisano szczegółowo sieć

PROFIBUS jako centralny link sta-

nowiący przepływ informacji w au-

tomatyce. Informacje odnośnie sie-

ci AS-Interface można znaleźć w

dodatkowej literaturze technicznej.

Natomiast standard PROFInet opi-

sano w rozdziale 10.

Zalety użytkowe sieci dają mo-

tywację i bezpieczeństwo dalszego

rozwoju technologii sieci polowych.

Dodatkowo zapewniły poważną re-

dukcję całościowych kosztów, jak

również wzrost wydajności i jakości

systemów automatyki. Wyraźne

zalety są widoczne przy łatwej

konfiguracji, okablowaniu, inży-

nieringu i uruchomieniu sieci, jak i

później w trakcie normalnej pracy.

Główną jednak zaletą jest redukcja

kosztów eksploatacyjnych sieci.

Mamy również do dyspozycji bo-

gatą diagnostykę i ważne informa-

cje dla służb utrzymania ruchu i

serwisu.

1.1 Komunikacja przemysło-

Na najniższym poziomie

obiektu AS-I sygnały z binarnych

czujników i elementów wykonaw-

czych transmitowane są poprzez

sieć sygnałową. Daje to prostą i

stosunkowo tanią technologię

przesyłania danych i zasilania tym

samym kablem. AS-Interface sta-

nowi idealne rozwiązanie dla tego

typu aplikacji i wymagań.

Sieci polowe pozwalają na ko-

munikację przemysłową z wyko-

rzystaniem różnych mediów trans-

misji, takich jak kabel miedziany,

światłowód lub komunikacja bez-

przewodowa do połączenia róż-

nych urządzeń polowych (czujniki,

elementy wykonawcze, napędy,

przetworniki, itp.) z jednostką cen-

tralną lub systemem nadrzędnym.

Technologia sieci polowych została

rozwinięta w latach 80-dziesiątych,

a jej celem było zastąpienie po-

wszechnie stosowanej techniki

centralnej okablowania. Z powodu

różnych wymagań i preferencji

rozwiązań poszczególnych produ-

centów, opracowano liczne syste-

my sieciowe na rynku. Większość

oparto na standardzie IEC 61158

oraz IEC 61784. PROFIBUS jest

Na poziomie polowym rozpro-

szone stacje takie jak moduły I/O,

przetworniki, napędy, zawory i pa-

nele operatorskie komunikują się z

systemem automatyki poprzez wy-

dajny system komunikacji PROFI-

BUS. Transmisja danych proceso-

wych odbywa się cyklicznie, pod-

czas gdy dodatkowe przerwania,

dane konfiguracyjne i diagnostycz-

Sieci polowe znacznie zwiększyły

elastyczność i wydajność instalacji,

w porównaniu z tradycyjnymi tech-

nologiami.

Obecnie sieć PROFIBUS wykorzy-

stywana jest praktycznie w więk-

szości obiektów przemysłowych

zarówno w automatyce proceso-

wej, jak i liniach produkcyjnych.

Zarządzanie

uni

cat

ion

Production

Poziom zarządzania

uni

cat

ion

P oziom sterowania

Automatyka

eld

Sensor/actuator leve l

PROFInet IEC 61158/61784

PROFIBUS IEC 61158/61784

AS-Interface IEC 62026

Rys. 1: Komunikacja w automatyce

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004 3

Enterprise

Produkcja

Cell level

Field level

Automation

Poziom czujników

PROFInet IEC 61158/61784

PROFIBUS IEC 61158/61784

AS-Interface IEC 62026

Nadajnik

Odbiornik

Opis i zastosowanie danej warstwy

Warstwa aplikacji

Interfejs dla programów aplikacyjnych poprzez komendy -

read, write

Warstwa prezentacji

Reprezentacja (kodowanie) danych dla analizy i interpre-

tacji w następnej warstwie

Warstwa sesji

Tworzenie oraz anulowanie chwilowego połączenia stacji;

synchronizacja procesu komunikacji

Warstwa transportu

Kontrola transmisji danych dla warstwy 5 (błąd przesyła-

nia, błąd w paczce danych)

Warstwa sieci

Tworzenie oraz anulowanie połączenia, unikanie kolizji w

sieci

Warstwa danych

Opisuje protokół dostępu do sieci (Medium Access

Control, MAC) oraz zabezpieczanie danych

Warstwa fizyczna

Definiuje medium (hardware), kodowanie i prędkość

transmisji danych

Medium transmisji

Rys. 2: Model referencyjny OSI

1.2 Ogólne informacje o sie-

ciach polowych

( MAC , M edium A ccess C ontrol)

jest specjalną procedurą, która

określa w jakim momencie stacja

może wysyłać dane. Przy czym

stacje aktywne mogą same rozpo-

czynać wymianę danych, a stacje

pasywne mogą tylko rozpocząć

komunikację jeżeli dostaną zapyta-

ne od stacji aktywnej.

tionless ). Druga grupa zawiera w

sobie komunikaty typu multicast

oraz broadcast, które przesyłane

są do określonej grupy lub do

wszystkich stacji..

Model referencyjny ISO/OSI

opisuje komunikację pomiędzy sta-

cjami w systemie sieciowym oraz

definiuje zasady transmisji i inter-

fejs wykorzystywany w danym

protokole. W 1983, Międzynarodo-

wa Organizacja dla celów Standa-

ryzacji (ISO) ustanowił model refe-

rencyjny OSI ("Open Systems In-

terconnection Reference Model"),

który definiuje elementy, strukturę i

zadania związane z komunikacją.

Model został podzielony na siedem

warstw (Rys. 2). Każda z warstw

spełnia specjalne funkcje w proce-

sie komunikacyjnym. Jeżeli jednak

system komunikacyjny nie wymaga

którejś z funkcji, wtedy odpowied-

nia warstwa nie jest wykorzystywa-

na i jest pomijana. PROFIBUS wy-

korzystuje warstwy 1, 2 oraz 7.

Profile wykorzystywane są w ko-

munikacji do definiowania właści-

wości i sposobu działania stacji,

rodziny urządzeń lub całego sys-

temu. Tylko urządzenia i systemy

wykorzystujące profile niezależne

od producenta, zapewniają wza-

jemną kompatybilność w sieci.

Ponadto rozróżnia się procedury

dostępu deterministyczne z pracą

w trybie rzeczywistym - real-time

(master-slave w sieci PROFIBUS)

oraz losowe, nie-deterministyczne

(CSMA/CD w sieci Ethernet).

Profile aplikacyjne odnoszą się

przede wszystkim do urządzeń

(stacji polowych, regulatorów) i za-

pewniają zgodność wybranej ko-

munikacji sieciowej z daną aplika-

cją urządzenia. Ten typ profilu słu-

ży producentowi do rozwoju urzą-

dzenia zgodnego z danym profi-

lem. Profile systemowe opisują

klasy systemu (funkcjonalność, in-

terfejs oraz narzędzia integrujące).

Adresacja wymagana jest do

jednoznacznej identyfikacji danej

stacji. Nadawanie adresu odbywa

się poprzez odpowiedni przełącznik

adresowy (adresacja sztywna) lub

przez odpowiedni parametr pro-

gramowy (adresacja programowa).

Usługi komunikacyjne okre-

ślają zadania komunikacyjne danej

stacji związane z cykliczną oraz

acykliczną wymianą danych. Ilość

oraz typ usług komunikacyjnych

jest określony przez obszar aplika-

cyjny danego protokołu. Rozróżnia

się usługi zorientowane na sztywne

połączenie ( Connection-oriented –

związane z procedurą potwierdza-

nia i monitoringu) oraz usługi bez

sztywnego połączenia (Connec-

Protokoły komunikacyjne de-

finiują sposób w jaki dwie lub wię-

cej stacji wymieniają dane wyko-

rzystując odpowiednie ramki ko-

munikacyjne. Ramka danych za-

wiera różne pola związane z infor-

macjami sterującymi meldunkami.

Pole danych bieżących poprzedza-

ne jest nagłówkiem (adres stacji

źródłowej i docelowej oraz szcze-

góły związane z danym meldun-

kiem) oraz zakończone stopką w

celu zabezpieczenia danych, z

uwzględnieniem korekcji transmisji

i wykrywaniem błędów.

1.3 Międzynarodowa

Dokument

IEC 61158

Zawartość

War-

stwaOSI

IEC 61158-1 Wstęp

IEC 61158-2

Warstwa fizyczna – specyfikacja i definicja

usług

Cechą sieci polowych jest opty-

malna transmisja małej ilości da-

nych, krytycznych czasowo oraz

maksymalne uproszczenie proce-

su transmisji.

IEC 61158-3 Definicja usług Data-link

IEC 61158-4 Specyfikacja protokołu wymiany danych

IEC 61158-5 Warstwa aplikacji – definicja usług

IEC 61158-6 Warstwa usług – specyfikacja protokołu

Tabela 1: Norma IEC 61158 - podział

Kontrola dostępu do sieci

PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: