Przemysłowe Sieci Informatyczne (PSI)

Systemy Czasu Rzeczywistego (SCR)

Sie

ć

PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

Sie

ć

PROFIBUS

1

Politechnika Gdańska

Wydział Elektrotechniki i Automatyki

Kierunek: Automatyka i Robotyka

Studia stacjonarne I stopnia: rok II, semestr IV

Opracowanie:

dr inż. Tomasz Rutkowski

Katedra Inżynierii Systemów Sterowania

Sieci przemysłowe -

- przypomnienie – cechy charakterystyczne

Ograniczony,

deterministyczny

czas

przekazywania

komunikatów

Wysoka

efektywność

przenoszenia

dużej

liczby

krótkich komunikatów

©

PSI/SCR 2012

krótkich komunikatów

Łatwość dołączania urządzeń

Wysoka niezawodność

Zdolność tolerowania błędów i awarii

Zabezpieczenie przed nieupoważnionym dostępem

2

Przypomnienie

– Układ sterowania cyfrowego - SISO

©

PSI/SCR 2012

3

SCR – np. komputer przemysłowy

(a)

(c)

Przypomnienie – struktura scentralizowana

©

PSI/SCR 2012

4

Ź

ródło: www.profibus.com

Przypomnienie

– Układ rozproszonego sterowania cyfrowego - SISO

(a)

S

IE

Ć

A

©

PSI/SCR 2012

5

SCR – np. komputer przemysłowy

(c)

S

IE

Ć

B

Przypomnienie

– Układ rozproszonego sterowania cyfrowego - SISO

(a)

S

IE

Ć

©

PSI/SCR 2012

6

SCR – np. komputer przemysłowy

(c)

S

IE

Ć

Przypomnienie

– Układ rozproszonego sterowania cyfrowego - SISO

©

PSI/SCR 2012

7

Przypomnienie – struktura rozproszona

©

PSI/SCR 2012

8

Ź

ródło: www.profibus.com

Sieć PROFIBUS

- Wprowadzenie -

©

PSI/SCR 2012

- Wprowadzenie -

9

PROFIBUS – co to jest ?

Jest to typ sieci przemysłowej, nazywanej również
miejscową lub polową (ang. fieldbuse, devicebus)

Przeznaczona

do

wykorzystania

w

rozproszonych

systemach sterowania i nadzoru

Przeznaczona dla aplikacji krytycznych czasowo (sieć
przemysłowa czasu rzeczywistego)

©

PSI/SCR 2012

przemysłowa czasu rzeczywistego)

Charakteryzuje się otwartą i standardową technologią
komunikacyjną

Pozwala

zrealizować

transmisję

poprzez

wiele

technologii komunikacyjnych

Posiada strukturę modułową

Zapewnia

narzędzia

do

obsługi

i

parametryzacji

urządzeń

10

PROFIBUS – co to jest ?

Pozwala

połączyć

odmienne

pod

względem

funkcjonalności i architektury urządzenia pochodzące
od różnych producentów

Węzłami sieci mogą być np.:

urządzenia wejść/wyjść analogowych i cyfrowych

urządzenia pomiarowe

©

PSI/SCR 2012

urządzenia pomiarowe

urządzenia wykonawcze

sterowniki PLC i PAC

komputery przemysłowe

panele operatorskie

Zapewnia

efektywne

przekazywanie

dużej

ilości

krótkich informacji, zachowując determistyczny czas
przesyłania danych (real-time w strukturze master-
slave)

11

Sieć PROFIBUS - historia

W 1987 w Niemczech, 21 przedsiębiorstw oraz instytucji, pod
„skrzydłami”

Simensa, rozpoczyna

pracę

nad

wspólnym

projektem mającym na celu „utworzenie sieci cyfrowej która
byłaby standardem dla rozproszenia sieci polowych”

W

krótkim

czasie

powstaje

specyfikacja

protokołu

komunikacyjnego PROFIBUS FMS (ang. Fieldbus Message

©

PSI/SCR 2012

komunikacyjnego PROFIBUS FMS (ang. Fieldbus Message
Specification)

W

1993

opracowano

protokół

PROFIBUS

DP

(ang.

Decentralized Periphery) w założeniu prostrzego i szybszego od
poprzedniego

Obecnie protokół PROFIBUS DP jest dostępny w trzech
wersjach DP-V0, DP-V1 i DP-V2

12

Sieć PROFIBUS – pozycja na rynku

23.3 Mio.

PROFIBUS

Nodes

20 Mio.

30 Mio.

18.8 Mio.

25 Mio.

28.3 Mio.

In 2007:

4.5 Mio

Nodes !

In 2008:

5 Mio

Nodes !

©

PSI/SCR 2012

13

5 Mio.

10 Mio.

15 Mio.

Time

1990

2000

2004

1999

1994

2007

2008

Ź

ródło: www.profibus.com

Sieć PROFIBUS

- a standardy międzynarodowe

Norma

DIN

19254

(1991/1993)

„Profibus

standard,

Proces Field Bus”

Norma

EN

50170

(1996)

„Profibus

standard,

Proces Field Bus”

Norma IEC 61158 (1999) „Digital Data Communication

©

PSI/SCR 2012

Norma IEC 61158 (1999) „Digital Data Communication

for Measurement and Control – Fieldbus for
Use in Industrial Control Systems”

Norma IEC 61784 - „Profile Sets for Continuous and

Discrete Manufacturing Relative to
Fieldbus Use in Industrial Control Systems“

14

Sieć PROFIBUS

- wersje sieci i protokoły

PROFIBUS FMS (ang. Fieldbus Message Specification)

Protokół FMS przeznaczony jest do wzajemnej komunikacji na
poziomie

sterowania

jednostek

centralnych

PLC

i

komputerów PC – poprzednik protokołu PROFIBUS DP.

©

PSI/SCR 2012

komputerów PC – poprzednik protokołu PROFIBUS DP.

Urządzenia

sprzętowe

złożone

i

relatywnie

drogie

w

implementacji.

Standard obecnie nierozwijany

15

Sieć PROFIBUS

- wersje sieci i protokoły

PROFIBUS DP (ang. Decentralized Perhipals)

Protokół DP jest prostym, szybkim i deterministycznym
protokołem wymiany danych pomiędzy stacją master a
określoną stacją slave.

Typowo transmisja w technologii RS-485.

©

PSI/SCR 2012

Typowo transmisja w technologii RS-485.

DP-V0 i DP-V1 pozwalają na cykliczną i acykliczną wymianę
danych pomiędzy stacjami master i slave.

DP-V2 pozwala na komunikację slave-to-slave (tryb producent-
konsument) w trybie izohronicznym (synchronizacja stacji
niezależnie od obciążenia sieci).

Do komunikacji pomiędzy sterownikami, czujnikami, napędami
itp. , zazwyczaj poza strefą procesową.

16

Sieć PROFIBUS

- wersje sieci i protokoły

PROFIBUS PA (ang. Process Automation)

Możliwość

stosowania

w

środowiskach

zagrożonych

wybuchem, komunikacja z urządzeniami takimi jak czujniki
temperatury czy ciśnienia (wolnozmienne wartości fizyczne).

Stała prędkość transmisji 31,25 kbit/s (wolniej niż PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

Stała prędkość transmisji 31,25 kbit/s (wolniej niż PROFIBUS
DP).

Kontrola błędów przez sumę kontrolną CRC (brak bitów
startu, stopu, kontroli parzystości)

Technologia transmisji:

RS-485-IS (technologia RS-485 przystosowana do zastosowania w
strefie wybuchu) oparta na czterech przewodach,

lub MBP-IS (ang. Manchester Coded, Bus Powered) przystosowana
do zasilania poprzez sieć.

D

17

Sieć PROFIBUS

- profile

Profil

stanowi

dla

producenta

jak

i

użytkownika

specyfikację właściwości, parametrów oraz zachowania
się urządzeń i systemów w sieci

©

PSI/SCR 2012

się urządzeń i systemów w sieci

Profile

definiują

parametry

oraz

zachowanie

się

urządzenia i systemów, które należą do danego profilu

18

Warstwowy model

Sieci PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

Sieci PROFIBUS

19

7. Aplikacji (Program)

6. Prezentacji

5. Sesji

7. Aplikacji (Program)

6. Prezentacji

5. Sesji

Nadajnik

Odbiornik

Interfejs dla aplikacji (programów), usługi
niezależny od specyfikacji sieci

Interpretacja danych przekazywanych w sieci
(zmiana formatu danych)

Organizacja współpracy elementów sieci:
tworzenie i anulowanie połączenia

Zastosowanie warstwy

Sieć PROFIBUS

- a Model referencyjny ISO/OSI

©

PSI/SCR 2012

Medium transmisji

4. Transportowa

3. Sieciowa

2. Łącza danych

(liniowa)

1. Fizyczna

4. Transportowa

3. Sieciowa

2. Łącza danych

(liniowa)

1. Fizyczna

Optymalne przekazywanie danych z warstwy
sesji, podział na pakiety o akceptowalnej długości

Ustalenie drogi przekazywania pakietów, kontrola
poprawności odbioru pakietów przez adresata

Mechanizm dostępu do kabla, def. ramki, zamiana
komunikatu na ciąg bitów, poprawność przekazu

Definiuje mechanizmy przesyłania pojedynczych
bitów

7. Aplikacji (Program)

6. Prezentacji

5. Sesji

7. Aplikacji (Program)

6. Prezentacji

5. Sesji

Nadajnik

Odbiornik

Sieć PROFIBUS

- a Model referencyjny ISO/OSI

Definicja sieci PROFIBUS

obejmuje warstwy:

-fizyczn

ą

,

- liniow

ą

,

©

PSI/SCR 2012

Medium transmisji

4. Transportowa

3. Sieciowa

2. Łącza danych

(liniowa)

1. Fizyczna

4. Transportowa

3. Sieciowa

2. Łącza danych

(liniowa)

1. Fizyczna

- liniow

ą

,

- aplikacyjn

ą

.

Zatem trzy warstwy

z siedmiowarstwowego

modelu ISO

Warstwa fizyczna odpowiada za dopuszczalny
rozmiar sieci oraz szybkość transmisji danych

Warstwa liniowa określa rozmiar przekazywanych
w

sieci

komunikatów

oraz

decyduje

o

Sieć PROFIBUS

- a Model referencyjny ISO/OSI

©

PSI/SCR 2012

w

sieci

komunikatów

oraz

decyduje

o

determinizmie przekazywanych komunikatów

Opcjonalna warstwa aplikacji dostarcza usług, które
powiązane są z rodzajami operacji jakie mogą być
wywołane przez programy użytkowe

22

Sieć PROFIBUS

- a Model referencyjny ISO/OSI

Warstwa aplikacyjna jest opcjonalna

Użytkownicy

(wykonywane

programy)

mogą

©

PSI/SCR 2012

Użytkownicy

(wykonywane

programy)

mogą

korzystać z sieci wywołując:

usługi warstwy liniowej

lub usługi warstwy aplikacyjnej

23

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

5. Sesji

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

5. Sesji

Sieć PROFIBUS

- a Model referencyjny ISO/OSI

Usługi warstwy aplikacji

Usługi warstwy aplikacji

©

PSI/SCR 2012

Medium transmisji

4. Transportowa

3. Sieciowa

2. Łącza danych

(FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna

(PHY)

4. Transportowa

3. Sieciowa

2. Łącza danych

(FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna

(PHY)

Usługi warstwy liniowej

Usługi warstwy liniowej

Sieć PROFIBUS

- a Model referencyjny ISO/OSI

Usługi warstwy liniowej:

niezawodne przekazanie komunikatu z odpowiedzią lub
potwierdzeniem odbioru

przekazanie komunikatu bez potwierdzenia

©

PSI/SCR 2012

Usługi warstwy aplikacyjnej:

udostępniają obiekty programowe zdefiniowane w innych
węzłach sieci (zmienne, zdarzenia, programy)

umożliwiają bezpołączeniowe przekazywanie wartości
zmiennych i zdarzeń do odbiorców w wielu węzłach

25

Warstwowa struktura

Sieci PROFIBUS DP

©

PSI/SCR 2012

Sieci PROFIBUS DP

26

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

5. Sesji

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

5. Sesji

Warstwowa struktura

- Sieci PROFIBUS DP

Program

Program

Model OSI/ISO sieci PROFIBUS DP definiuje jedynie sprzęg
(odwzorowanie łącza) programu z usługami warstwy liniowej

Funkcje odwzorowania łącza wykonywane są bezpołączeniowo

Nie wprowadza się dodatkowej warstwy funkcjonalnej i jej protokołu

©

PSI/SCR 2012

Medium transmisji

4. Transportowa

3. Odwzorowanie

łącza (DDLM)

2. Łącza danych (FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna (PHY)

4. Transportowa

3. Odwzorowanie

łącza (DDLM)

2. Łącza danych (FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna (PHY)

Program

u

ż

ytkownika

Program

u

ż

ytkownika

Media transmisji

w sieci PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

w sieci PROFIBUS

28

Media transmisji

- w sieci PROFIBUS

Ekranowane

przewody

miedziane

(ekranowana

skrętka):

wykorzystywane w standardzie transmisji RS485 (zasadniczo
prosty i stosunkowo tani w implementacji)

najczęściej wykorzystywany do zadań gdzie wymagana jest
duża prędkość transmisji

©

PSI/SCR 2012

duża prędkość transmisji

Kabel światłowodowy:

odporny na zakłócenia elektromagnetyczne,

umożliwia transmisję na bardzo duże odległości (do 3km)

w sieciach tego typu wykorzystuje się konwertery sygnału
elektrycznego

na

optyczny

(umożliwia

równoczesne

wykorzystanie

standardu

transmisji

RS485

w

jednej

instalacji)

29

Warstwa fizyczna

sieci PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

sieci PROFIBUS

30

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji RS-485

Podstawowa

definicja

warstwy

fizycznej

opiera

się

na

specyfikacji RS-485

Podstawową strukturą sieci jest liniowy segment kabla
(zakończony po obydwu stronach terminatorem)

Maksymalna długość segmentu zależy od szybkości transmisji i
jakości kabla

©

PSI/SCR 2012

Maksymalna długość segmentu zależy od szybkości transmisji i
jakości kabla

Maksymalna liczba węzłów sieci, które mogą być podłączone
do tego samego segmentu zależy od elektrycznej specyfikacji
technologii RS-485 (mks. do 32 lub do 126 węzłów w
segmencie)

31

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji RS-485

*

©

PSI/SCR 2012

32

* dla standardu PROFIBUS DP

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji RS-485

Parametry elektryczne interfejsu RS-485

©

PSI/SCR 2012

33

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji RS-485

Sygnały na zł

ą

czu PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

34

Bity danych przekazywane w sieci kodowane s

ą

napi

ę

ciem ró

ż

nicowym pomi

ę

dzy

liniami RxD/TxD-P a RxD/TxD-N. Dodatnie napi

ę

cie mi

ę

dzy nimi oznacza 1,

a ujemne 0. Stan spoczynkowy linii zapewniaj

ą

terminatory i jest to 1.

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji RS-485

Okablowanie i terminator interfejsu RS-485

©

PSI/SCR 2012

35

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji przez światłowód

©

PSI/SCR 2012

36

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- technologia transmisji RS-485

Sieć można budować z wielu segmentów łącząc je
wykorzystując

wzmacniacze

linii

–

powtarzacze

(ang. repeater)

Pomiędzy dwoma dowolnymi węzłami nie może
znajdować się więcej niż trzy powtarzacze – oznacza

©

PSI/SCR 2012

znajdować się więcej niż trzy powtarzacze – oznacza
to ograniczenie do czterech segmentów w sieci o
strukturze magistrali lub większej liczby segmentów
połączonych w strukturze gwiazdy

37

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- podstawowe struktury sieci

Topologia magistrali

©

PSI/SCR 2012

38

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- podstawowe struktury sieci

Topologia drzewa

©

PSI/SCR 2012

39

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

- podstawowe struktury sieci

Topologia gwiazdy

©

PSI/SCR 2012

40

Warstwa fizyczna sieci PROFIBUS

Niezależnie od sposobu realizacji, warstwa fizyczna
(PHY) komunikuje się z warstwą liniową (FDL) za
pomocą dwóch operacji:

PHY_DATA request – żądanie nadania bitu skierowane
przez warstwę liniową do warstwy fizycznej

©

PSI/SCR 2012

przez warstwę liniową do warstwy fizycznej

PHY_DATA indication – informacja skierowana przez
warstwę fizyczną do warstwy liniowej o odebraniu bitu

41

Warstwa liniowa

sieci PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

sieci PROFIBUS

42

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS –

wprowadzenie

Węzły sieci dzieli się na:

nadrzędne (ang. master) – mogą nadawać komunikaty z
własnej inicjatywy

podrzędne (ang. slave) – mogą odpowiadać na zapytania
węzłów nadrzędnych

W każdej chwili sieć jest nadzorowana przez jeden

©

PSI/SCR 2012

W każdej chwili sieć jest nadzorowana przez jeden

z węzłów nadrzędnych

Prawo nadzorowania sieci (utożsamiane z umownym

znacznikiem) jest przekazywane cyklicznie pomiędzy
wszystkimi węzłami nadrzędnymi

Każdy węzeł może przetrzymywać znacznik przez

ograniczony odcinek czasu ∆t

43

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

Wszystkie

węzły

sieci

są

identyfikowane

numerycznymi adresami z zakresu 0…126

Adres 127 jest zarezerwowany jako adres rozgłaszania

©

PSI/SCR 2012

Adres 127 jest zarezerwowany jako adres rozgłaszania

Węzły nadrzędne przekazują sobie znacznik zgodnie z

kolejnością rosnących adresów

Tylko węzeł o najwyższym adresie może przekazać
znacznik do węzła o najniższym adresie

44

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

Najważniejsze parametry czasowe:

T

SET

- czas reakcji węzła, czas zwłoki od chwili wystąpienia

zdarzenia w sieci (np. zakończenia komunikatu) do wykonania
przez węzeł związanej z tym zdarzeniem akcji (np.
odblokowania odbiornika)

T

QUI

- czas ustalania się stanu sieci po nadaniu komunikatu, w

©

PSI/SCR 2012

T

QUI

- czas ustalania się stanu sieci po nadaniu komunikatu, w

tym czasie węzły nie mogą nadawać ani odbierać komunikatu

T

SDR

- czas zwłoki, odstęp czasowy między rozpoczęciem

nadawania komunikatu odpowiedzi a zakończeniem
komunikatu akcji (min T

SDR

>T

QIU

)

- T

SL

- czas przerwy, maksymalny czas, przez który nadawca

komunikatu akcji oczekuje na odebranie pierwszego bajtu
odpowiedzi

45

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– pierścień obiegu znacznika

Przekazywanie znacznika zrealizowane jest:

w oparciu o cztery parametry:

TS (ang. This Station) – adres własny, nadany w trakcie
konfiguracji

PS (ang. Previous Station) – adres poprzednika

©

PSI/SCR 2012

PS (ang. Previous Station) – adres poprzednika

NS

(

ang. Next Station)

– adres następnika

LAS

(ang. List of Active Stations)

– lista adresów węzłów

nadrzędnych

46

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– wykonanie transakcji

Każda transakcja zaczyna się komunikatem akcji, po

wysłaniu którego węzeł oczekuje pewien czas na
uzyskanie odpowiedzi

Odebranie

odpowiedzi

oznacza

zakończenie

transakcji

Brak odpowiedzi powoduje powtórzenie komunikatu

©

PSI/SCR 2012

Brak odpowiedzi powoduje powtórzenie komunikatu

akcji i oczekiwanie na odpowiedź

Liczba powtórzeń jest parametrem konfiguracji sieci

Węzeł może wykonać jedną transakcję priorytetową

Każdy węzeł nadrzędny mierzy czas jaki upłynął od chwili ostatniego otrzymania

znacznika (T

RR

), następnie oblicza różnicę pomiędzy skonfigurowanym czasem

obiegu znacznika (T

TR

),

T

TH

=T

TR

- T

RR

. Czas ten może wykorzystać na dalsze

transakcje

47

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– rodzaje transakcji

Każdy

węzeł

nadrzędny

odpytywuje

cyklicznie

współpracujące z nim węzły podrzędne i nadrzędne

Procesem

tym

steruje

lista

odpytywania

konfigurowana przez użytkownika

Lista ta zawiera adresy węzłów i numery portów do

odpytania

©

PSI/SCR 2012

odpytania

Transakcje odpytywania są transakcjami o niskim

priorytecie

Transakcje sporadyczne mogą mieć priorytet niski lub

wysoki

48

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– dodawanie i usuwanie węzłów

Procedura dodawania i usuwania węzłów polega na

okresowym wysyłaniu przez każdy węzeł nadrzędny
zapytań pod kolejne niewykorzystane adresy

Proces ten odbywa się w tempie jednego zapytania na

G (parametr konfigurowalny) obiegów znacznika

©

PSI/SCR 2012

49

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– inicjalizacja pierścienia obiegu znacznika

Tryb

normalnej

pracy

sieci

to

przekazywanie

komunikatów, znacznika i danych

Sieć pozostaje bezczynna w przypadku inicjalizacji lub

po zgubieniu znacznika

Każdy węzeł nadrzędny obserwuje stan sieci

©

PSI/SCR 2012

Każdy węzeł nadrzędny obserwuje stan sieci

Po przekroczeniu czasu przeterminowania T

TO

(różny

dla każdego węzła – związany z adresem węzła) węzeł
uznaje się za posiadacza znacznika i rozpoczyna
inicjalizację pierścienia obiegu znacznika

T

TO

= (6 + 2 *TS)* T

SL

50

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– planowanie obciążenia sieci

Minimalną długość cyklu obiegu znacznika można

wyznaczyć z następującego wzoru:

T

TR

= n*(T

TC

+ T

MCh

) + k* T

MCi

+ m* T

MCr

©

PSI/SCR 2012

n – liczba węzłów nadrzędnych
k – przewidywana liczba transakcji niepriorytetowych
m – przewidywana liczba powtórzeń transakcji
T

TC

– czas przekazania znacznika

T

MC

– czas trwania transakcji priorytetowej (h), niepriorytetowej (i), powtórzenia (r)

51

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół komunikacyjny

Warstwa liniowa przekazuje komunikaty nadawane i
odbierane przez użytkowników różnych węzłów za
pośrednictwem portów

Każdy port zawiera zestaw buforów, do których

©

PSI/SCR 2012

52

Każdy port zawiera zestaw buforów, do których
zapisywane są dane przenoszone przez komunikaty
sieciowe

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół komunikacyjny

W

ę

zeł nadrz

ę

dny

W

ę

zeł podrz

ę

dny

Port 1

Port 2

wy we wy we

Port 1

Port 2

wy we wy we

program B

program A

partner programu A

program D

©

PSI/SCR 2012

53

Etap 1

Etap 2

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół komunikacyjny

Znak komunikatu

©

PSI/SCR 2012

54

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół dostępu do kabla

– inicjalizacja pierścienia obiegu znacznika

Protokół

komunikacyjny

zawiera

pięć

rodzajów

komunikatów sieciowych:

1.

SD1 – przenosi polecenia zakodowane w znaku FC i

nie zawiera danych

2.

SD2 – komunikat z polem danych o zmiennej

długości, zapisanej w znakach LE i LEr

©

PSI/SCR 2012

długości, zapisanej w znakach LE i LEr

3.

SD3 – komunikat z polem danych o długości 8

bajtów

4.

SD4

–

komunikat

przenoszący

znacznik

przekazywany następnemu węzłowi w pierścieniu
obiegu znacznika

5.

SD5 – jednoznakowy komunikat potwierdzenia

55

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół komunikacyjny

Struktura komunikatów sieciowych

Polecenie

Stała długo

ść

danych

SD1

DA

SA

FC

FCS

ED

SD3

DA

SA

FC

DANE

FCS

ED

©

PSI/SCR 2012

56

Zmienna długo

ść

danych

Potwierdzenie

Znacznik

SD – ogranicznik pocz

ą

tkowy; ED – ogranicznik ko

ń

cowy; FCS – suma kontrolna

DA – adres w

ę

zła odbiorcy; SA – adres w

ę

zła nadawcy; FC – znak steruj

ą

cy

Ł

ą

czna długo

ść

komunikatu nie mo

ż

e przekroczy

ć

255 znaków

SD2

LE

LEr

DA2

DA

SA

FC

DANE

FCS

ED

SD5

SD4

DA

SA

Warstwa liniowa sieci PROFIBUS

- protokół komunikacyjny

Ramka protokołu komunikacyjnego

M

A

S

T

E

R

D

P

S

L

A

V

E

D

P

Komunikat akcji (SRD - request)

SYN

SD2

LE

LEr

DA2

DA

SA

FC

DANE

FCS

ED

Nagłówek

DANE WYJŚCIOWE

Stopka

©

PSI/SCR 2012

57

SYN – czas synchronizacji

M

A

S

T

E

R

D

P

S

L

A

V

E

D

P

Komunikat odpowiedzi (SRD - response)

Nagłówek

DANE WYJŚCIOWE

Stopka

ED

FCS

DANE

FC SA

DA

DA2

LEr

LE

SD2

Stopka

DANE WEJŚCIOWE

Nagłówek

Usługi Warstwy Liniowej

sieci PROFIBUS

©

PSI/SCR 2012

sieci PROFIBUS

58

Usługi warstwy liniowej sieci PROFIBUS

Warstwa liniowa realizuje cztery podstawowe usługi:

1. Wysyłanie danych z potwierdzeniem – SDA

(ang. Send Data with Acknowledge)

2. Wysyłanie danych bez potwierdzenia – SDN

(ang. Send Data with No acknowledge)

©

PSI/SCR 2012

59

(ang. Send Data with No acknowledge)

3. Wysyłanie danych i odebranie odpowiedzi – SRD

(ang. Send and Request Data with reply)

4. Cykliczne wysyłanie danych i odbieranie odpowiedzi –

CSRD

(ang. Cyclic Send and Request Data with reply)

Uszczegółowienie

specyfikacji dla

Sieci PROFIBUS DP

©

PSI/SCR 2012

Sieci PROFIBUS DP

60

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

Warstwowa struktura

- Sieci PROFIBUS DP

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

7. Aplikacji (Program)

(FMS)

6. Prezentacji

Program

u

ż

ytkownika

Program

u

ż

ytkownika

W sieciach PROFIBUS DP wyróżnia się trzy podstawowe

rodzaje węzłów:

Program

u

ż

ytkownika

W

ę

zeł nadrz

ę

dny DP

II rodzaju

W

ę

zeł nadrz

ę

dny DP

I rodzaju

W

ę

zeł podrz

ę

dny DP

©

PSI/SCR 2012

6. Prezentacji

5. Sesji

4. Transportowa

3. Odwzorowanie

łącza (DDLM)

2. Łącza danych (FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna (PHY)

6. Prezentacji

5. Sesji

4. Transportowa

3. Odwzorowanie

łącza (DDLM)

2. Łącza danych (FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna (PHY)

6. Prezentacji

5. Sesji

4. Transportowa

3. Odwzorowanie

łącza (DDLM)

2. Łącza danych (FDL)

(liniowa)

1. Fizyczna (PHY)

u

ż

ytkownika

u

ż

ytkownika

u

ż

ytkownika

Sprzęg użytkownika

(slave)

Sprzęg użytkownika

(slave)

Warstwowa struktura

- Sieci PROFIBUS DP

Struktura sieci PROFIBUS DP może zawierać wiele węzłów
nadrzędnych I rodzaju oraz opcjonalnie węzeł nadrzędny II
rodzaju (pracujący jako programator sieci lub stacja
konfiguracyjno-diagnostyczna)
Do funkcji odwzorowania łącza użytkownik ma dostęp tylko w
przypadku programowania węzła II rodzaju

©

PSI/SCR 2012

62

przypadku programowania węzła II rodzaju
Wszystkie funkcje służące do komunikacji węzłów nadrzędnych
mogą być wywoływane tylko przez węzeł nadrzędny II rodzaju,
któremu węzeł nadrzędny I rodzaju może wyłącznie odpowiadać
Niemożliwa jest komunikacja między węzłami nadrzędnymi tego
samego typu
Sprzęg użytkownika w węźle nadrzędnym I rodzaju oraz w
węzłach podrzędnych obejmuje stały zbiór aplikacji

Warstwowa struktura

- Sieci PROFIBUS DP

Program u

ż

ytkownika

Dane

wej

ś

ciowe

Dane

wyj

ś

ciowe

Dane

diagnostyczne

Parametry

sieci

Parametry

W

ę

złów

biernych

Funkcje

©

PSI/SCR 2012

63

Sprz

ę

g u

ż

ytkownika

Funkcje odwzorowania ł

ą

cza

Warstwa fizyczna

Warstwa ł

ą

cza danych (liniowa)

wej

ś

ciowe

wyj

ś

ciowe

diagnostyczne

sieci

biernych

Warstwowa struktura

- Sieci PROFIBUS DP

Prawo nadawania i odbierania komunikatów przez określony
czas posiada węzeł nadrzędny który w danej chwili przejął
umowny znacznik
Wymagania odnośnie szybkości transmisji ograniczają do trzech
liczbę węzłów nadrzędnych DP (podsieci DP), pracujących na
wspólnym kablu

©

PSI/SCR 2012

64

wspólnym kablu
Każdy węzeł podrzędny DP może być odpytywany tylko przez
jeden nadrzędny węzeł DP
Podstawowym trybem pracy sieci jest bardzo szybka, cykliczna
wymiana danych między węzłem nadrzędnym i węzłami
podrzędnymi

Warstwowa struktura

- Sieci PROFIBUS DP

©

PSI/SCR 2012

65

Ź

ródło: www.profibus.com

BIBLIOGRAFIA

Sacha K. Sieci miejscowe PROFIBUS. Mikom, Warszawa 1998
PROFIBUS PNO. PROFIBUS Technologie i Aplikacje, 2004

©

PSI/SCR 2012

66

Dziękuję za uwagę !!!

©

PSI/SCR 2012

Dziękuję za uwagę !!!

67