Полеви комуникационни мрежи Profibus

АвтоматизацияСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 9, 2013

Спецификацията за изграждане на полеви мрежи Profibus се използва в индустриалната автоматизация за обмен на информация между контролери, входно/изходни модули, крайни устройства и друго индустриално оборудване.

Протоколът е разработен за удовлетворяване нуждите на дискретното производство и отговаря на редица европейски и международни стандарти. Днес се администрира от международната общност PROFIBUS and PROFINET International (PI), в която членуват повече от 1400 производители, разработчици, системни интегратори и крайни потребители.

Решава разнообразие от автоматизационни задачи
Profibus позволява комуникации между устройства от различни производители без специални интерфейсни настройки. Сред останалите му предимства е поддръжката на по-висока скорост на трансфер в сравнение с някои от останалите полеви мрежи, което позволява употребата му както за високоскоростни приложения, така и за комплексен обмен на данни.

Полевата комуникационна технология Profibus е подходяща за решаване на разнообразие от автоматизационни задачи както на ниво полеви устройства, така и за системи от по-високо йерархично ниво. Отличава се с техническите характеристики на серийните полеви системи, които позволяват цифрови програмируеми контролери с разпределена интелигентност да се свържат в обща мрежа.

Като топология Profibus е multimaster система, което на практика означава, че позволява съвместна работа на няколко автоматизирани системи с техните разпределени периферии върху обща магистрала.

Сферата на приложение на полевата мрежа определя избора на технологията за предаване на данните на физическия канал. Основните изисквания включват високонадеждно предаване, предаване на голямо разстояние и с висока скорост, както и допълнителни изисквания като работа в рискова среда и предаване на данни и енергия чрез общ кабел.

Понастоящем се използват три различни метода на предаване в Profibus: RS-485 – широко разпространеният в различни системи стандарт за обмен на данни по сериен канал с балансирани сигнали; IEC61158-2 – за синхронен обмен на данни в автоматизирани системи; оптични влакна за подобрена устойчивост към смущения и предаване на големи разстояния.

Фамилията PROFIBUS обхваща три типа протоколи
Най-старият от тях е протоколът PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification). Използва се от 1990 г. за комуникация на по-високо йерархично ниво и не е подходящ във функцията на комуникационна среда на ниво полеви устройства.

PROFIBUS-DP e в употреба от 1992 г. С абревиатурата DP е обозначена концепцията „decentralized periphery” (децентрализирана периферия), т. е. разпределени входно/изходни устройства, свързани чрез бърза серийна връзка с централния контролер. Методът на комуникация е или master/slave, или равноправен достъп.

На физическо ниво преносната среда е усукана двойка. DP е най-често използваният комуникационен профил в мрежите Profibus. Той е оптимизиран по скорост, ефективност и ниска цена на свързване и е проектиран специално за комуникация в автоматизирани системи с разпределени периферни устройства.

През 1997 г. се появява и PROFIBUS-PA (Process Automation), предназначен за обмен на данни между системи на полево ниво в обикновена или Ex-зона. Протоколът отговаря на изискванията на международния стандарт IEC 61158-2 по отношение преноса на данни и по степен на защита. Предназначен е да осъществява връзка между системи за управление на контролери, датчици и изпълнителни механизми.

Най-новата версия PROFIBUS PA V3.02 включва много функции, които правят работата с полевите устройства още по-лесна. Например в случай на подмяна на дадено устройство, новото устройство автоматично поема ролята на предшественика си без прекъсване на работата на системата.

Конфигурация на системата и типове устройства
Системата ProfiBus използва главно устройство (ProfiВus master), което извършва циклично обхождане на подчинените (Slaves) устройства, разпределени върху RS 485 магистрала. Подчинените устройства (сензор, изпълнителен механизъм, задвижване или друго измервателно устройство) формират т. нар. “пасивна станция” в мрежата, тъй като тя няма права на достъп до мрежата, а може само да потвърди получените съобщения от master устройството или да изпрати потвърждение към него. Всички подчинени устройства имат един и същ приоритет, и комуникацията се създава от master устройството.

Главното устройство е активната станция в мрежата. Спецификацията Profibus определя два типа на главните устройства - master устройството от тип 1 и master устройството от тип 2.
Master устройството от тип 1 най-често е програмируем логически контролер (PLC) или компютър, работещ със специален софтуер.

То определя скоростта на обмен, а подчинените устройства я откриват автоматично. Поддържа обмена на информация с асоциираните към него подчинени устройства и действа като основен контролер, обменящ входно/изходна информация с разпределената периферия. Обновяването на потребителските данни е циклично в съответствие с предварително определен цикъл на съобщенията.

Master устройството от тип 1 е активно устройство по отношение на асоциираните към него подчинени устройства и комуникира с master устройството от тип 2, след като master устройството от тип 2 подаде заявка за комуникация.

Master устройството от тип 2 е устройство за конфигурация с възможности за “зареждане”, обслужване и диагностика. То работи като координиращо устройство и се явява активна станция по отношение на master устройството от тип 1 и неговите подчинени устройства. Master устройството от тип 2 се използва за конфигуриране, диагностика на грешките и промяна на параметри.

То може да адресира отделно подчинено устройство, определена група от подчинени устройства (multicast) или да излъчи съобщение до всички свързани подчинени устройства (broadcast). Подчиненото устройство връща отговор на всички съобщения, адресирани пряко до него и не връща отговор на груповите съобщения.

Някои master устройства могат да поддържат и двата типа функционалност. В мрежовата спецификация ProfiBus обикновено не се допуска комуникация между главните устройства (master-to-master), освен с цел да се предоставят правата за достъп на друг мастер чрез предаване на специално съобщение маркер (token).

Изграждането на логически пръстен за предаване на маркера (token ring) е осъществимо само между физически свързани устройства в рамките на една мрежа. Комуникация master-to-master между две мрежи с по едно master устройство (mono-master system) може да се осъществи с помощта на шлюз (gateway).

Автоматично конфигуриране на устройствата
За автоматично конфигуриране на устройствата в една Profibus мрежа е разработен метод с използване на специални файлове, съдържащи конфигурационните данни - GSD файлове.
GSD файловете на всички устройства, свързани чрез мрежата, се компилират в master устройството от тип 2 като обща база от данни, която съдържа данните за конфигурацията и параметрите на всички свързани станции.

Компилираната база от данни се зарежда в главното устройство на мрежата във фаза конфигурация на хардуера. Главното устройство в мрежата използва тази информация при инициализацията на системата, за да установи комуникацията с всяко подчинено устройство. След като master устройството получи базата от данни, то е готово да започне обмен на данни с подчинените устройства.

По време на стартиране главното устройство установява връзка с всяко от асоциираните към него подчинени устройства, преди да започне цикличният обем на данни. В този момент на всяко от подчинените устройства има присвоен уникален адрес. Преди да бъдат параметризирани устройствата с динамично адресиране се изчака команда на master устройството от тип 2.

Master устройството започва опитите за установяване на комуникация с подчинените устройства от най-ниския адрес и ги преустановява с най-високия. Времето, за което подчиненото устройство отговаря на master устройството, се нарича време за реакция.

Това време остава постоянно, дори ако master устройството от тип 2 се използва за диагностика на подчиненото устройство в същото време, когато то комуникира с master устройството от тип 1. Master устройството от тип 2 използва времето между циклите на мрежата за диагностика на подчинените му устройства.

Новият брой 7/2018

брой 7-2018

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top