· Функция SDA. Назначение: Послать Данные с Подтверждением (Send Data with Acknowledge). Используется протоколом FMS.
· Функция 3RD. Назначение: Послать и Запросить Данные с Ответом (Send and Request Data with Reply). Используется протоколом FMS и DP.
· Функция SON. Назначение: Послать Данные без Подтверждения (Send Data With No Acknowledge). Используется протоколом FMS и DP.
· Функция CSRD. Назначение: Периодически Посылать и Запрашивать Данные с Ответом (Cyclic Send and Request Data with Reply). Используется протоколом FMS.
Прикладной пользовательский сервис обеспечивается уровнем 7 эталонной модели ISO/OSI. Благодаря этому сервису возможен эффективный и расширяемый обмен данными между прикладными процессами. Прикладной уровень протокола PROFIBUS-FMS определяется в стандарте DIN 19245, Часть 2 и состоит из Спецификации Сообщений Fieldbus - FMS (Fieldbus Message Specification) и Интерфейса Нижнего Уровня - LLI (Lower Layer Interface). В спецификации FMS описываются объекты взаимодействия, прикладной сервис и результирующие модели с точки зрения взаимодействующего партнера. Интерфейс LLI служит для адаптации прикладных функций к разным характеристикам Уровня 2.
3. Протоколы сети PROFIBUS
profibus электрический шина протокол
3.1 ProfibusDP
ProfibusDP (DecentralizedPeripherals) - профиль протоколов промышленной сети Profibus.
Использует уровни модели OSI:
· 1 — физический уровень — отвечает за характеристики физической передачи
· 2 — Канальный уровень — определяет протокол доступа к шине
· 7 — Прикладной уровень — отвечает за прикладные функции
Данная сеть была спроектирована для высокоскоростной передачи данных между устройствами. В данной сети центральные контроллеры (программируемые логические контроллеры и PC) связаны с их распределёнными полевыми устройствами через высокоскоростную последовательную связь. Большинство передач данных осуществляется циклическим способом.
В качестве ведущего устройства могут использоваться контроллеры. Как ведомые устройства, могут использоваться приводы, клапаны или устройства ввода-вывода.
С помощью Profibus DP могут быть реализованы Mono и MultiMaster системы. Основной принцип работы заключается в следующем: центральный контроллер (ведущее устройство) циклически считывает входную информацию с ведомых устройств и циклически записывает на них выходную информацию. При этом время цикла шины должно быть короче, чем время цикла программы контроллера, которое для большинства приложений составляет приблизительно 10 мсек. В дополнение к циклической передаче пользовательских данных Profibus DP предоставляет широкие возможности по диагностике и конфигурированию. Коммуникационные данные отображаются специальными функциями как со стороны ведущего, так и со стороны ведомого устройства.
Диагностические функции Profibus DP позволяют быстро локализовать сбои в системе. Диагностические сообщения передаются по шине мастеру, сообщения делятся на три уровня:
· связанная со станцией диагностика — определяет состояние всего устройства (перегрев, низкое напряжение и т. д.)
· связанная с модулем диагностика — сообщения связанные с ошибками в том или ином входном/выходном модуле
· связанная с каналом диагностика — определяют ошибку конкретного бита входа/выхода.
Поведение системы при использовании протокола DP определяется состоянием ведущего устройства. Существует три основных состояния:
· ОСТАНОВ — в этом состоянии не происходит передачи данных между ведущим устройством и периферией
· ОЧИСТКА — ведущее устройство считывает информацию с ведомых устройств и держит выходы в состоянии защиты от сбоев
· РАБОТА — ведущее устройство находится в состоянии приёма или передачи данных с периферии
Ведущее устройство циклически посылает информацию о своём состоянии всем ведомым устройствам присоединённым к нему. Передача данных между ведущим и ведомым устройствами делится на три фазы:
· параметризация
· конфигурирование
· передача данных
На 1 и 2 стадиях ведомое устройство сравнивает свою текущую конфигурацию с конфигурацией ожидаемой ведущим устройством и только если они совпадают, происходит передача данных. В дополнение к обычной передаче пользовательских данных, ведущее устройство может посылать управляющие команды одному, группе или всем своим ведомым устройствам. Существует две таких команды. Одна переводит ведомые устройства в режим sync (все выходы блокируются в текущем состоянии), другая — переводит в режим freeze (все входы блокируются в текущем состоянии). Вывод из этих режимов происходит с помощью команд unsync и unfreeze соответственно.
В дополнение к данной системе передачи, существуют расширенные DP функции, которые позволяют производить ациклическое чтение и запись параллельно циклической передаче данных.
3.2 Profibus FMS
PROFIBUS FMS — протокол предназначен в основном для связи программируемых контроллеров друг с другом и станциями оператора. Он используется в тех областях, где высокая степень функциональности более важна нежели чем быстрое время реакции системы.
При связи через FMS используются отношения типа клиент-сервер. Клиент является процессом приложения, который в качестве заказчика услуги обращается к объектам. Сервер является исполнителем услуги «Объекты».
В распоряжение клиенту предоставляются объекты связи. В качестве примера устройств, соединенных по FMS протоколу можно взять из оборудования фирмы Сименс — SIMATIC S7 c FMS-CP или, например, SIMATIC S5 c CP 5431FMS. Очень часто используется комбинированный режим работы устройств PROFIBUS FMS и PROFIBUS DP, в этом случае между мастерами и ведомыми устройствами используется протокол DP, а между самими мастерами протокол FMS:
Основная нагрузка в протоколе FMS приходится на уровень приложений. Им предоставляются коммуникационные службы, которые могут использоваться непосредственно пользователем, которые отвечают за выполнение запросов в системе клиент-сервер . Коммуникационная модель PROFIBUS FMS допускает объединение распределенных процессов приложений в общий процесс с использованием коммуникационных связей. Часть процесса приложения в полевом устройстве, которая может быть достигнута через коммуникацию называется виртуальным полевым устройством VFD. В нем находится словарь так называемых коммуникационных объектов, через которые и происходит связь между устройствами с помощью служб. Словарь содержит описание, структуру и типы данных, а также связи между адресами внутреннего устройства коммуникационных объектов и их назначение на шине (индекс/имя).
Более подробно, словарь состоит из следующих объектов:
· заголовок - информация по структуре словаря
· список статических типов данных - список поддерживаемых статических типов данных
· словарь статических объектов в нем - все статические коммуникационные объекты
· динамический список списка переменных - список всех списков переменных
· динамический список программ - список всех программ
В настоящее время применение протокола PROFIBUS FMS сокращается, в связи с переходом к Промышленный Ethernet и PROFInet.
Однако спецификации FMS стали частью стандарта FOUNDATION Fieldbus и используются в нём.
3.3 ProfibusPA
PROFIBUS PA (Process Automation) — промышленная сеть, служит для соединения систем автоматизации и систем управления процессами с полевыми устройствами (например, датчиками давления, температуры и уровня). Может использоваться для аналоговой (от 4 до 20 мА) технологии. Profibus PA использует основные Profibus DP функции передачи измеренных величин и состояния контроллера, а также расширенные функции PROFIBUS DP для параметризации и операций с полевыми устройствами.
4. Примеры использования
4.1 Примеры электрической сети PROFIBUS
Характеристики:
· Высококачественный сетевой кабель.
· Передача данных по RS 485 в соответствии с EIA.
· Магистральная топология с подключением станций через сетевые терминалы и сетевые соединители.
· Метод передачи данных IEC 61158-2 в зонах повышенной опасности.
· Согласование DP (кодирование с использованием дифференциальных сигналов напряжения RS 485) и PA (кодирование с использованием сигналов силы тока) каналов связи с помощью соответствующей аппаратуры (модулей и соединителей DP/PA связи).
· Концепция однородных способов монтажа и заземления.
· Простота монтажа.
4.2 Пример оптической сети PROFIBUS
Оптические каналы связи обладают целым рядом преимуществ по сравнению с электрическими каналами:
· Нечувствительность к воздействию электромагнитных помех.
· Широкий спектр возможных применений.
· Гальваническая изоляция.
· Возможность применения пластиковых, PCF и стеклянных оптоволоконных кабелей.
4.3 Пример беспроводного решения для PROFIBUS
Инфракрасные каналы используются для организации беспроводной связи и позволяют передавать данные на расстояние до 15м. Такие каналы являются наиболее эффективным решением для обмена данными с аппаратурой, расположенной на подвижных частях технологического оборудования. Скорость передачи данных может достигать 1.5Мбит/с. Для передачи данных по инфракрасным каналам применяются модули ILM (Infrared Link Module – инфракрасный модуль связи).
4.4 Пример доступ к сетям PROFIBUS по Ethernet
Преимущества:
-Одновременный доступ нескольких приложений к сети PROFIBUS
-Фактический стандарт для параметризации устройств независимо от производителя или класса устройства
-Возможность выбора необходимого количества каналов PROFIBUS
-Одновременный доступ к данным уже функционирующих систем
управления
-Быстрая интеграция в систему благодаря открытому
пользовательскому интерфейсу и OPC-серверу
-Многочисленные примеры использования для различных сред
разработки и языков программирования
-Возможность адаптации для оптимальной интеграции в конкретную среду
Список использованных источников
1. Мир компьютерной автоматизации. Журнал ( http://www.mka.ru/?p=40754)
2. Каталог продуктов Siemens (http://siemens.el-complex.com)
3. Средства и системы компьютерной автоматизации (http://www.asutp.ru/?p=600012)
4. Википедия (http://ru.wikipedia.org/wiki/PROFIBUS )
5. Profibus. Краткий обзор (http://plc4good.org.ua/view_post.php?id=39 )