Учебное пособие по интерфейсам систем промышленной автоматизации, страница 31

Модули соединяются с отдельными участниками или сегментами шины через интерфейс RS-485 (рис. 4.22);22.Рис. 4.22. Пример шинной конфигурации с OLM-техникой• модуль подключения к световоду (OLP, Optic Link Plug). С помощью модулей OLP можно соединять друг с другом оптическим волокном пассивных участников сети – ведомых устройств (Slave). Модули OLP подключаются прямо надевятиштырьковый разъём узла. Питание OLP-модуля осуществляется черезразъём узла. Как видно из рис. 4.23, для подключения активных участников шины– ведущих устройств (Master) к OLP-кольцу всегда используется OLM.23.Рис.

4.23. Оптическое кольцо с OLP-техникой155• интегрированное LWL-подключение (Licht Wellen Leiter, световолновод,нем.). Прямое подключение участников PROFIBUS к световоду. Возможно у приборов со встроенным LWL-входом.Физический уровень для PAВ PROFIBUS-PA используется стандарт передачи МЭК 1158-2, что позволяетиспользовать сеть PROFIBUS-PA во взрывоопасной зоне.

Питание узлов сетиосуществляется прямо через шину. Для передачи данных используется битсинхронизированный с манчестерским кодированием протокол передачи (обозначается также как H1). При передаче данных с помощью манчестерского кода логический нуль передаётся как смена фронта с «0» на «1», а логическая единица –как смена фронта с «1» на «0». Данные передаются с помощью модуляции+/–9 мА тока шины.Скорость передачи составляет 31,25 кбит/c. В качестве среды передачи используется витой экранированный или неэкранированный провод. Шина(рис.

4.24), состоит из сегментов, к которым подключены узлы, сегменты замкнуты на RC-цепочки. К сегменту шины PA может быть подключено максимум 32участника. Максимальная длина сегмента сильно зависит от применяемого источника питания, типа провода и потребления тока подключенными участниками.24.Рис. 4.24. Структура шинного сегмента PAВ качестве среды передачи для PROFIBUS-PA применяется двухжильныйкабель, технические данные которого не установлены/не нормированы. Использование рекомендуемого в DIN 61158-2 типа кабеля (тип А) позволяет построитьсеть с максимальной длиной 1900 м.Уровень канала данных для PROFIBUSСогласно модели ВОС на втором уровне реализуется управление доступом кшине, обеспечивается надёжность передачи данных, выполняется формирование156сообщений.

Канальный уровень обозначается в PROFIBUS как FDL-уровень(Fieldbus Data Link). На канальном уровне PROFIBUS используется несколько типов сообщений. Форматы сообщений представлены на рис. 4.25. Названия полейсообщений и их назначение описаны в табл.

4.0.а) Формат сообщения с постоянной длиной информационного поляб) Формат сообщения с постоянной длиной информационного блока с даннымив) Формат сообщения с переменной длиной информационного блокаг) Короткое квитирование25.д) Сообщение-маркерРис. 4.25. Формат PROFIBUS-сообщенийЗа счёт использования битов чётности и контрольного байта, при передачеможет быть распознано до трёх ошибочных битов в одном сообщении. Сообщение, в котором обнаружена ошибка, повторяется, по крайней мере, один раз. Имеется возможность повторять сообщения, проходящие по уровню канала данныхдо восьми раз (шинный параметр «Retry»).На канальном уровне PROFIBUS реализуются передачи типа «точка – точка», а также широковещательные передачи (всем участникам сети – Broadcast илигруппе участников сети – Multicast).

В случае широковещательной передачи приём данных не квитируется. Службы, реализованные на канальном уровне, приведены в табл. 4.22. В протоколах DP и PA применяется, соответственно, подмножество служб канального уровня. Так, например, PROFIBUS-DP использует только службы SRD и SDN.15721.Имя поляSC (Single Character)Одиночный символSD1–SD4 (Start Delimiter)Стартовый байтLE/LEr (LEngth)Байты длиныDA (Destination Address)Байт адреса приёмникаSA (Source Address)Байт адреса источникаFC (Frame Control)Байт управлениясообщениемData UnitПоле данныхFCS (Frame Check Sequence)Контрольный байтED (End Delimiter)Оконечный байтПоля PROFIBUS-сообщенийНазначениеИспользуется только для квитирования (SC=E5h)Признак начала сообщения.

Служит для отличия различныхформатов сообщений (SD1=10h, SD2=68h, SD3=A2h,SD4=DCh)Указывают длину информационных полей сообщений спеременной длинойСодержит адрес приёмника сообщенияСодержит адрес источника сообщенияОпределяет, какая служба канального уровня должнаобрабатывать сообщение и приоритет сообщенияСодержит передаваемые данныеСодержит контрольную сумму сообщения, которая образуетсяпутём побайтного сложения без учёта бита переполненияПризнак конца сообщения (ED=16h)22.СлужбаSDASRDSDNCSRDТаблица 4.0.Службы передачи PROFIBUSФункцииПосылка данных с квитированиемДанные посылаются и принимаются с квитированиемДанные посылаются без квитированияЦиклическая посылка и приём с квитированиемТаблица 4.22.DPPAххххFMSххххСлужбы вызываются через точки доступа к службе (SAP, Service AccessPoint) канального уровня из вышестоящего уровня.

В PROFIBUS-FMS эти точкидоступа используются для адресации логических коммуникационных связей. Впротоколах DP и PA применяемые точки доступа строго упорядочены. У всех активных и пассивных участников можно использовать параллельно несколько точек доступа. Различаются точки доступа источника (SSAP, Source Service AccessPoint) и точки доступа приёмника (DSAP, Destination Service Access Point).158Прикладной уровень FMSПрикладной уровень определён только для PROFIBUS-FMS.

С помощьювведения специальных профилей для FMS-устройств, в качестве надстройки кприкладному уровню, обеспечивается возможность единообразного взаимодействия с устройствами разных производителей. В профилях устройств, подключаемых к PROFIBUS-FMS, определён обязательный набор функций, требующийсядля конкретного типа устройств, благодаря чему устройства различных производителей имеют одни и те же коммуникационные функции.

Для FMS определеныследующие профили:• коммуникации между контроллерами (3.002). Этот коммуникационныйпрофиль устанавливает, какие FMS-службы применяются для коммуникаций между PLC. В профиле определены службы, параметры и типы данных, которыедолжен поддерживать каждый ПЛК;• профиль для автоматизации зданий (3.011). Это отраслевой профиль и основа для многих открытых стандартов в автоматизации зданий. Он описывает, какосуществляется обмен, управление, регулирование, обслуживание, обработка иархивирование сигналов (Alarm) в системах автоматизации зданий через FMS;• коммутационные низковольтные приборы (3.032).

Это отраслевой пользовательский FMS-профиль. Он определяет правила обмена данными с низковольтными коммутационными приборами через FMS.Пользовательский интерфейс DP и DP-профилиДля PROFIBUS-DP определён пользовательский интерфейс, который позиционируется как надстройка над моделью ВОС. Протокол PROFIBUS-DP определяет, как передаются данные по шине между участниками. При этом смысл передаваемых по протоколу пользовательских данных протоколом не определяется(поскольку нет прикладного уровня!).

В PROFIBUS-DP также как и в PROFIBUSFMS определён ряд профилей, благодаря чему приборы разных производителеймогут обмениваться информацией. В настоящее время установлены следующиепрофили PROFIBUS-DP:• профиль для управления роботами через PROFIBUS-DP (3.052). Профильпозволяет описать движение и программное управление роботом;• профиль для подключения энкодера (преобразователя угол-код) (3.062).Для энкодеров определены два аппаратных класса основных и дополнительныхфункций, как, например, масштабирование сигналов и расширенная диагностика;• профиль для приводов с регулируемой скоростью – PROFIDRIVE-профиль(3.072). Профиль устанавливает, как приводы параметрируются и передают за-159данные и истинные значения, благодаря этому становится возможным обмен данными с приводами различных производителей;• профиль для управления и наблюдения, HMI (Human Machine Interface)(3.082).

Этот профиль используется при подключении к сети устройств для реализации человеко-машинного интерфейса (операторские панели, персональныекомпьютеры). Профиль устанавливает правила подключения этих устройств черезPROFIBUS-DP к компонентам автоматизации.Управление доступом к шине в PROFIBUSК управлению доступом к шине PROFIBUS предъявляются два существенных требования. С одной стороны для надёжных коммуникаций между равноправными ПЛК и/или ПК необходимо, чтобы каждый участник в течение определённого временнóго окна получал доступ к шине для решения своих коммуникационных задач.С другой стороны для обмена данными между ПЛК или ПК и простой децентрализованной периферией требуется быстрый обмен данными с возможно малыми издержками протокола. Это достигается благодаря использованию гибридногоуправления доступом к шине, состоящим из децентрализованного обмена маркером между активными участниками (Master-ами) и централизованного обменаMaster-Slave для обмена данными между активными и пассивными участникамишины PROFIBUS.Активный участник, который владеет маркером, берёт на себя функции мастера на шине, чтобы проводить коммуникации с пассивными и активными участниками.Обмен сообщениями по шине происходит при этом через адресацию участников.

Каждому PROFIBUS-участнику назначается однозначный адрес. Адрес назначается из области от 0 до 126. При этом максимальное число участников, находящихся на шине, не превышает 127.Использование гибридного управления доступом к среде передачи позволяетреализовать следующие конфигурации системы:• «чистая» система Multimaster (обмен маркером);• «чистая» система Master-Slave;• комбинация обоих методов.Метод доступа к PROFIBUS не зависит от используемой среды передачи.Активные участники, подключенные к PROFIBUS, образуют упорядоченноепо возрастанию их адресов логическое маркерное кольцо (Token Ring) (рис. 4.26)по которому циркулирует маркер (token).