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PROFIBUS Automation & Drives Harald Brück, SDT-TS Juli 2003.

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1 PROFIBUS Automation & Drives Harald Brück, SDT-TS Juli 2003

2 Hinweis: Mausklick auf Omron führt zu diesem Bildschirm zurück.
Themenübersicht Einführung, Geschichte C200HW-PRM21 Allgemeine Profibus-Theorie Feldbusankoppler PRT1-COM 3 35 60 100 Einsatzbereiche C200HW-PRM21 Einstellungen Profibus DP-Theorie Buszykluszeiten Omron Slave C200H-PRT21 7 36 76 101 OSI-Referenz-Modell Konfigurator Profibus DP V1/V2 Omron Slave CQM1-PRT21 9 40 91 102 Merkmale Überwachung mit dem Konfigurator GSD-Datei Funktionen CLEAR SYNC, FREEZE 10 49 95 113 Physikalische Schicht C200HW-PRM21 Anzeigen Profile CQM1-PRT21 Datenkonsistenz 21 53 97 120 RS485- Installation C200HW-PRM21 Adresszuordnung Umrichter 3G3FV 29 56 125 Hinweis: Mausklick auf Omron führt zu diesem Bildschirm zurück.

3 Einführung PROFIBUS = PROcess FIeldBUS
PROFIBUS ist ein Industrie-Netzwerk: PROFIBUS eingeführt 1992 als DIN19245 Ein deutscher Feldbus. Wird von den meisten Firmen unterstützt. Wird von Kunden in Deutschland akzeptiert. PROFIBUS im Überblick PROFIBUS ist ein durchgängiges, offenes, digitales Kommunikationssystem mit breitem Anwendungsbereich vor allem in der Fertigungs- und Prozessautomatisierung. PROFIBUS ist sowohl für schnelle, zeitkritische Anwendungen als auch für komplexe Kommunikationsaufgaben geeignet. Die Kommunikation von PROFIBUS ist in den internationalen Normen IEC und IEC verankert. Die Anwendungs- und Engineeringaspekte sind in allgemein verfügbaren Richtlinien der PROFIBUS Nutzerorganisation festgeschrieben. Damit werden die Anwenderforderungen nach Herstellerunabhängigkeit und Offenheit erfüllt und die Kommunikation untereinander von Geräten verschiedener Hersteller ohne Anpassungen an den Geräten garantiert. Organisation Der Erfolg von PROFIBUS gleichermaßen auf seiner Technologie und der erfolgreichen Tätigkeit der 1989 als Interessenvertretung von Herstellern und Anwendern gegründeten nonprofit PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO). Diese hat zusammen mit den bis heute 22 weiteren gegründeten Regional PROFIBUS Associations in Ländern aller Kontinente und der in 1995 gegründeten internationalen Dachorganisation PROFIBUS International (PI) heute weltweit mehr als 1100 Mitglieder. Ziele sind die kontinuierliche Weiterentwicklung der PROFIBUS-Technologie sowie deren weltweite Verbreitung. Die Entwicklung und Verbreitung der Technologie findet in einem Rahmen von 5 Fachausschüssen statt, in denen mehr als 35 Arbeitskreise mit mehr als 300 Experten organisiert sind.

4 Geschichte (1) 1987: PROFIBUS startete als Entwicklungsprojekt
Konsortium von Firmen Deutsche Forschungs-Institute Gefördert von der deutschen Regierung 1991: als Standard DIN19245 zugelassen Teil 1: Physikalische Schicht Data Link Layer (FDL) Teil 2: Anwendungsschicht (FMS) 1993: Erste Erweiterung zu DIN19245: Teil 3 Optimiert für schnelle dezentrale E/A - Anwendung Die Geschichte von PROFIBUS geht auf ein 1987 in Deutschland gestartetes öffentlich gefördertes Verbundvorhaben zurück, für welches 21 Firmen und Institute einen Projektrahmenplan "Feldbus" ausgearbeitet hatten. Ziel war die Realisierung und Verbreitung eines bitseriellen Feldbusses, wofür die Normung der Feldgeräteschnittstelle die Grundvoraussetzung schaffen sollte. Dazu verständigten sich einschlägige Mitgliedsfirmen des ZVEI, ein gemeinsames technisches Konzept für die Fertigungs- und Prozessautomatisierung zu unterstützen. In einem ersten Schritt wurde das komplexe Kommunikationsprotokoll PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) spezifiziert, welches auf anspruchsvolle Kommunikationsaufgaben zugeschnitten war. In einem weiteren Schritt wurde 1993 die Spezifikation des einfacher aufgebauten und daher wesentlich schnelleren Protokolls PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) abgeschlossen. Heute liegt dieses Protokoll in drei funktionell abgestuften Versionen DPV0, DP-V1 und DP-V2 vor. Folgende deutsche Firmen und Institute waren an dem Projekt beteiligt: ABB, Phoenix, AEG, Rheinmetall, Bosch, RMP, Honeywell, Sauter-Cumulus, Kloeckner-Moeller, Schleicher, Landis & Gyr, Siemens, Fraunhofer Institute (IITB), Univerität Karlsruhe - Forschungszentrum Informatik (FZI), Universität München - Lehrstuhl für Prozessrechner (LPR), Universität der Bundeswehr München - Lehrstuhl der Raumfahrttechnik (LRT), Westfalen Universität - Laboratorium für Werkzeugmaschinen und Betriebs-lehre (WZL) Das Konsortium wurde 1990 aufgelöst, und das Forschungsprojekt wurde beendet. Die “PROFIBUS Nutzer Organisation” - PNO wurde Ende 1989 gegründet, diese übernahm die Verantwortlichkeiten und die Verwaltung und Weiterentwicklung und die Werbung für den Standard.

5 Geschichte (2) 1995: Zweite Erweiterung zu DIN19245: Teil 4
Optimiert für explosionsgeschützte Anwendung 1996: DIN19245 wird Teil der europäischen EN50170 EN50170: PROFIBUS mit P-NET und WorldFIP Seit 1999: Weltweiter Standard durch IEC 61158 DP/V1: azyklische Kommunikation für Parameter DP/V2: Isochroner Modus, Slave–Querkommunik. für Anwendungen bei Antrieben Weitere Entwicklungen: ProfiSAFE: für den Einsatz in Sicherheitsanwend. PROFInet für die nahtlose Anbindung ans Ethernet Internationale Normung Entscheidend für Akzeptanz, Verbreitung und damit Nutzen eines Feldbussystems ist dessen internationale Normung. PROFIBUS wurde national bereits 1991 bzw in der DIN 19245, Teil I-III und europaweit 1996 in der EN genormt. Seit 1999 ist PROFIBUS zusammen mit weiteren Feldbussystemen in der IEC standardisiert. In 2002 wurden Aktivitäten zur Erneuerung der IEC beendet. Im Zuge dieser Aktivitäten sind die neuesten Entwicklungen von PROFIBUS und PROFInet in diese Norm eingeflossen. Die IEC trägt den Titel „Digital data communication for measurement and control – Fieldbus for use in industrial control systems“ und ist in 6 Teile (parts) gegliedert, die mit , etc. bezeichnet sind. Inhaltlich befasst sich Teil 1 mit einführenden Themen, während die nachfolgenden Teile sich an dem OSI-Schichtenmodell (Schichten 1, 2 und 7) orientieren; siehe hierzu Tabelle 1 . In den verschiedenen Teilen der IEC werden u. a. zahlreiche „sevices and protocols“ für die Kommunikation zwischen Busteilnehmern spezifiziert, die als Obermenge (total available set) zu betrachten ist, aus der für bestimmte Feldbussysteme eine spezifische Auswahl (Untermenge, subset) getroffen wird. Der Existenz der zahlreichen unterschiedlichen Feldbussysteme am Markt wird in der IEC durch die Definition von 10 „Fieldbus protocol types“ mit der Bezeichnung Type 1 bis Type 10 Rechnung getragen. PROFIBUS ist dabei Typ 3 und PROFInet Typ 10.

6 Profi- bus- Über- sichten
EN / IEC 61158 Geräte – Profile Prozess - Automation PROFIBUS-PA IEC - Versorgung über den Bus Fabrik - Automation PROFIBUS-DP RS 485 / FO - Konfigurierbar - weit verbreitet Schnell Vorläufer des heutigen Profibus PROFIBUS-FMS - Für alle Ebenen einsetzbar - Multimaster Kommunikation Universal Ex Profi- bus- Über- sichten Die erste Gliederung ist Mitte der 90er Jahre erstellt worden, wo FMS noch nicht ganz tot war, und PA gerade neu, promotet werden mußte. Aus Anwendersicht stellt sich PROFIBUS im Jahre 2002 in Form von verschiedenen anwendungstypischen Ausprägungen (Varianten) vor, die nicht fest definiert wurden, sondern sich aus häufigen Anwendungen als sinnvoll ergeben haben. Jede Variante entsteht durch eine typische (aber eben nicht zwangsläufig festgelegte) Kombination von Baukastenelementen der Gruppen Übertragungs-technik", "Kommunikations-Protokoll„ und "Applikationsprofile" (Siehe Folie des ISO/OSI-Modells). Die folgenden Beispiele erläutern dieses Prinzip an Hand der bekanntesten PROFIBUS Varianten PROFIBUS DP (Decentralized Periphery) ist die Variante für die Fertigungsautomatisierung; sie ist aufgebaut aus der Übertragungstechnik RS485, dem DP-Kommunikationsprotokoll in einer seiner Leistungsstufen und einem oder mehreren für die Fertigungsautomatisierung typischen Applikationsprofil(en), z. B. Ident Systems oder Robots/NC. PROFIBUS PA (Process Automation) Ist die Variante für die Prozessautomatisierung mit typischerweise der MBP-IS-Übertragungstechnik, der DP-V1 Leistungsstufe des Kommunikationsprotokolls und dem Applikationsprofil PA Devices. FMS (Fieldbus Message Specification) eignet sich vor allem für die Kommunikation in der Zellebene, in der vorwiegend Automatisierungsgeräte wie SPSen und PCs miteinander kommunizieren. Es ist als Vorläufer von DP zu verstehen.

7 Einsatzbereiche CNC Area Controller Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet
Ethernet / früher Profibus-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Fabrik Ebene Buszyklus Zeit < 1000 ms Zellen < 100 ms Feld < 10 ms PC/VME VME/PC PLC DCS Die Kommunikationsfähigkeit der Geräte und Subsysteme sowie durchgängige Informationswege sind unverzichtbare Bestandteile zukunftsweisender Automatisierungskonzepte. Dabei findet die Kommunikation zunehmend horizontal innerhalb der Feldebene und gleichzeitig vertikal über mehrere Hierarchieebenen hinweg statt. Abgestufte und aufeinander abgestimmte industrielle Kommunikationssysteme, wie beispielsweise PROFIBUS mit Anschluss von ASInterface nach unten und zu Ethernet (über PROFInet) nach oben, bieten die idealen Voraussetzungen für die transparente Vernetzung in allen Bereichen des Produktionsprozesses. In der Feld-Ebene kommunizieren die dezentralen Peripheriegeräte wie E/A-Module, Messumformer, Antriebe, Analysengeräte, Ventile oder Bedienterminals über ein leistungsfähiges Echtzeit-Kommunikationssystem mit den Automatisierungssystemen. Die Übertragung der Prozessdaten erfolgt zyklisch, während im Bedarfsfall zusätzlich Alarme, Parameter und Diagnosedaten azyklisch übertragen werden. PROFIBUS erfüllt diese Kriterien und bietet sowohl für die Fertigungs- als auch für die Prozessautomatisierung eine einheitliche sowie durchgängige Lösung. In der Zell-Ebene kommunizieren Automatisierungsgeräte wie SPS und IPC untereinander und mit IT-Systemen der Bürowelt über deren Standards wie Ethernet, TCP/IP, Intranet und Internet. Der Informationsfluss erfordert große Datenpakete und eine Vielzahl leistungsfähiger Kommunikationsfunktionen. Hierfür ist neben PROFIBUS das ethernetbasierte offene und herstellerunabhängige Automatisierungskonzept PROFInet eine richtungsweisende Lösung.

8 Einsatz des Profibus-DP bei Omron
Wie man sieht nimmt der Profibus bei Omron nur eine untergeordnete Rolle ein. Er wird nur dann verwendet, wenn entsprechende Geräte von anderen Herstellern nicht mit DeviceNet-Schnittstelle verfügbar sind. Feldbusse sind industrielle Kommunikationssysteme, die unterschiedliche Medien, wie Kupfer-Kabel, LWL oder Funk, verwenden können, mit bitserieller Übertragung zur Ankopplung weiträumig verteilter Feldgeräte (Sensoren, Stellgeräte, Antriebe, Messumformer,...) an ein zentrales Steuerungs- oder Leitsystem. Die Feldbustechnik wurde in den 80er Jahren mit dem Ziel entwickelt, die bis dahin generell übliche zentrale Parallelverdrahtung und die bisher vorherrschende analoge Signalübertragung (z. B mA- oder +/- 10VSchnittstelle) durch digitale Technik zu ersetzen. Durch unterschiedliche branchenspezifische Anforderungen der Anwender und die von großen Herstellern anfangs bevorzugten proprietären Lösungen sind heute mehrere Bussysteme mit unterschiedlichen Eigenschaften am Markt etabliert. Die wichtigsten haben in den jüngst verabschiedeten Normen IEC und IEC Einzug gefunden. PROFIBUS ist fester Bestandteil dieser Normen. In jüngster Zeit werden darüber hinaus ethernetbasierte Kommunikationssysteme für den Einsatz in der industriellen Automatisierung spezifiziert. Sie bieten weit reichende Möglichkeiten einer durchgängigen Kommunikation zwischen den Ebenen der industriellen Automatisierung und der Bürowelt. PROFInet ist ein Beispiel für ein solches Kommunikationssystem auf Ethernetbasis. Zur Ankopplung von Geräten anderer Hersteller

9 Profibus im ISO/OSI-Modell
FMS DP PA Schichten DP-Profile PA-Profile FMS Geräte DP-Erweiterungen Profile DP Basis-Funktionen Anwender Fieldbus Message Specification (FMS) (7) (3)-(6) nicht benutzt Data Link Fieldbus Data Link (FDL) IEC Interface* Das ISO/OSI-Schichtenmodell beschreibt die Kommunikation zwischen den Teilnehmern eines Kommunikations-systems. Damit sie effektiv und eindeutig abläuft, müssen für das Kommunikations-protokoll fest definierte Regeln und Übergabeschnittstellen verwendet werden. Hierfür hat die Internationale Organisation für Standardisierung (ISO) bereits 1983 das OSI-Schichtenmodell ("Open Systems Interconnection Reference Model") entwickelt. Dieses definiert alle zur Kommunikation erforderlichen Elemente, Strukturen und Aufgaben und ordnet sie, dem zeitlichen Ablauf der Kommunikation folgend, sieben aufeinander aufbauenden Schichten zu. Jede Schicht hat innerhalb des Kommuni-kationsablaufs genau festgelegte Funktionen zu erfüllen. Wenn ein Kommunikations-system bestimmte Funktionen nicht benötigt, dann werden entsprechende Schichten nicht ausgeprägt. PROFIBUS verwendet die Schichten 1, 2 und 7. (2) Physik RS-485 / LWL IEC (1) EN / IEC 61158 PROFIBUS Richtlinien + Profile

10 Merkmale Physikalische Schicht: RS-485, LWL, IEC 1158-2
PROFIBUS ist ein Master/ Slave- Protokoll Max. 126 Teilnehmer (32 pro Segment) Buszugriff (MAC= Media Access Control ): Token passing (Master  Master) Polling (Master  Slave) Anwendungsschicht: FMS für Meldungs- basierte Kommunikation DP für Dezentrale-E/A und Echtzeit PA für den Ex-Bereich Prozess-Automation IEC spezifiziert die physikalische Schicht für eine digitale Kommunikation in Industrieumgebung. Ein Master ist ein Gerät, dass selbständig auf den Bus zugreifen kann. Ein Slave ist ein Gerät, dass nur auf die Anfragen vom Master antwortet. Buszugriffsverfahren Als Buszugriffsverfahren (Schicht 2 oder Data Link Layer) kennt PROFIBUS das Master-Slave-Verfahren, ergänzt um das Token-Verfahren zur Koordination mehrerer Master am Bus. Zu den Aufgaben von Layer 2 gehören auch Funktionen wie Datensicherung und Abwicklung der Telegramme.

11 Profibus-Merkmale 2 Das Buszugriffsverfahren ist für alle Profibus-Variationen gleich (FMS/DP/PA) Offenes Kommunikations-Protokoll Kombinationen von FMS/DP/PA auf einem Netzwerk FMS/DP könnte auf dem gleichen Kabel kombiniert werden, da sie das gleiche physikalische Medium benutzen (RS-485/LWL) FMS: Multi-Master und Multi-Slave Kommunikation

12 Profibus Netzwerk-Topologie
Abschluss Station 1 ..... Station n Busstruktur (Linie) Abschlusswiderstände an beiden Enden Andere Topologien sind möglich: Ring (LWL), Baum (mit Hilfe von Repeater) Teilnehmer können während des Betriebes entfernt und auch hinzugefügt werden. Mit Hilfe von Repeatern können auch mehrer, verschiedene Unternetze angeschlossen werden (auch unterschiedliche Übertragungsmedien) Alle Geräte werden in einer Busstruktur (Linie) angeschlossen. In einem Segment können bis zu 32 Teilnehmer (Master oder Slaves) zusammengeschaltet werden. Anfang und Ende eines jeden Segments wird mit einen aktiven Busabschluss versehen, wobei für einen störungsfreien Betrieb sichergestellt werden muss, dass beide Busabschlüsse ständig mit Spannung versorgt werden. Der Busabschluss ist üblicherweise in den Geräten bzw. Den Busanschlusssteckern zuschaltbar realisiert. Bei mehr als 32 Stationen oder zur Erweiterung der Netzausdehnung müssen Leitungsverstärker (Repeater) eingesetzt werden, welche die einzelnen Bussegmente verbinden.

13 Profibus FMS PROFIBUS-FMS kann als Vorläufer des Profibus DP angesehen werden. Es war ein Multi-Master-Netzwerk für SPS, PC, Bediengeräte und E/A. Aktive Stationen, Master-Geräte Passive Stationen (Slaves) werden gepollt PROFIBUS FMS PC SPS

14 Profibus-FMS-Merkmale
FMS war die Eier-legende-Woll-Milch-Sau. Ein Netz für alle Anwendungen war das Entwick-lungsziel, wodurch FMS nichts richtig konnte. Multi-Master und Multi-Slave Kommunikation Ein Slave konnte mit mehreren Mastern gleichzeitig Daten austauschen. (Ein Merkmal, dass nie gebraucht wird) Das viel zu umfangreiche MAP-Protkoll wurde auf eine Hardware umgesetzt, die viel zu langsam war. Peer-to-peer, Broadcast, Multicast-Kommunikation Zyklischer und azyklischer Datentransfer

15 Profibus DP Ein typisches PROFIBUS-DP- Netz hat nur einen Master, die SPS. Andere Geräte werden als Slave angesprochen: E/A, SPS, Bediengeräte Master PROFIBUS-DP Slave (SPS) Slave Antrieb (E/A) RS 485 bis zu 12 MBit/s SPS PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) Das Kommunikationsprotokoll DP ist für den schnellen Datenaustausch in der Feldebene konzipiert. Hier kommunizieren zentrale Automatisierungsgeräte, wie SPS oder PC über eine schnelle serielle Verbindung mit dezentralen Feldgeräten wie E/A, Antriebe, Ventile, Messumformer oder Analysengeräte. Der Datenaustausch mit den dezentralen Geräten erfolgt vorwiegend zyklisch. Die dafür benötigten Kommunikationsfunktionen sind durch die DP-Grundfunktionen (Leistungsstufe DP-V0) festgelegt. Ausgerichtet an den speziellen Anforderungen der unterschiedlichen Einsatzgebiete wurde DP über diese Grundfunktionen hinaus stufenweise um spezielle Funktionen erweitert, so dass DP heute in drei Leistungsstufen DP-V0, DP-V1 und DP-V2 vorliegt, wobei jede Stufe über einen speziellen Schwerpunkt verfügt.

16 Profibus-DP-Merkmale
Echtzeitkommunikation zwischen der Master-SPS und den Slaves in der Feldebene Es gibt 3 Leistungsstufen DP-V0, DP-V1 und DP-V2 DP-V0: Grundfunktionalitäten zyklischen Datenaustausch max 244 Byte pro Slave Konfigurierbar mit Hilfe von GSD-Dateien Diagnosedaten abrufbar DP-V1: Azyklische Übertragung für Parameter DP-V2: Isochroner Datenaustausch Profibus-DP gibt es in den Leistungsstufen DP-V0, DP-V1 und DP-V2. Die Leistungsstufen V0 und V1 enthalten sowohl "Eigenschaften„ (diese sind verbindlich für eine Realisierung) als auch Optionen, während in Stufe V2 nur Optionen spezifiziert sind. Die wichtigsten Inhalte der drei Stufen sind: Die Leistungsstufe DP-V0 stellt die Grundfunktionalitäten von DP zur Verfügung, darunter den zyklischen Datenaustausch, die stations-, modul- und kanalspezifische Diagnose und vier verschiedene Alarmtypen für Diagnose und Prozessalarm sowie für das Ziehen und Stecken von Busteilnehmern. Die Leistungsstufe DP-V1 enthält Ergänzungen mit Ausrichtung auf die Prozessautomatisierung, vor allem den azyklischen Datenverkehr für Parametrierung, Bedienung, Beobachtung und Alarmbehandlung intelligenter Feldgeräte, parallel zum zyklischen Nutzdatenverkehr. Das erlaubt den Online-Zugriff auf Busteilnehmer über Engineering Tools. Weiterhin enthält DP-V1 drei zusätzliche Alarmtypen: Statusalarm, Update- Alarm und einen herstellerspezifischen Alarm. Die Leistungsstufe DP-V2 enthält weitere Ergänzungen und ist vorrangig auf die Anforderungen der Antriebstechnik ausgerichtet. Durch zusätzliche Funktionalitäten wie isochroner Slavebetrieb und Slave-Datenquerverkehr (DXB) u. a.. kann DP-V2 damit auch als Antriebsbus zur Steuerung schneller Bewegungsabläufe in Antriebsachsen eingesetzt werden.

17 Profibus-PA + I Area Controller (SPS) PROFIBUS-DP Engineering Tool
RS 485 up to 12 MBit/s Area Controller (SPS) Engineering Tool PROFIBUS-PA IEC mit kBit/s I Segment- coupler/Link Transmitter +

18 Profibus-PA-Merkmale
Für Anwendungen im explosionsgeschützten Bereich Ankopplung an Profibus-DP über ein Gateway Vollkommen andere Übertragungshardware: IEC (= IEC oder MBP) Feste Geschwindigkeit 31,25 kBit/s Bitsynchron, Manchester kodiert Geschirmte, verdrillte Zweidrahtleitung Stromversorgung über die Busdrähte Zusätzliche Checksumme

19 Netzwerk-Konfiguration
Konfiguration mit Geräte-Stamm-Daten(GSD)- Dateien PROFIBUS Konfigurations-Tool System Konfiguration Geräte-Stamm-Daten - Dateien (GSD-Dateien) PLC GSD SPS GSD sind elektronische Datenblätter von Geräten. Slaves können mit Hilfe dieser Dateien herstellerunabhängig mit jeder Konfigurationssoftware eingestellt und überwacht werden. Eine GSD ist eine lesbare ASCII-Text- Datei und enthält sowohl allgemeine als auch gerätespezifische Festlegungen bezüglich der Kommunikation. Jede der Eintragungen beschreibt ein Merkmal, welches ein Gerät unterstützt. Anhand von Schlüsselwörtern erkennt ein Konfigurationstool aus der GSD die Geräteidentifikation, die einstellbaren Parameter, den entsprechenden Datentyp und die erlaubten Grenzwerte für die Konfiguration des Gerätes. Es gibt zwei Möglichkeiten, die GSD zu verwenden: • Die GSD für Kompaktgeräte, deren Block-Konfiguration bereits bei Auslieferung bekannt ist. Diese GSD kann komplett bereits vom Hersteller des Gerätes erstellt werden. • Die GSD für modulare Geräte, deren Block-Konfiguration bei Auslieferung noch nicht endgültig feststeht. Hier muss der Anwender die GSD entsprechend der konkreten Modulkonfiguration mit dem Projektierungstool konfigurieren. Durch Einlesen der GSD in das Projektierungstool, z. B. in einen PROFIBUS-Konfigurator, wird der Anwender in die Lage versetzt, die speziellen Kommunikationsmerkmale des Gerätes optimal zu nutzen.

20 Profibus-Produkte auf dem Markt
Antriebe AC Drives DC Drives Steuergeräte SPS/NC/RC VME , PC Workstation Software Driver DOS/Windows/NT/95 RT-OS/OS9/VRTX VxWorks/PSOS+ OS2, QNX UNIX/VMS Tools Konfiguration Bus Monitor Engineering Dezentrale E/A Binäre E/A Analoge E/A Regler Timer Counter ID-Systeme Netzwerkkomponenten Repeater Fibre optics Kabel Service Development Support Implementation Support Training Host Interfaces VAX Computer VME Computer HMI Bediengeräte Text Displays Instrumente Füllstand Durchfluß Druck Temperatur Die Bezugsadressen der vielen verschiedenen Gerät, Stecker, Kabel, Repeater, Bus-Testgeräte können dem PROFIBUS-Produktkatalog entnommen werden (www.profibus.com). Der Erfolg von PROFIBUS bis hin zum Weltmarktführer wird durch viele Faktoren bestimmt: • PROFIBUS bietet den Herstellern und Betreibern von Anlagen eine branchenübergreifend einheitliche, durchgängige und offene Technologie. • PROFIBUS führt zu einer spürbaren Verringerung der Kosten im Maschinen- und Anlagenbau. • PROFIBUS hat seine Einsatzbereiche konsequent erweitert und dabei die Anforderungen der jeweiligen Anwendungsfelder berücksichtigt. Dadurch werden branchenspezifische Anwendungen optimal unterstützt. • PROFIBUS wurde auf Grund seiner Akzeptanz und Verbreitung in viele Automatisierungs- und Engineeringsysteme optimal für den Anwender integriert. • PROFIBUS betreibt konsequent sowohl die Stabilisierung und Verbreitung der Kommunikationsplattformen als auch die Weiterentwicklung der Applikationsprofile und die Verbindung der industriellen Automatisierung mit der IT-Welt der Unternehmensleitebene. Gateways AS-Interface (DeviceNet) Ventile Pneumatische Ventile Magnetische Ventile

21 Physikalische Schicht
Schicht 1 des ISO/OSI- Modells Definition des Mediums (Hardware), der Kodierung und der Geschwindigkeit der Übertragung Es spezifiziert die Bits, Bytes, Stromversorgung und Signalpegel PROFIBUS definiert 3 verschiedene Übertragungsmedien: RS-485: PROFIBUS-DP und FMS LWL: PROFIBUS-DP und FMS MBP (IEC ): PROFIBUS-PA Im ISO/OSI-Schichtenmodell übernimmt die Schicht 1 die Festlegung, in welcher Weise die Datenübertragung "physikalisch", d. h. elektrisch und mechanisch, erfolgt. Dazu gehört u. a. die Art der Kodierung und der verwendete Übertragungsstandard (z. B. RS485). Die Schicht 1 wird mit Physical Layer bzw. Physikalische Schicht bezeichnet, woraus die für die Übertragungstechnik häufig gebrauchte Kurzbezeichnung "Physik„ abgeleitet wurde. PROFIBUS stellt verschiedene Ausprägungen der Schicht 1 als Übertragungstechnik zur Verfügung. Alle Ausprägungen beruhen auf internationalen Standards und sind in der IEC und IEC konkret PROFIBUS zugeordnet. RS-485, verdrilltes, abgeschirmtes Zweidrahtkabel wird am häufigsten für PROFIBUS benutzt. Es erlaubt Übertragungsraten bis zu 12 Mbit/sec. Lichtwellenleiter (LWL) Fibre optic (FO) wird für folgende Anwendungen empfohlen: Umgebung mit hoher Störstrahlung (oder Blitz-Überschlagschutz). Redundante Kommunikationsverbindungen. Hohe Geschwindigkeit über große Entfernungen IEC / MBP (Manchester and Bus Powered) ist für den Einsatz in der Prozessindustrie (z.B. Petrochemie) bei PROFIBUS-PA.

22 RS485 - Eigenschaften Serielle Schnittstelle für Industrie-Anwendungen
Genormt unter ANSI TIA/EIA RS-485-A Elektrisch: Symetrisches Signal über 2 Drähte +/- 5V Einfache logische Zuordnung zwischen Spannungspegel –5V, +5V und Bitzustand 0,1 (NRZ) Asynchrone Übertragung, 8 Datenbit, gerade Parität, ein Startbit und ein Stoppbit, insgesamt 11 Bit LSB wird zuerst gesendet Halb-Duplex- Kommunikation Next byte Idle Start Parity Stop Start LSB MSB LSB Bit sequence: One byte Die einfache und kostengünstige Übertragungstechnik RS485 wird bevorzugt für Aufgaben verwendet, die eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit erfordern. Es wird ein verdrilltes, geschirmtes Kupferkabel mit einem Leiterpaar verwendet. Die RS485-Übertragungs-technik ist einfach zu handhaben. Die Installation des Kabels erfordert kein Expertenwissen. Die Busstruktur erlaubt das rückwirkungsfreie Ein- und Auskoppeln von Stationen oder die schrittweise Inbetriebnahme des Systems. Spätere Erweiterungen haben innerhalb definierter Grenzen keinen Einfluss auf Stationen, die bereits in Betrieb sind.

23 RS485-Geschwindigkeiten
9600 Baud 19,2 kBaud 93,75 kBaud 187,5 kBaud 500 kBaud 1.5 MBaud 3 MBaud 6 MBaud 12 MBaud Zusätzliche Geschwindigkeit: 45,45 kBaud: Zur Ankopplung von PROFIBUS-DP an PROFIBUS-PA Geschwindigkeit Für die Übertragung von 512 Bit Eingangs- und 512 Bit Ausgangsdaten verteilt auf 32 Teilnehmer benötigt DP bei 12 MBit/s nur ca. 1 ms. Eine Übersicht und Berechnungsformel gibt es in der Folie Buszykluszeiten (76)

24 RS485-Topologie mit Repeater
Bevorzugte Topologie: Bus (Linie), Aktiver Busabschluss an beiden Enden Stern und Baum - Topologien mit Hilfe von Repeatern Max. 32(31) Stationen pro Segment, 126 insgesamt Abschluss 2 3 30 31 62 61 33 32 Repeater Station 1 Segment 1 Segment 2 Segment 3 Netz-Topologie Alle Geräte werden in einer Busstruktur (Linie) angeschlossen. In einem Segment können bis zu 32 Teilnehmer (Master oder Slaves) zusammengeschaltet werden. Bei mehr als 32 Stationen oder zur Erweiterung der Netzausdehnung müssen Leitungsverstärker (Repeater) eingesetzt werden, welche die einzelnen Bussegmente verbinden. Mit Hilfe der Repeater können somit auch andere Bustopologien aufgebaut werden. Bei niedrigeren Baudraten kann auch eine Sternen-Topologie aufgebaut werden, man muss aber die maximale Länge der Stichleitungen beachten. Durch die RS485-Treiber sind nur 32 Geräte an einem Segment anschließbar. Die Repeater zählen hier mit als ein Gerät am Segment. HINWEIS: Repeater haben keine Stationsadresse, aber sie zählen zu der max. Anzahl von Teilnehmern pro Segment

25 RS485-Kabel Geschirmte, verdrillte Zweidrahtleitung
Mehrere Kabelqualitäten erhältlich: Typ “A” bis ”D” * Typ „A“-Spezifikation: Wellenwiderstand Ohm Kapazitätsbelag < 30 pF/m Schleifenwiderstand 110 Ohm / km Aderndurchmesser 0,64 mm Adernquerschnitt > 0,34 mm2 Optional mit +24 VDC Versorgungsleitungen Kabel, Verbindungstechnik Zur Verbindung der Geräte untereinander sowie mit Netzwerk-Elementen (z.B. Segmentkopplern, Links und Repeatern) sind am Markt verschiedene Kabeltypen (Typbezeichnung A bis D) für unterschiedliche Einsatzfälle erhältlich. Bei Verwendung der RS485 Übertragungstechnik wird die Verwendung des Kabeltyp A dringend empfohlen. "PROFIBUS"-Kabel werden von mehreren Herstellern angeboten; besonders sei hier auf das Fast- Connect-System hingewiesen, bei dem durch Verwendung eines hierfür geeigneten Kabels und eines besonderen Abisolierwerkzeugs die Verkabelung sehr einfach, sicher und schnell erfolgen kann. HINWEIS: Type “A” Kabel für Geschwindigkeiten > 1500 kbps verwenden.

26 RS485-Segment-Kabel-Längen
Für Typ „A“-Kabel Keine Stichleitungen bei Geschwindigkeiten ab kbps! Max. Netzwerklänge mit Repeater: 10 km! Bei Übertragungsraten ab 1,5 MBit/s sind Stichleitungen unbedingt zu vermeiden. Die am Markt angebotenen Stecker bieten die Möglichkeit, das kommende und das gehende Datenkabel direkt im Stecker zu verbinden. Dadurch werden Stichleitungen vermieden und der Busstecker kann jederzeit, ohne Unterbrechung des Datenverkehrs, am Bus auf- und abgesteckt werden. 12M

27 RS485-Stecker 9-Pin D-Subminiatur-Stecker (IP20)
Kabelseite: Stecker (male) Geräteseite: Buchse (female) Vorgeschriebene Signale: RxD/TxD - P RxD/TxD - N DGnd für den Abschluss VP für den Abschluss (5V) Andere Stecker sind erlaubt z.B. Rundstecker M12 (IP65) nach IEC Die für die Übertragungstechnik nach RS485 geeigneten Steckverbinder unterscheiden sich je nach Schutzart. In der Schutzart IP 20 wird vorzugsweise ein 9-poliger D-Sub Steckverbinder verwendet. In der Schutzart IP 65/67 sind drei Alternativen üblich: • M12 Rundsteckverbinder gemäß IEC • Siemens Hybrid-Steckverbinder und • Han-Brid Stecker gemäß DESINA- Empfehlung Im Han-Brid-Steckersystem ist auch eine Variante zur Übertragung von Daten über LWL-Fasern und 24 Volt Betriebsspannung für die Peripheriegeräte über Kupferkabel in einem gemeinsamen Hybridkabel vorgesehen.

28 RS485-Stecker Spezielle PROFIBUS Stecker verwenden ! Auswahlkriterien:
Busweiterführung gerade oder abgewinkelt fester Abschluss oder schaltbar Abschirmung höhere Schutzart Diagnosegerät anschließbar Es ist besonders wichtig gute Stecker zu benutzen: - bei hohen Baudraten, oder - bei Kabellängen nahe der maximal erlaubten, oder - bei vielen Saves (<32) auf einem Bussegment.

29 RS485-Installation (1) Station 1 Station 2 Schirmung Schutz- erde
B (3) DGND (5) VP (6) A (8) (3) B (5) DGND (6) VP (8) A PROFIBUS Verkabelung Schutz- erde +5 Vdc (6) B (3) A (8) DGND (5) Gerät 390 220 Busabschluss Datenleitung P Datenleitung N PROFIBUS Abschluss rot rot grün grün Dies ist die empfohlene Methode für die Installation und den Busabschluss. Diese sollte an den Kabelenden erfolgen, am besten ist der Master oder ein Repeater das eine Ende, da der Abschluss ständig mit unter Spannung bleiben muss während des Betriebes. (Ein Slave könnte abgezogen oder ausgeschaltet werden, wodurch die Spannungsversorgung der Dateleitungen unterbrochen wird) Beim Anschluss der Teilnehmer ist darauf zu achten, dass die Datenleitungen nicht vertauscht werden. Um eine hohe Störfestigkeit des Systems gegen elektromagnetische Störstrahlungen zu erzielen, sollte unbedingt eine geschirmte Datenleitung (Typ A ist geschirmt) verwendet werden. Der Schirm sollte möglichst beidseitig und gut leitend über großflächige Schirmschellen an die Schutzerde angeschlossen werden. Weiterhin ist zu beachten, dass die Datenleitung möglichst separat von allen starkstromführenden Kabeln verlegt wird. HINWEIS: Zahlen in Klammern geben die Belegung des 9-Pin Sub-D Steckverbinders an. Die Abschlusswiderstandswerte gelten für Kabel vom Typ “A”.

30 RS485-Installation (2) Spezielle Vorkehrungen für Baudraten ab 1500 kbps: +5 Vdc B A DGND Gerät 390 220 Busabschluss Datenleitung P Datenleitung N 110 nH In jede Datenleitung wird an jedem Gerät eine in-line Induktivität eingefügt (“A” Kabel) Keine Stichleitungen! rot grün PROFIBUS Stecker sind mit integrierten Induktivitäten erhältlich um hohe Baudraten unterstützen zu können. ( Siemens, Delconec und ERNI) Diese helfen Signalreflexionen auf dem Kabel zu unterdrücken, diese würden sonst durch die Eingangskapazität, die jede Slave-Station hat auf dem Bus auftreten. Über 500 kbit/s sind keine Stichleitungen erlaubt, daher muss an jedem Stecker 2 Kabel angeschlossen werden, 2 ankommendes und ein abgehendes. Geräte können dann vom Bus genommen werden, ohne die Kommunikation zu unterbrechen. HINWEIS: Werte der Induktivitäten sind für Kabeltyp “A”, mit typischen Kapazitäten der Busstation zwischen 15pF und 25 pF.

31 RS485-Installation (3) +5 Vdc B A DGND Erste Station 390  220
Busabschluss Letzte Station Datenleitung P Datenleitung N Station 2 Station 3 Schirm rot grün Die Induktivitäten müssen auch an den Stationen ohne Abschluss angebracht werden. Schwierigkeiten mit der Übertragungstechnik in PROFIBUS-Netzen sind erfahrungsgemäß in den meisten Fällen auf unsachgemäße Verkabelung und Installation zurückzuführen. Abhilfe schaffen hier Bus-Testgeräte, die viele typische Verkabelungsfehler schon vor der Inbetriebnahme aufspüren. HINWEIS: Kabeltyp “A” für Baudraten > 1,5 Mbaud benutzt.

32 RS485-Installation, Erdung
Schirm immer auf beiden Enden auflegen Falls notwendig, zusätzliche Potentialausgleichsleitung Datenkabel Erdkabel Slave Master Erdschiene Für die Benutzung des PROFIBUS in einer industriellen Umgebung ist es wichtig, einen besonders guten Schutz gegen elektrische Störungen zu haben. Außerdem sollte auch an Erdung und Potentialausgleich gedacht werden. Empfehlung: Befestigen Sie den Schirm des Profibuskabels direkt an das Metall des Schaltschranks, wo das Kabel diesen verläßt. Entfernen Sie dazu die äußere Isolierung des Kabels etwas und klemmen Sie es auf eine Erdklemme. Dadurch wird der Störstrahlungseinfluss drastisch reduziert. Fast wie Laborverhältnisse, weniger Übertragungsfehler.

33 Abschluss bei C200HW-PRM21 Bei C200HW-PRM21 sind Abschlusswiderstände in die Baugruppe eingebaut und werden mit einem Schalter an der Front an die Datenleitung geschaltet. Es wird kein Stecker mit eingebauten Ab-schlüssen benötigt.

34 Übung 1: Aufbau des Netzes
Verdrahten Sie die Profibus-Stecker. Schließen Sie die Abschlüsse an. Schließen Sie die Geräte zu einem Netzwerk zusammen. Erden Sie die Geräte.

35 C200HW-PRM21 PROFIBUS-DP Master
Profibus DP-V0- Leistungsumfang DPM1-Master für C200Halpha und CS1 Übertragungsraten 9600 bis 12M Baud Mehrere Master auf einer SPS möglich. Für bis zu 124 Slaves, Max. 600 Byte total Eingebauter Busabschluss SPS-synchrones Polling inklusive SYNC/FREEZE SPS-Datenbereiche können manuell zugewiesen werden. Einfache Handhabung durch voreingestelltes I/O-Mapping Konfigurierung mit PC-Software über separate RS232C

36 Einstellungen bei C200HW-PRM21
Die Profibus-Master-Baugruppe ist eine C200H-Spezial-E/A-Baugruppe. Eine Baugruppennummer 0-F muss mit dem Drehschalter “MASCHINE No.” eingestellt werden. Alle weiteren Einstellungen werden mit dem Konfigurator vorgenommen.

37 Einstellungen beim ‚Slave‘ PRT1-COM
Beim Slave braucht auch nur die Stationsadresse mit den DIP-Schaltern eingestellt werden. Die Baudrate und angeschlossene Module werden automatisch erkannt. Profibus DP Stecker LED-Anzeigen Verbindungssteckern zum MR-E/A-Modul DIP-Schalter 24VDC-Versorgung

38 Einstellungen beim Slave
Bei dem Slave-Modul wird mit den DIP-Schaltern 1-7 eine Adresse eingestellt (7=OFF). Bei den Slave-Moduln muß mit den DIP-Schaltern 1-7 eine Adresse eingestellt werden, die für jeden Teilnehmer auf dem Bus unterschiedlich ist. Im Bild oben sind nur die Schalterstellungen bis Adresse 63 angegebenn (DIP- Schalter 7 = OFF). Bei den höheren Adressen bis 126 ist DIP-Schalter 7 dann ON. Die Adressauswahl ist von der Position am Zweidrahtkabel unabhängig. Damit aber eine gewisse Übersichtlichkeit garantiert ist sollte schon eine Reihenfolge eingehalten werden.

39 Übung 2: Einstellungen Stellen Sie die Baugruppennummer des Masters auf 0. (Erstellen Sie die E/A-Tabelle auf der SPS) Vergeben Sie die Busadressen; PRT1-COM=02

40 Profibus-Konfigurator-Funktionen
Einstellungen in der Master-Baugruppe Konfiguration der Slaves Konfiguration der Netzwerkparameter Überwachung und Fehlersuche im Netz Für alle Profibus-Slaves (auch anderer Hersteller) Für C200HW-PRM21 Omron-Profibus-Master

41 Profibus-Konfigurator, PC-Anforderungen
Keine besondere Anfoderungen: IBM PC/AT oder kompatibel CPU: 486 oder höher Speicher: 16 Mbytes Festplatte: Minimum 10 Mbytes Betriebssystem: Windows 95, 98, NT4.0 oder 2000 Serielle Schnittstelle COM1 bis COM4 unterstützt

42 Profibus-Konfigurator
Aufruf der Konfigurationssoftware unter: Programme I Sycon Profibus Konfigurator I Sycon, oder (Symbol “Sycon” in der Microsoft-Leiste vorhanden) Slaves rechts Produktbezeichnung Master links

43 Profibus-Konfiguration editieren, Übung 3
o.k. klicken Stationsadresse ändern Offline editieren: Menüpunkt Einfügen I Master C200HW-PRM21 auswählen Hinzufügen klicken

44 Profibus-Konfiguration editieren, Übung 3
o.k. klicken Stationsadresse ändern Offline editieren: Menüpunkt Einfügen I Slave PRT1-COM auswählen Hinzufügen klicken

45 Profibus-Multi-E/A-Slave parametrieren, Übung 4
Menüpunkt: Settings I Slave-Konfiguration oder direkt auf den Slave/ rechte Maustaste >> Slave-Konfiguration : System status anklicken und dann Modul anhängen klicken. Angeschaltetes Modul (z.B. GT1-OD16) anklicken und Modul anhängen klicken. Hier könnte man gerätespezifische Parameter einstellen (Bei PRT1-COM nicht sinnvoll) Zunächst belegt dieser Slave 2 Statusworte (4 Byte). Wählen Sie zunächst im Konfigurationsfenster das Modul “System status (MANDATORY) an (anklicken). Anschließend den Button “Append Module” anklicken wobei dann das Modul mitaufgenommen wird (s. oben). Als zweites wählen Sie das Ausgangsmodul Typ “GT1-OD16, 16 Digital” an und nehmen dieses Modul ebenso mit auf. Anschließend die Konfiguration durch “OK” abschließen

46 Profibus parametrieren
Menüpunkt: Einstellungen / Busparameter Hier kann man die Übertragungsgeschwindigkeit einstellen Beispiel für Parameterdaten bei einem Absolutwertgeber:

47 Profibus-Konfigurator Online, Übung 5
Stellen Sie die Verbindung zum PRM21 mit einer seriellen Verbindung her. Klicken Sie auf den Master Wählen Sie die Schnittstelle Einstellungen / Gerätezuordnung und CIF Serial Driver klicken OK klicken. Klicken Sie auf: Verbinde COM_. Warten Sie bis die Verbindung überprüft wurde. Wählen Sie dann die COM_ als zuverwendende Schnittstelle aus.

48 Konfiguration Herunterladen, Übung 5
Laden Sie die erstellte Konfiguration in den Master mit ‚Online‘ Download..:. (Der Master muss angeklickt sein) (Diese Funktion dauert einige Zeit) Zuletzt muss die Konfiguration über das Standart-RS232-Kabel CBL209 in den Master übertragen werden. Dazu klicken Sie auf den Master und wählen unter Menü OnlineIDownload an. Eingestellt werden muss als COM-Schnittstelle COM1 (bitte anklicken) und durch OK den Vorgang starten. Danach sollte kein Fehler auf dem BUS bzw. am Slave/Master mehr vorhanden sein.

49 Profibus-Überwachung, Übung 6
Der Konfigurator kann den Zustand aller Geräte im Netzwerk anzeigen. Klicken Sie auf Online / Debugmodus starten (Master angeklickt) Status für jedes Gerät: Grün: Normale Kommunikation Rot: Kommunikationsfehler Info über einen Slave

50 Profibus-Überwachung, Übung 6
Die detailierte Information über den Slave erhält man, indem man einen Slave auswählt und auf Online / Gerätediagnose klickt. Sind die Module eines Multi-E/A-Gerätes unbekannt, so können sie hiermit ausge-lesen und automatisch in den Konfigurator übernommen werden.

51 Profibus-Überwachung
Die detailierte Information über den Master erhält man, indem man auf den Master doppelklickt. Der Profibus-Master bietet viele umfangreiche Statusinformationen: Zuerst sollte das Globale Statusfeld betrachtet werden. (Auf Anzeigen klicken)

52 Manuelle Adresszuordnung
Man kann die Belegung der SPS-Adressen im Master verändern. Indem man die Autoadressierung in den Masterparametern wegnimmt. Die Eingangs und Ausgangsoffset aller Module in allen Slaves selber eingibt. Und die Konfiguration unter Ansicht / Adresstabelle überprüft. Slaveparameter: ACHTUNG ! NICHT ZU EMPFEHLEN! Man vertut sich ganz leicht mit Byte- und Wortlängen.

53 Betriebsanzeigen (1) Die beiden LEDs auf der linken Seite zeigen den Zustand der Baugruppe.

54 Betriebsanzeigen (2) Die LEDs auf der rechten Seite zeigen den Zustand auf dem Profibus-Netzwerk.

55 Betriebsanzeigen (3) Die LEDs auf der rechten Seite zeigen den Zustand auf dem Profibus-Netzwerk.

56 Profibus-DP-E/A-Adresszuordnung
Voreingestellte E/A-Bereiche: C200H CS1 Ausgänge IR IR 099 CIO CIO 099 Eingänge IR IR 399 CIO CIO 399 Slave-Statusbits IR IR 215 CIO CIO 215 Spezial-E/A-Steuerbits IR 1n0 ... IR 1n4 CIO20n0 ... CIO20n4 Ausg.-Puffer 512 Byte Eing.-Puffer 512 Byte C200H-SPS (CS1) DM bis 5999 CS1: CIO1000 bis 1063 C200HW-PRM21 CIO 0 bis 235 300 bis 511 H 0 bis 99 Man kann diese Zuordnung auch verändern, dies geht am besten mit einen DeviceNet-Konfigurator. Dieser ist auch notwendig, wenn man mehr als 3 DeviceNet- Master auf einer SPS einsetzen möchte, oder mehrere Master im Netz hat, oder die Slaves komfortabel parametrieren möchte. Bei der Standardkonfiguration (ohne Konfigurator) ist jeder Busadresse in der SPS eine Ausgangsadresse (Busadresse+ 3200) und eine Eingangsadresse (Busadresse ) zugeordnet. Am besten legen Sie sich für Ihre Anlage auch so eine Tabelle an. Dann hat man die Übersicht, ob es Überschneidungen von Adressen gibt. Eine einfache Regel wäre; daß man als nächste Busadresse, das Modul mit der letzen Busadresse plus der Anzahl belegter Worte wählt. Beispiel: AD04 hat Busadresse 4 und belegt 4 Worte, also hat das nächste Modul Adresse 8.

57 Profibus-Slave-Statusbits
Für jeden Slave ist ein Bit vorhanden, das anzeigt, ob die Kommunikation zum Slave in Ordnung ist.

58 PRM21-Spezial-E/A-Steuerbits
2 Worte Steuerbits Run-Bit 1n0.00 (CS1=20n0.00) muß auf EIN gesetzt werden ! 2 Worte Statusbits des Masters

59 Programmierbeispiel, Übung 7
Um ein Programmierbeispiel ausführen zu können nehmen wir eine beispielhafte Hardwarekonfiguration: CS1G-CPU__ mit C200W-PRM21 PRT1-COM mit DT1-OD16-1 mit der Busadresse 2, SPS-Adresse 50 Dieses Programm zeigt den Sekundentakt am ersten Ausgang des GT1-OD16 am PRT1- COM mit der Stationsnummer 2. Für dieses Beispiel wurde die Baugruppennummer 9 am C200HW-PRM21 eingestellt.

60 Profibus-Kommunikations-Theorie
Data Link Layer: ISO/OSI Modell Schicht 2, in PROFIBUS oft als die Fieldbus Data Link (FDL)- Schicht bezeichnet Es definiert die Schnittstelle zwischen der Physikalischen Schicht und der Anwendungsschicht Es spezifiziert den Buszugriff und Arbitration, Telegrammaufbau, Timing, and Datensicherheit Alle PROFIBUS Versionen (FMS, DP und PA) benutzen das gleiche Buszugriffsprotokoll

61 Data Link Layer - Gerätetypen
PROFIBUS definiert zwei Typen von Geräten: Master-Geräte: Aktive Stationen mit Buszugriffsrechte (für eine begrenzte Zeit) Beispiele: SPS, PC, usw. Slave-Geräte: Passive Stationen, welche nur auf eine Anfrage vom Master antworten. Sie haben keine Buszugriffsrechte. Beispiele: Dezentrale E/A, Antriebe, Sensoren, usw. Strictly speaking, there is a third category of devices: Repeaters and Couplers. However, these devices do not actively take part in data exchange. Repeaters and Couplers (e.g. to interconnect an optical fibre sub-network to a RS-485 sub-network) just pass on the data. Repeaters and Couplers should not be confused with Gateways or Links, i.e. “couplers” between a PROFIBUS network and an other (totally different) network, e.g. a gateway between PROFIBUS and RS-232. In general these devices usually require some configuration, because they “convert” one protocol to another. This also applies to the PROFIBUS-DP/PROFIBUS-PA link. Although they are both PROFIBUS protocols, the physical layer is different and there are some minor differences between the data link layer specifications.

62 Data Link Layer - Buszugriff
PROFIBUS definiert einen hybriden Buszugriff: Master benutzen ein Token Passing Protokoll Slaves werden durch den Master gepollt (ständig abgefragt) Das Buszugriffsprotokoll erlaubt den Aufbau von einfachen Master-Slave- Systemen, Master-Master-Systemen oder eine Kombination von beiden Das Buszugriffsprotokoll bietet: Peer-to-Peer Kommunikation Broadcast/Multicast Kommunikation PROFIBUS distinguishes between active stations like PLCs or PCs - they are called Master devices - and passive stations like sensors or actuators - they are called Slave devices. A logical token ring is established by the bus access protocol between the intelligent stations. The right to access the bus is passed between the stations by means of the token. The token is a special telegram which is transmitted over the bus. When a master station owns the token, it has the right to access the bus and to communicate with all other active or passive stations. The overall Token Rotation Time is user defined during configuration. Each station calculates the individual Token Hold Time and ensures that the overall Token Rotation Time is not expired. This guarantees fair bus access for all stations. Simple devices like sensors and actuators need not implement the logical token passing protocol. The advantage is that the protocol is very simple for passive stations which can be realized cost-efficiently by single-chip ASIC technology. All PROFIBUS variations use the same bus access protocol.

63 Data Link Layer – logischer Token Ring
Aktive Stationen, Master Passive Stationen (Slaves) werden gepollt PROFIBUS PC PLC

64 Data Link Layer - Token Passing
PROFIBUS Master (1): Buszugriffsrechte werden weitergegeben durch Token Ein Master kann nur auf den Bus, wenn er den Token hat. Ein Master kann den Token nur für eine begrenzte Zeit behalten, die “Token-Halte-Zeit” (TTH) Wenn der Master den Buszugriff beendet hat, muss er den Token an einen anderen Master weitergeben Master/Slaves können jederzeit entfernt oder hinzugefügt werden. Das FDL-Protokoll rekonfiguriert den Token Ring automatisch. Active device (masters) or passive devices (slaves) can be added to or removed from the network at any point in time. Every active station is responsible for detecting a new station between its own address and the address of the next station (also known as the GAP area). However, there is one exception to the GAP area: the address between the highest address and address 127 is not considered part of the GAP area. The user has to configure this highest address in the master.

65 Data Link Layer - Token Passing
PROFIBUS Master (2): Das Token-Passing-Protokoll muss sicher stellen, dass der Master genügend Zeit hat, um seinen Buszugriff zu beenden in einem Multi-Master- Netzwerk Im Konfigurator wird die sogenannte “Target Token Rotation Time” (TTR) bestimmt Jeder Master berechnet seine Token-Halte-Zeit bei Erhalt des Tokens nach folgender Formel: TTH = TTR – TRR TTH = Token-Halte-Zeit TTR = Target Token Rotation Time TRR = Real Token Rotation Time The Token Hold Time (TTH) is the maximum time interval during which a master may hold the token. The token must be passed on before or on expiring of this interval. The Real Token Rotation Time (TRR) is measured by each master device. The measurement starts when the Token is received and ends when the next Token is received. The Real Token Rotation Time is important for low priority messages. It allows the master to calculate how much time it has left to deal with these messages, in addition to the high priority messages. PON Pass Token 7 Claim Tok 3 A Idle 2 Use Token 4 Await 5 Check 6 Ch To 8 Aw St 9 Li To 1 Off P Idle 10 Token passing state diagram 0: Offline 4: Use Token 8: Check Token Pass 1: Listen Token 5: Await Data Response 9: Await Status Response 2: Active Idle 6: Check Access Time 10: Passive Idle 3: Claim Token 7: Pass Token

66 Data Link Layer - Slave Polling
PROFIBUS Slaves: Der Master spricht den Slave mit einem Polling-Mechanismus an Der Slavezugriff wird ausgeführt, wenn der Master die Buszugriffsrechte besitzt (d.h. wenn er den Token hat) Der Slave kann nur auf eine Anfrage vom Master antworten Die Kommunikation mit einem Slave ist sehr schnell und einfach, da alles innerhalb der begrenzten THR stattfinden muss

67 Data Link Layer - Datensicherheit
PROFIBUS Datensicherheitselemente: Hamming Distanz = 4 (HD 4)  Bis zu 3 Übertragungsfehler gleichzeitig können erkannt werden Spezielle Start- und Endezeichen: Start-Code (SD), End-Code (ED), Longitudinal Redundancy Check (LRC) Byte (Gerades) Paritätsbit pro Byte Synchronisation durch Start- und Endzeichen The Hamming Distance defines the number of bits, which may change during the actual data transfer from one station to another, before one valid command changes in to another valid command. For example: Each PROFIBUS message type uses a different start delimiter (SD): SD1 = = 10 (hex) SD2 = = 68 (hex) SD3 = = A2 (hex) SD4 = = DC (hex) i.e. to change from one SD in to another, 4 bits will have to change, which is less likely then (e.g.) 1 bit changing (as in Hamming Distance 1) In PROFIBUS, the Longitudinal Redundancy Check byte is often referred to as the Frame Check sequence (FCS).

68 Data Link Layer - Übertragungsfehler
PROFIBUS kann folgende Fehler erkennen: Schicht 1: Zeichenrahmen - Fehler, Überlauf - Fehler, Paritäts - Fehler Übertragungsfehler: Unerwartete Start/Ende-Zeichen, Telegrammrahmen Check-Bytes, Ungültige Telegrammrahmenlänge, Ungültige Antwortzeiten

69 Data Link Layer - Fehlererkennung
Token - Fehler: Verlorene Token, Doppelter Token, Falsche Tokenübertragung Defekte Stationen Kommunikations- Handling- Fehler: Erkannte Fehler wurden vom Empfänger nicht korrigiert Ein fehlerhafte empfangenes Telegramm muss noch einmal gesendet werden

70 Data Link Layer - Services
PROFIBUS definiert vier Servicetypen: SDA: Send Data mit Acknowledge Daten werden zum Master/Slave gesendet, ein kurzes Acknowledge-Telegramm wird als Antwort gesendet SRD: Send und Request Data mit Acknowledge Daten werden gesendet und empfangen in einem Meldungszyklus SDN: Send Data mit No Acknowledge CSRD: Cyclic Send und Request Data The SDA service allows a station to send data to one other station. If the service was received correctly, the adressed station must reply with a short acknowledgement message. If an error occurred, the message must be re-transmitted. The SRD service allows a station to send data to one other station and at the same time to request data from that station. If the service was received correctly, the adressed station must reply with the requested data (which implies an acknowledge). If an error occurred, the message must be re-transmitted. The SDN service allows one station to send data to one or more stations (broadcast/ multicast messages). No acknowledgement message must be returned. If an error occurred at the receiver, the message will be ignored. The CSRD service allows a station to cyclically send data to one other station and at the same time to request data from that station. If the service was received correctly, the adressed station must reply with the requested data (which implies an acknowledge). If an error occurred, the message must be re-transmitted.

71 Data Link Layer - Services
Service Funktion DP PA FMS SDA Send Data with Acknowledge SRD Send and Request Data with reply SDN Send Data with No acknowledge CSRD Cyclic Send and Request Data with reply Benutzung der PROFIBUS Servicetypen:

72 Data Link Layer - Telegrammstruktur
Allgemeine PROFIBUS Telegrammstruktur: Ein Startzeichen (Optional) Adressdaten (Optional) Daten (Optional) Endzeichen Telegrammrahmen für PROFIBUS-FMS/DP und PROFIBUS-PA sind etwas unterschiedlich Token message: SD4 DA SA PROFIBUS-FMS/DP: PROFIBUS-PA: Preamble SD4 DA SA CRC Frame message: Link Layer Data FCS ED Preamble Link Layer Data CRC PROFIBUS-FMS/DP vs. PROFIBUS-PA: Note: Preamble (FF hex) and CRC (16 bits) are defined in IEC

73 Data Link Layer - Telegrammaufbau
FDL Status-Request- Telegramm SD1 DA SA FC FCS ED Datentelegramm - variable Datenlänge SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED Token Message SD4 DA SA Datentelegramm - feste Datenlänge (8 Bytes) SD3 DA SA FC DU FCS ED DA Destination Address DU Data Unit DSAP Destination Service Access Point ED End Delimiter (16 hex) FC Function Code FCS Frame Check Sequence LE Length Ler Repeated Length SA Source Address SDn Start Delimiter number n SSAP Source Service Access Point All PROFIBUS messages are transmitted in the form of a sequence of bytes, each having 11 bits. Each message type has a defined Start Delimiter SD. Each message has the same End Delimiter ED. All messages include a checksum (Frame Check Sequence) which is calculated as the arithmetic sum of the bytes in the message without taking the carry-overs into consideration (LRC-Procedure). SD1: Frame type code SD1 = 10 (hex) Used for sending a request or an acknowledge SD2: Frame type code SD2 = 68 (hex) Used for requests and responses carrying a variable number of data bytes Length byte and frame type byte (SD2) occur twice! SD3: Frame type code SD3 = A2 (hex) Used for requests and responses carrying 8 data bytes (fixed) SD4: Frame type code SD4 = DC (hex) Used to pass on the Token to another master

74 Data Link Layer – Telegrammelemente FC/ SAP
Das Startzeichen bestimmt den Telegrammtyp Frame Control Code (Function Code) definiert: Acknowledge/Response/Send/Request - Telegramm Typ der Station (Master/Slave) Reply/No-Reply, Acknowledge/No-Acknowledge High/Low Priorität der Datenübertragung Service Access Point (SAP) definiert: Typ der Daten (Function) die übertragen werden (DP) Unteradresse im Gerät (FMS) Interface zu höheren ISO/OSI-Schichten Destination and Source SAPs(Service Access Points) are analogous to TCP/IP ports, like TELNET port, FTP port, HTTP port, etc. They provide a permanent, virtual communication channel. In order to provide a fast and easy communication access points are defined. This allows to develop ASIC’s (application specific integrated circuit) for the use with DP without the need of additional processor support. Service Access Points have different functions in PROFIBUS-FMS and PROFIBUS-DP. In PROFIBUS-FMS they specify a sub-address within the device. In PROFIBUS-DP they specify the type of data to be transferred (e.g. parameter data, diagnostic data etc.) When used, they are always transmitted in the PROFIBUS messages. The service access point NIL has a special meaning. It is used at DP for the Data Exchange Messages, but it is not indicated in the telegram on the bus.

75 Data Link Layer - Telegramm Timing
TSYN = 33 Tbit Anfrage Antwort TRDY max TSDR Master Slave Zeit Request Telegramm Response TRDY = Ready Time TSDR = Station Response Time TSYN = Synchronization Time min TSDR All confirmed messages are transmitted in a message cycle. Each message cycle consists of a request frame and a response frame. The time between the request message and the response message is called station delay time. It shall not be faster than minTSDR and not slower than maxTSDR. These times are performance characteristics of a device and they are included into the GSD-Files of a device. These times are typically performance characteristics of slaves. For masters, the ready time TRDY is more important. It defines how long a master needs to be ready to accept a response from a slave. The smaller these time values are for a particular device, the faster the network may be configured. Note: the slowest device determines the speed of the complete network.

76 PROFIBUS-DP - Buszykluszeiten
500 kbps 1.5 Mbps 12 Mbps Geschwindigkeit Für die Übertragung von 512 Bit Eingangs- und 512 Bit Ausgangsdaten verteilt auf 32 Teilnehmer benötigt DP bei 12 MBit/s nur ca. 1 ms. Die Abbildung zeigt typische Übertragungszeiten von DP in Abhängigkeit von der Teilnehmeranzahl und der Übertragungsrate. Bei DP erfolgt die Übertragung der Eingangs- und Ausgangsdaten in einem Nachrichtenzyklus. Die Nutzdatenübertragung erfolgt bei DP mit dem SRD-Dienst (Send and Receive Data Service) der Schicht 2. Calculation of the message cycle times: TMC = ( TSYN + TID1 + TSDR + Header + I x 11TBit + 0 x 11TBit ) x Slaves TMC = Message Cycle Time in Bit Times TID1 = Idle Time at the Master = typically 75 TBit TSDR = Station Delay Time at the Slave = typically 11TBit Header = Telegram Overhead in Request and Response Frame = 198 TBit I = Number of Input Data Bytes per Slave O = Number of Output Data Bytes per Slave Slaves = Number of Slaves Example: PROFIBUS-DP System consisting of 1 Master and 20 Slaves each with 2 Byte Input and 2 Byte Output Data. TMC = ( ) x 20 = 7220 TBit 7220 TBit (1.5 MBaud) = (TBit = 0.66 s) = 4.8 ms 7220 TBit (12 MBaud) = (TBit = 0.83 ns) = 0.6 ms The minimum slave interval indicates the minimum time between two consecutive requests to the same slave, i.e. a master can not call the same slave within the minimum slave interval. Bedingungen: PROFIBUS-DP Mono-Master- System Jeder DP-Slave: 2 Byte Eingang und 2 Byte Ausgangsdaten Min. Slave_Interval =200 sec, Tsdi= 37 Bit-Zeiten, Tsdr = 11 Bit-Zeiten

77 PROFIBUS-DP - Gerätetypen
DP-Master Class 1 (DPM1) Zentrale Steuerung, die Daten mit den dezentralen E/A – Geräten (Slaves) austauscht Bestimmt die Baudrate und verwaltet den Token Theoretisch sind mehrere Master Class1 auf einem Bus zugelassen DP-Master Class 2 (DPM2) Diagnose und Konfigurations-Tool Nimmt immer nur mit einem Slave Verbindung auf DP-Slave Passive Station, schickt Acknowledge-Telegramme oder beantwortet Requests A class 2 master is typical a configuration software with integrated online-functions. This allows to troubleshoot a network or can be used for an easy startup tool to check on wiring. Since the configuration tool is used to do the configuration anyway it can be connected to the network and each individual existing slave can be checked on wiring. In practice, it is possible to build devices that combine Master Class 1 and Master Class 2 functions in a single device.

78 PROFIBUS-DP - Mono-Master Systeme
Typisches Mono-Master- System: 1 DP-Master (Class 1) 1 bis max. 125 DP-Slaves DP-Master (Class 2) - optional DP-Master (Class 1) SPS PROFIBUS-DP PROFIBUS-DP mainly operates in mono-master systems. This means that one master station, for example a PLC, is connected by PROFIBUS-DP with the distributed peripherals like inputs and outputs or sensors and actuators. PROFIBUS-DP replaces the parallel wiring between the PLC and the peripherals. This reduces costs up to 40%. A PROFIBUS-DP mono-master system consists of 1 to 125 Slaves, 1 Master class 1 - this is the PLC - and optionally a Master class 2 - this is a configuration device. The mono-master systems reach the shortest bus-cycle time and are able to transmit 1 kByte of input and output data in less than 2 ms. Grundfunktionen (DP-V0) Die zentrale Steuerung (Master) • liest zyklisch die Eingangsinformationen von den Slaves und • schreibt die Ausgangsinformationen zyklisch an die Slaves. Hierbei sollte die Buszykluszeit kürzer sein als die Programmzykluszeit des zentralen Automatisierungssystems, die in vielen Anwendungen etwa 10 ms beträgt. Dezentrale Ein- und Ausgänge DP - Slaves

79 PROFIBUS-DP - Multi-Master- System
Typisches Multi-Master- System: Mehrere Master (Class 1 oder 2) Max. 126 Geräte am gleichen Bus (max. 124 Slaves) DP-Master (Class 2) DP-Master (Class 1) Dezentrale Ein- und Ausgänge PLC PROFIBUS - DP PC CNC DP - Slaves PROFIBUS-DP can also be used in a multi-master system configuration. This slide shows two active stations, one PLC and one CNC station. Each station has related input and output devices. The advantage of PROFIBUS-DP is that it is possible for each of the active stations to access data of common devices. The DP Master class 2 has the possibility to read the diagnostic information from all devices connected to the network. In a multi-master network, timing for Token and master communication needs to be taken in consideration, since all masters use the same bus. This could slow down the performance of the network.

80 PROFIBUS-DP - Geräte Adressierung
Jedes Gerät bekommt eine eigene Adresse auf dem Bus Jeder Gerätetyp, Slave und Master (Class 1), haben eine individuelle Identnummer Beides wird vom DP-Master benutzt, um ein Gerät zu identifizieren Identnummern - Wertebereich FFFF (hex) Identnummern werden von der PNO (Deutschland) oder PTO (USA) vergeben Beispiele: OMRON-PRM21: 1656 (hex) OMRON-PRT1COM: 047D (hex) As specified in EN50170, an ident number is required for all PROFIBUS-DP/-PA device types (with the exception of Master Class 2 devices). An ident number is also required for PROFIBUS-FMS devices if the FMS device can be configured with a GSD file. The ident number allows devices connected to the bus to be identified with a minimum amount of protocol overhead. In addition, the ident number is used to archive files which contain information on device features and configuration (so-called GSD or Device Database Files). An ident number is only assigned for devices which conform with the PROFIBUS specification to EN Each manufacturer must apply to PROFIBUS International (PI) for a unique ident number for each device type. The ident number is not a serial number. The value range is 0001 hex to FFFE hex. As soon as a manufacturer has been assigned an ident number for a device type by PI, this number can be used for each manufactured device of this type without needing to apply to PI for a new ident number. If the device is modified technically, it remains associated with the device type provided that it is still possible to describe the parameters, modules and options (e.g. modular I/O devices) in a single GSD file. According to EN50170, all manufacturers of PROFIBUS devices are required to provide a GSD file for each device type. The structure and syntax of GSD files is described in EN50170 and in the guidelines from PROFIBUS International. A particular manufacturer code for a GSD file may be chosen. The structure of the GSD-file name is as follows: · The first four characters (minimum 1, maximum 4) consist of the manufacturer code. · The following four characters consist of the ident number in hexadecimal form. · The last character of the file name extension (GSD) is the language version. The default language version code is „D“. The following language version codes are available: English = e, French = f, German = g, Italian = i, Portuguese = p, Spanish = s. Attention: The parameters in the file must be independent of the language version

81 PROFIBUS-DP - Datenaustausch
Syn = Synchronization Time SD2 = Start Delimiter 2 LE = Length LEr = repeated Length DU = Data Unit FCS = Frame Check Sequence ED = End Delimiter DA = Destination Address SA = Source Address FC = Function Code Telegramme SRD-Request, variable Länge der Nutzdaten SRD-Response, variable Länge der Nutzdaten DP-Master DP-Slave SYN SD2 LE DA SA FC DU FCS ED LEr Request Telegramm Trailer Output-Data Header Response Telegramm immediate response Input-Data The data transmission of PROFIBUS-DP is based on a high-efficient telegram structure. The input and output data of a station are transmitted within a single bus-cycle. Each frame can transmit up to 244 Bytes of input or output data. The Master sends out a request frame which includes the output data for the DP Slave station. In the response frame of the DP Slave it transmits the input data information to the Master. After receiving the request frame, the DP Slave responds immediately. If the request or the response frame is destroyed due to EMC problems, the master immediately repeats the message cycle. The number of retries can be configured. All PROFIBUS message frames are highly secure with a hamming distance of HD = 4. Hamming Distance is a measure for the failure security of a system. That means the higher the hamming distance the better the system security. HD = 4 fulfills the requirements for security relevant applications.

82 PROFIBUS-DP – Übersicht der Funktionen
DPM1 DP-Slaves DPM2 Parameterierung / Konfiguration - Übertragung von Slave- Diagnosedaten Übertragung von Master- Diagnosedaten Zyklischer Datenaustausch Sync + Freeze Steuerkommands Slave- Adress-Einstellung ändern Azyklisches Lesen von Ein- / Ausgangsabbildern Azyklisches Lesen /Schreiben irgend welcher Daten (X) Alarm- Handling- Funktionen Upload/Download von Master-Parameter-Tabellen This slide explains the available communication functions of PROFIBUS-DP. They are distinguished with regard to the use in the different communication relationships: - Master Class 1 and DP-Slaves - Master Class 2 and DP-Slaves - Master Class 2 and Master Class 1 Please note that PROFIBUS-DP does not support the communication between several DPM1. If this functionality is required, the additional use of PROFIBUS-FMS is recommended. The extended DP-functions are mainly used for intelligent slaves, with have many different parameters that have to be changed during operation. Therefore, the new Read and Write functions were defined. It is important to know that the extended DP-functions are downwards compatible to the basic DP-functions. This means that devices that implement the new functions are fully interoperable with devices that do not implement the extended functions. The only restriction is that devices with no extended DP functionality will not be able to process the new functions. The Set_Slave_Address message is only supported by teh DP-slae if it has no hardware address settings (e.g. rotary switches), but it uses non-volatile memory instead. (x) Extended PROFIBUS-DP-Funktionen (PROFIBUS-DP/V1)

83 PROFIBUS-DP – Übersicht der Funktionen
Master (Class 1) Master (Class 2) Data_Exchange Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Global_Control Get_Master_Diag PC/VME Data_Exchange RD_Inp RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Get_Cfg Global_Control Set_Slave_Add SPS Start_Seq Download Upload End_Seq Act_Para_Brct Act_Param Data_Exchange RD_Ind RD_Outp Slave_Diag Set_Prm Chk_Cfg Get_Cfg Global_Control Set_Slave_Add (opt) This slide shows the services supported by each of the PROFIBUS defined device types. DP-Master (Class 1) <-> slave: DP-Master (Class 2) <-> slave: - Data_Exchange - Data_Exchange - Slave_Diag - Slave_Diag - Set_Prm - Set_Prm - Chk_Cfg - Chk_Cfg - Global_Control - Global_Control - RD_Inp - RD_Outp - Get_Cfg - Set_Slave_Add The slave must be able to rerspond to all of these requests, initiated by a DP-master. Only the Set_Slave_Add is optional and depends on whether the slave has his station address implemented in hardware (i.e. dip-switches) or not. DP-Master (Class 1) <-> DP-Master (Class 2): - Start_Seq - Download - Upload - End_Seq - Act_Para_Brct - Act_Param Slave

84 PROFIBUS-DP - SAP PROFIBUS-DP Service Access Points:
Standard-SAP: Nutzdatenaustausch SAP 54: Master - Master Funktionen SAP 55: Set / Change Slave Address SAP 56: Read Inputs SAP 57: Read Outputs SAP 58: Control Commands SAP 59: Read Configuration Data SAP 60: Read Diagnostic Data SAP 61: Set Parameterization Data SAP 62: Check Configuration Data

85 PROFIBUS-DP - Master-Slave
Datentransfer zwischen Master und Slaves: Es gibt drei Phasen: Parameterierung des Slaves Konfigurationsüberprüfung des Slaves Datenaustausch mit den Slaves Parameterierung und Konfigurationsüberprüfung müssen abgeschlossen sein, bevor der Datenaustausch beginnen kann. In allen drei Phasen können zusätzliche Diagnose- und Steuerkommandos übertragen werden. From power-on the master-slave communication cycles throughh three phases: Parameterization Phase The slave is parameterized with the present bus-parameters, the monitoring times and slave specific parameters by the DP-Master. Configuration Phase The DP-Master compares the desired and the present configuration of the DP-Slave. User Data Transmission Phase After a successful parameterization and configuration, the DP-Slave changes its state into the user data transmission phase. In this phase the parameterization of the Slave can be changed without interrupting the data transmission. During all three phases additional diagnostics and control command messgaes can be transmitted.

86 PROFIBUS-DP - Slave Zustandsdiagramm
Set_Slave_Add Slave_Diag Power_on Wait_PRM Wait_CFG Data_EXCH Chk_Cfg, not ok Set_Prm, not ok Get_Cfg Set_Prm Set_Prm, OK Chk_Cfg, OK Kann überprüft werden durch Diagnostic Request Right after power-on the DP-slave will be in the Wait_prm state, waiting for a parameterization message from the master. Only after a valid Set_Prm message has been received, the slave will transition to the Chk_Config state and wait for a valid Chk_Cfg message. Only if that has been received, data exchange - using the cyclic data exchange - will be performed. If during data exchange the DP-slave falls back to the Wait_Prm state (see previous sheet), data exchange can only be restored after the performing the parameterization and Check_configuration messages again.

87 PROFIBUS-DP - Parameterierungskommando
Set_Prm (SAP 61)-Telegramm zu einem DP-Slave: Slave-Einstellung Überwachungs-Timers (watch dog) Definition der Station Delay Time (TSDR) Unterstützung des Freeze/Sync-Modus DP-Slave ist ‘locked/unlocked’ für andere Master Definition einer Gruppe Angabe der Adresse des zugehörigen Masters The parameter message (Set_Prm) is the first message a DP-slave expects from a DP-master. Any other message will be rejected. The parameterization message allows the DP-master to set a number of communication parameters within the DP-slave as well as to set a number of user parameters Response Monitoring Time control time for bus activity to the slave TSDR Time for Master/Slave timing minimum Slave Response Time Freeze / Sync Mode/Fail-Safe support Function for the Slave Lock or Unlock Slave for This Master Assignment of Group Allocation Grouping for Sync/Freeze Mode Master Address Allows slave to know the controlling master address Ident Number For verification The number of user data can be any number between 8 and 244 bytes. The user parameter data must be specified to the master, using teh configuration tool. The available user parameters (as well as the number of available user parameters) is defined in the GSD file of the DP-slave. GSD file keywords related to the parameter message: User_Prm_Data_Len, User_Prm_Data, Max_User_Prm_Data_Len, Sync_Mode_supp, Freeze_Mode_supp The parameterization message allows the DP-master to assign the DP-slave to a specific group of devices. A total of 8 different groups can be defined (using a bit-mapped byte). A DP-slave can be part of more then one group. The group concept allows for global control of groups of devices.

88 PROFIBUS-DP - Konfigurationskommando
Chk_Cfg (SAP 62)-Telegramm zu einem DP-Slave: Die Konfiguration definiert die Eingangs/Ausgangsdaten, die beim Datenaustausch übertragen werden sollen. Die Konfiguration kann in Teilen von 16 Bytes/ Worten aufgeteilt werden Definition der konsistenten(zusammegehörigen) E/A-Daten (z.B. doppeltgenauer Positionswert mit 4 Byte Länge) Definition zusätzlicher, herstellerspezifischer Daten The data I/O configuration can be fixed (“compact”) or configurable (“modular”). The selection of which I/O data to exchange for a modular DP-slave device must be made using the configuration tool. Therefore, the “modules” to select are a mandatory part of the GSD file. The GSD file for a DP-slave must contain at least one module declaration, even if you have a compact slave. GSD file keywords related to the configuration message: Module, EndModule, Compact_Station, Modular_Station, Max_Module, Max_Input_Len, Max_Output_Len,Max_Data_Len Selecting an I/O configuration of a modular device may also require additional user parameters to transmit the selection to the DP-slave. Data consistency means that all data bytes have to be transferred before being used in the PLC. Otherwise, update problems may occur due to differences between bus cycles and PLC cycles.

89 PROFIBUS-DP - Steuerkommandos
Global_control (SAP 58)-Telegramm zum DP-Slave: Global-Control-Messages kann an einen, alle oder an eine vordefinierte Gruppe von DP-Slaves gesendet werden. Die Global-Control-Messages benutzt Slaveadresse 127. Die Global-Control-Messages wird benutzt für: Synchronisation der Eingänge: Freeze-Mode Synchronisation der Ausgänge: Sync-Mode Rücksetzen aller Ausgänge zum sicheren Zustand im Fehlerfall: Clear-Mode When set to Freeze mode, a DP-slave will continue to send the same input data, which was send to the master at the time the global control message containing the freeze command was received. The actual inputs may still change, but the values are not send to the DP-master, until the “un-freeze” command is given, using a global control message. When set to Sync mode, a DP-slave will hold the same outputs, which were send to the master at the time the global control message containing the sync command was received. The DP-masster may continue to send new output data, but the data is not transferred to the actual outputs, until the “un-sync” command is given, using a global control message. Fail-safe mode allows the DP-master to set the outputs of a DP-slave to a known state. When in fail-safe mode, the DP-slave will accept data exchange messages, NOT containing any data. the DP-slave will set the outputs as programmed for the fail-safemode. Whether or not a DP-slave implements the three control modes is stated in the GSD file of the DP-slave.

90 PROFIBUS-DP - Diagnosekommando
Diagnose (SAP 60)-Telegramm von einem DP-Slave: Diagnose-Telegramme werden vom Slave auf Anfrage des DP-Masters gesendet. Mit Hilfe des Diagnose-Telegramms können Fehler-Informationen ausgelesen werden. Diagnose-Telegramme beinhalten: Diagnosedaten bezüglich des gesamten Gerätes Diagnosedaten bezüglich der einzelnen Module Diagnosedaten bezüglich einzelner Kanäle Diagnostics message can be send after Wait_Prm state has been passed successfully. They contain at least 6 PROFIBUS defined data bytes, but can contain 6 to 244 bytes additional, user defined DP-slave diagnostics. The meaning of the user defined diagnostics bit and bytes is given in the GSD file of the slave. This allows for assigning ASCII strings to bit and bytes, for convenient displaying on (e.g.) a HMI. If any new diagnostics is to be reported to the DP-master, a DP-slave will return the reponse to the normal cyclic data exchange request message with the High-Priority flag set in the Frame Control Bit. Instead of initiating data exchange with the next slave in the network, the DP-master will then return immediately to the same DP-slave and request the diagnostics message. After the message has been read, the high-priority responses will not be repeated, unless the static_diag flag has been set. Several additional diagnostics flags can be set in the diagnostics message. The separate flag ext_diag will indicate whether any user diagnostics is available (i.e. more then 6 diagnostics bytes) and the static_diag flag will indicate static diagnostics. If the static_diag flag has been set, the DP-master will continuously return to that slave, until the static_diag flag has been removed.

91 PROFIBUS-DP - Erweiterungen
Die Leistungsstufe DP-V1 Azyklischen Datenverkehr für Parametrierung, Bedienung, Beobachtung und Alarmbehandlung intelligenter Feldgeräte, parallel zum zyklischen Nutzdatenverkehr. Online-Zugriff auf Busteilnehmer über Engineering Tools. Drei zusätzliche Alarmtypen: Statusalarm, Update- Alarm und einen herstellerspezifischen Alarm. Azyklischer Datenverkehr Der Schwerpunkt der Leistungsstufe DP-V1 liegt auf dem hier zusätzlich verfügbaren azyklischen Datenverkehr. Dieser bildet die Voraussetzung für Parametrierung und Kalibrierung der Feldgeräte über den Bus während des laufendes Betriebes und für die Einführung bestätigter Alarmmeldungen. Die Übertragung der azyklischen Daten erfolgt parallel zum zyklischen Datenverkehr, allerdings mit niedrigerer Priorität. Abbildung 13 zeigt beispielhafte Kommunikationsabläufe. Der Master Class 1 besitzt die Sendeberechtigung (den Token) und korrespondiert per Aufforderung und Antwort mit Slave 1, danach mit Slave 2 usw. in fester Reihenfolge bis zum letzten Slave der aktuellen Liste (MS0-Kanal); danach übergibt er den Token an den Master Class 2. Dieser kann in der noch verfügbaren Restzeit ("Lücke") des programmierten Zyklus eine azyklische Verbindung zu einem beliebigen Slave zum Austausch von Datensätzen aufnehmen (MS2-Kanal); am Ende der laufenden Zykluszeit gibt er den Token an den Master Class 1 zurück. Der azyklische Austausch von Datensätzen kann sich über mehrere Zyklen bzw. deren "Lücken" hinziehen; am Ende nutzt der Master Class 2 wiederum eine Lücke zum Abbau der Verbindung. Neben dem Master Class 2 kann in ähnlicher Weise auch der Master Class 1 azyklisch Datenaustausch mit Slaves durchführen (MS1-Kanal).

92 Beispiel eines (a-zyklischen) Read-Services
PROFIBUS-DPV1 Beispiel eines (a-zyklischen) Read-Services Anfrage-Telegramm DP - MASTER DP - SLAVE zyklischer Datenaustausch bis angefragte Daten verfügbar sind Length Index Slot number Function Antwort-Telegramm Data The extended DP-Functions permit acyclic read and write services and alarm acknowledgement to be performed in parallel to the cyclic data transmission. With these extended functions, PROFIBUS-DP meets the requirements of complex intelligent devices which often have to be parameterized during operation. The acyclic services are performed with lower priority than the cyclic functions.

93 PROFIBUS-Erweiterung- DPV2
Für die Anforderungen der Antriebstechnik, als Antriebsbus zur Steuerung schneller Bewegungsabläufe Isochroner Slavebetrieb und Slave-Datenquerverkehr (DXB) Slave-Querverkehr Diese Funktion ermöglicht die direkte und damit Zeit sparende Kommunikation zwischen Slaves via Broadcast ohne den Umweg über einen Master. Dabei betätigen sich die Slaves als "Publisher", d.h. die Slave-Anwort geht nicht nur zurück an den koordinierenden Master sondern direkt auch an andere, in den Ablauf eingebundenen Slaves, den sogenannten "Subscribern„ (Abbildung 13). Damit können Slaves Daten aus anderen Slaves direkt verfolgen und als eigene Vorgaben verwenden. Das eröffnet ganz neue Anwendungen; zusätzlich werden die Reaktionszeiten am Bus bis zu 90 % reduziert. Isochroner Modus Diese Funktion ermöglicht eine taktsynchrone Regelung in Master und Slaves unabhängig von der Belastung des Busses. Mit Taktabweichungen kleiner einer Mikrosekunde können damit hochgenaue Positioniervorgänge realisiert werden. Dabei werden alle beteiligten Gerätezyklen durch ein Broadcast-Telegramm "global control„ auf den Bus-Masterzyklus synchronisiert. Ein spezielles Lebenszeichen (laufende Nummer) gestattet die Überwachung der Synchronisation. In Abbildung 14 sind die verfügbaren Zeiten für Datenaustausch (DX, grün), den Zugriff eines Masters Class 2 (gelb) und Reserve (weiß) dargestellt. Die roten Pfeile kennzeichnen einen Weg von der Ist-Datenerfassung (TI ) über die Regelung (Rx) bis hin zur Soll-Datenausgabe (TO), der sich in der Regel über zwei Buszyklen erstreckt. Uhrzeitführung Diese Funktion (ein Uhrzeit-Master schickt mittels des neuen verbindungslosen MS3-Services Zeitmarken an alle Slaves) synchronisiert alle Busteilnehmer auf eine System- Zeit mit einer Abweichung unter einer Millisekunde. Dadurch können Aktionen (events) zeitgenau verfolgt werden. Das ist vor allem bei der Erfassung zeitlicher Abläufe in Netzwerken mit vielen Mastern hilfreich. Diagnosen über Störungen werden dadurch ebenso erleichtert wie die zeitfolgerichtige Einplanung von Aktionen. Up- und Download Diese Funktion erlaubt das Laden beliebig großer Datenbereiche in ein Feldgerät mit einem Kommando. Damit sind beispielsweise Programm-Updates oder Geräteaustausch ohne manuelle Ladevorgänge möglich.

94 PROFIBUS-DP Adressierungsmodell
Adressierung der E/A kann modular aufgebaut sein Base Module Module 1 8 DO Module 2 16 DO Module 3 8 DI Module 4 1 AI Index Slot- Nummer 1 Byte Output 2 Byte Output Module 1 Module 2 1 Byte Input 4 Byte Input Module 3 Module 4 Anfrage: Antwort: Adressierung mit Slot und Index Bei der Adressierung von Daten geht PROFIBUS davon aus, dass die Slaves physikalisch modular aufgebaut sind oder aber intern in logische Funktionseinheiten, sogenannte Module, strukturiert werden können. Dieses Modell spiegelt sich in den DP-Grundfunktionen für den zyklischen Datenverkehr wider, wo jedes Modul eine konstante Anzahl Ein-/Ausgangsbytes besitzt, die an einer festen Position im Nutzdatentelegramm übertragen werden. Das Adressierungsverfahren basiert auf Kennungen, die den Typ eines Moduls als Input, Output oder eine Kombination aus beiden kennzeichnen. Alle Kennungen zusammen ergeben die Konfiguration eines Slaves, die im Hochlauf des Systems auch vom DPM1 überprüft wird. Auch bei den azyklischen Diensten wird dieses Modell zugrunde gelegt. Alle für Schreib- oder Lesezugriffe freigegebenen Datenblöcke werden ebenfalls als den Modulen zugehörig betrachtet und können mit Hilfe von Slot-Number und Index adressiert werden. Die Slot-Number adressiert dabei das Modul, und der Index die einem Modul zugehörigen Datenblöcke. Jeder Datenblock kann bis zu 244 Byte groß sein (Abbildung 15). Bei modularen Geräten ist die Slot- Number den Modulen zugeordnet. Die Module beginnen bei 1 und werden lückenlos in aufsteigender Reihenfolge festgelegt. Die Slot- Number 0 ist für das Gerät selbst´vorgesehen. Kompaktgeräte werden als eine Einheit von virtuellen Modulen betrachtet. Auch hier gilt die Adressierung mit Slot-Number und Index. Durch die Längenangabe im Read- bzw. Write-Request können auch nur Teile eines Datenblocks gelesen bzw. geschrieben werden. Wenn der Zugriff auf den Datenblock erfolgreich war, antwortet der Slave mit einer positiven Read- bzw. Write-Response oder kann andernfalls in der negativen Response das Problem klassifizieren.

95 PROFIBUS-DP – GSD-Datei
Jedes PROFIBUS-DP - Geräte ist in einer GSD-Datei beschrieben, ein elektronisches Datenblatt des Geräts. Jeder Gerätehersteller erstellt sein individuelle GSD-Datei. Eine GSD-Datei enthält gerätespezifische Parameter: Unterstützte Baudraten Unterstütze Telegrammlängen Umfang der Ein-/Ausgangsdaten Bedeutung der Diagnose-Telegramme Verfügbare Optionen für modulare Geräte Eine GSD ist eine lesbare ASCIIText- Datei und enthält sowohl allgemeine als auch gerätespezifische Festlegungen bezüglich der Kommunikation. Jede der Eintragungen beschreibt ein Merkmal, welches ein Gerät unterstützt. Anhand von Schlüsselwörtern erkennt ein Konfigurationstool aus der GSD die Geräteidentifikation, die einstellbaren Parameter, den entsprechenden Datentyp und die erlaubten Grenzwerte für die Konfiguration des Gerätes. Einige der Schlüsselwörter sind obligatorisch (mandatory, z.B. Vendor_Name), andere optional, z.B. Sync_Mode_ supported. Eine GSD ersetzt die früher üblichen Gerätehandbücher und erlaubt bereits während der Projektierungsphase automatische Überprüfungen auf Eingabefehler und Konsistenz der Daten. Aufbau einer GSD Eine GSD ist in drei Abschnitte unterteilt: Allgemeine Festlegungen Dieser Bereich enthält Angaben zu Hersteller- und Gerätenamen, Hard- und Software-Ausgabeständen sowie zu den unterstützten - Übertragungsraten, den möglichen Zeitspannen für Überwachungszeiten und der Signalbelegung am Busstecker. Master-Festlegungen In diesem Bereich werden alle Parameter eingetragen, die nur für Master-Geräte zutreffen, wie die Anzahl anschließbarer Slaves oder die Upload- und Download-Möglichkeiten. Dieser Bereich ist bei Slave-Geräten nicht vorhanden. Slave-Festlegungen Hier erfolgen alle Slave-spezifischen Angaben wie die Anzahl und Art der E/A Kanäle, Festlegung von Diagnosetexten sowie Angaben über die zur Verfügung stehenden Module bei modularen Geräten. Zusätzlich besteht die Möglichkeit, Bitmap-Files mit den Symbolen der Geräte einzubinden. Das Format der GSD ist sehr flexibel gestaltet. Es beinhaltet sowohl Aufzählungen, wie z. B. die Angaben, welche Übertragungsraten das Gerät unterstützt, als auch Möglichkeiten zur Beschreibung der bei einem modularen Gerät zur Verfügung stehenden Module. Den Diagnosemeldungen können auch Klartexte zugeordnet werden.

96 PROFIBUS-DP – GSD-Datei- Beispiel
Parameter Text (O) Ext. User Parameter-Daten (O) Allgemeine Daten (M) Allg. Slave-Daten (M) Gerätespezifische Slave-Daten (O) E/A-Definition (M) #PROFIBUS_DP - each DP GSD file needs to start with this expression. GSD_Revision=1, states the version of the GSD file regarding the standard. Model_Name is used for display in the configuration tool. Each different device needs to have a unique Ident number, which means if you need to have a separate GSD file in order to describe your device it is different. Protocol - defines if the slave supports DP or DP and FMS. supported baudrates, a slave needs to support at least two baudrates between 9.6kBaud and 1.5MBaud. Max TSDR is defined in the standard for all the different baudrates Sync_supported/Freeze_supported indicate wether the DP-slave supports these functions. The baudrate is determined through the master, the slave is able to detect the baudrate automatically. Set station address is a master class 2 service. Not every master supports this function, therefore a hard wired solution for the station address is recommended. Slave interval is the time a master needs to wait after sending a telegram to the slave before sending the next telegram to the slave. A min slave interval should not exceed 1ms. Diagnostic length - each device needs to support 6 bytes mandatory diagnostic defined in the standard, in addition each device can support device related diagnostic information. Modular station, PROFIBUS differentiates between a modular device which is expandable with different I/O sizes and a compact device which has a predefined size for I/O. Max length information is used only for modular devices. It describes the maximum length of Input, Output data for a device. This information is used inside the configuration tool for control purpose. M = Mandatory, O = optional

97 PROFIBUS Profile PA DP Layer DP-Profiles PA-Profiles FMS Device
IEC Interface* IEC User Layer (3)-(6) Application (7) Data Link (2) Physical (1) not used PA DP DP-Eerweiterung Fieldbus Data Link (FDL) Fieldbus Message Specification (FMS) DP-Profiles RS-485 / Fibre Optic DP Basic Functions

98 PROFIBUS Profile Profile sind Vorschriften für die Anwenderdaten
Profile definieren die Eigenschaften und Verhalten der Geräte Profile sorgen dafür, dass auch kompliziertere Geräte verschiedener Hersteller wirklich einfach austauschbar werden Profile definieren welche der optionalen Kommunikations-funktion tatsächlich benutzt werden Profile definieren die Grundeinstellung der Geräteparameter Die Profile in der Automatisierungstechnik legen für Geräte, Gerätefamilien oder gesamte Systeme bestimmte Eigenschaften und Verhaltensweisen so fest, dass dadurch deren weitgehende, eindeutige Charakterisierung erreicht wird. Nur Geräte und Systeme mit herstellerübergreifend gleichem Profil können sich an einem Feldbus "interoperabel“ verhalten und damit die Feldbusvorteile für den Anwender voll erschließen. The PROFIBUS protocol defines how user data have to be transmitted between the stations over the bus. User data are not evaluated by the protocol functions. The meaning of the user data is specified by means of profiles. In addition, the profiles specify how the PROFIBUS services shall be used in the particular application area. Utilizing the profiles, plant operators and end users have the advantage of being able to exchange devices from different vendors. The profiles also significantly reduce engineering costs for the user since the meaning of application-related parameters is specified precisely. Utilization of the profiles permits individual components from different vendors to be exchanged without the plant operator noticing a difference.

99 PROFIBUS-DP- Profile Roboter/NC Encoder
Antriebe (Umrichter = ProfiDRIVE) Bedien- und Anzeigegeräte Hydraulische Antriebe Geräte zur Halbleiterherstellung Niederspannungsschaltgeräte Dosier- und Wägesysteme Identsysteme Flüssigkeitspumpen Communication between controllers: A communication profile, based on standard controller classes, describing the selection of the necessary services, parameters and data types. Building automation: A branch profile dedicated to building automation, containing general definitions how building automation devices are communicating. Low-voltage switching gears: This is a branch profile. Defining how low voltage switching gears are communicating using the PROFIBUS-FMS protocol. NC/RC: This profile describes how many manipulator and assembler robots are controlled via DP. Based on detailed sequence diagrams, motion and program control of the robots is described from the point of view of the higher-level automation facility Encoders: This profile describes linking PROFIBUS-DP to rotary encoders, angle encoders and linear encoders with single-turn or multi-turn resolution. Two classes of devices define basic functions and supplemental functions such as scaling, interrupt processing and expanded diagnostics. Variable-speed drive (ProfiDRIVE): The profile specifies how the drives are to be parameterized and how the setpoints and actual values are to be transmitted. This enables drives from different vendors to be exchanged. The profile contains necessary specifications for speed control and positioning. It specifies the basic drive functions while leaving sufficient freedom for application-specific expansion and further developments. The profile describes the mapping of the application functions for DP or FMS. Operator control and process monitoring: This profile of simple operator control and processing monitoring devices (HMI) specifies the linking of these devices via PROFIBUS-DP to higher-level automation components. The profile uses the extended PROFIBUS-DP functions for the communication.

100 PRT1-COM PROFIBUS-DP Slave
PROFIBUS-DP Feldbuskppler für Multi-Remote-E/A Baudraten bis zu 12 Mbaud Sync/Freeze-Funktionalität wird unterstützt Max. 128 Byte Eingänge und/oder Ausgangsdaten Buszyklus und E/A-Refreshzyklus kann synchronisiert werden

101 C200H-PRT21 PROFIBUS-DP Slave
PROFIBUS-DP- Slave für C200H- und CS1- SPS Baudraten bis zu 12 Mbaud Sync/Freeze-Funktionalität wird unterstützt Insgesamt 2 bis 400 Byte Daten austauschbar Die SPS-Speicherbereiche können im Rahmen der C200HE- Speichergrößen zugeordnet werden

102 CQM1-PRT21 Produktvorstellung Merkmale Funktionen Tips & Tricks

103 CQM1-PRT21 Packungsinhalt
Baugruppe Kein PROFIBUS-DP Stecker Instruction Sheet Kein Handbuch. Most OMRON PLC units are shipped with all required connectors in the box. In this case (like our other PROFIBUS-DP slave units), the type of connector to be used depends on the application. At low baud rates, ordinary 9-pin D-subs can be used, but at baud rates over 500 kbit/s, special PROFIBUS-DP plugs are required. The GSD file OC_054D.GSD, required to configure the unit in a PROFIBUS-DP master is provided on a floppy disk shipped with the unit. For configurators which support graphical representation of units, three bitmap files are provided, which are according to the PROFIBUS standard. The GSD+bitmap files are also available from in the GSD library. All necessary information about the unit fits on one double-sided A4 sheet, as included with the unit. There is no Operation Manual. A pdf file of the Instruction Sheet (in English) is available on the floppy. Diskette enthält GSD+Bitmap-Datei, pdf-Datei des Instr.Sheet.

104 CQM1-PRT21 Merkmale CQM1- E/A- Baugruppe PROFIBUS-DP - Slave
Für jede CQM1(H)- CPU. Für die CQM1-CPU, sieht es aus wie eine ‘einfache’ E/A Baugruppe. kann 4, 8, 12 oder 16 Worte belegen (# in = # out). PROFIBUS-DP - Slave Für den PROFIBUS-DP - Master, ist es eine ‘modulare’ Slave-Station. Konfiguration kann 2, 4, 6 oder 8 Worte E/A sein. Zyklischer Datenaustausch + Sync/Freeze unterstützt. Since the unit is connected to the CQM1 I/O bus, it can be used with any CPU type. This as opposed to CPU option boards or CPU bus units, which can only be installed on the top-of-the-line CPU’s. This does mean that the I/O words occupied by the unit should be included in the total I/O count, and therefore reduce the I/O channels available for ‘normal’ I/O units. The user can select the number of words that the unit occupies on the I/O bus. The number of input words and output words are always equal. The lowest setting is 2 words in + 2 words out, the highest is 8 words in + 8 words out. As a PROFIBUS-DP slave, the unit supports all standard PROFIBUS-DP functions. It does not require specific parameterisation nor generates device-specific diagnostics. The PROFIBUS-DP configuration of the unit, as set in its Master, should match the unit’s I/O count at the CQM1 I/O-bus side. If the Master is configured differently, no data exchange will take place over PROFIBUS. When configuring that the Master, the user can choose 1 out of 4 predefined modules with I/O sizes to match the selections for the I/O bus allocation.

105 CQM1-PRT21 Eingänge und Ausgänge...
Die CQM1-PRT21 ist ein Slave für 2 Master: CQM1 CPU, durch den E/A-Bus. PROFIBUS-DP Master, über den PROFIBUS. CQM1 CPU OUT IN P-DP Master I/O bus ASIC PROFI BUS ASIC IN OUT The usage of the terms input and output can become confusing for a unit like this. It is in fact a slave to two masters: the CQM1 CPU on one side and the PROFIBUS-DP Master on the other. What is considered output data from the CQM1 PLC’s point of view (i.e. IR100+), is called input data at the PROFIBUS-DP Master. Data sent out by the PROFIBUS-DP master is mapped to input channels at the CQM1 PLC (i.e. IR001+). All ‘low-level’ bus communication is handled by application-specific integrated circuits (ASICs), and the exchange of data between the ASICs is done by a microcontroller. This also handles the correct start-up and shutdown of the unit, reads out the switches, supervises the ASICs and controls the status LEDs. CQM1-PRT21

106 CQM1- Funktionensablauf
Nach den Einschalten, erkennt die CPU die Anzahl der E/A-Worte, die auszutauschen sind. Wenn der E/A-Bus aktiv ist, werden nur E/A Daten mit der Baugruppe ausgetauscht. Ausgangsdaten von der CPU zur Baugruppe, zur Übertragung an den PROFIBUS- Master. Daten vom PROFIBUS- Master wird als Eingangsdaten in die CPU eingelesen (0000 wenn keine Daten ausgetauscht werden). From the CQM1 CPU’s point of view, this is seen as an ‘ordinary I/O unit. At startup of the CPU, it needs to know how many input and output words each unit occupies. Depending on the DIP switch setting of the CQM1-PRT21, it will report to occupy either 2, 4, 6, or 8 words of input and output data. If the switches would be changed during operation, this is ignored by the unit. All I/O words that the unit exchanges with the CQM1 CPU contain I/O data received from and to be sent to the PROFIBUS Master. There is no exchange of status information in order to use the available I/O words as efficiently as possible. If there is no PROFIBUS-DP data exchange, the unit will set all data to the CQM1 PLC to 0000. The only exception is when the slave unit has been configured with the communication watchdog disabled. Once data exchange has been established, the time between two subsequent data exchanges will not be monitored by the slave. It will remain in data exchange until reconfigured by a Master, or until reset by power OFF/ON.

107 CQM1-PRT21-PROFIBUS-Merkmale
DP-Slave konform EN 2, 4, 6, oder 8 E/A-Worte, aber nur 1 Wort Konsistenz. Stationsadresse nur wählbar (nicht bis 126). 00 normalerweise reserviert für Class 2 - Master. Autobaudraten-Erkennung (9k6 - 12M). SYNC / FREEZE unterstützt. Fail-safe unterstützt. Master kann leere Telegramme im CLEAR-Mode senden. As a slave, the unit complies with the European standard EN50170 that defines PROFIBUS. PROFIBUS uses the terms ‘Compact’ and ‘Modular’ slaves. Compact slaves have a fixed I/O configuration, whereas the I/O size of modular slaves is application dependent and user-configurable. The CQM1-PRT21 is a modular slave, although it is not ‘mechanically’ modular like e.g. PRT1-COM. Besides defining the number of input and output words, the configuration of a PROFIBUS-DP slave also contains information about its data consistency. In CQM1-PRT21 consistency per word is guaranteed, but not the consistency of the total data size. It is guaranteed that all 16 bits of each word in the host PLC arrive at the master together, but not that 2 adjacent words modified in one PLC cycle arrive at the Master in the same PROFIBUS message. PROFIBUS allows bus addresses 0-126, but this unit only supports address setting up to 99 (as many 3rd party slaves). Auto baudrate detection is a standard PROFIBUS feature, as opposed to DeviceNet! Sync/Freeze will be explained later. Fail-safe and WD_base are included to assure compatibility with some 3rd party master units.

108 CQM1-PRT21 Seitenansicht
Steckbrücke Fabriktest DIP-Schalter E/A-Größe + Datenformat + Beschreibung Before mounting the unit, it is necessary to set the internal DIP switches. These define the I/O size at the CQM1- as well as the PROFIBUS side, and can select between Intel and Motorola data format. The setting options are printed on the lower PCB. The only other function that can be selected here is to put the unit in factory test mode. For normal operation, make sure that the 2 pins indicated at the top of the unit are not connected.

109 Byte-Reihenfolge: Motorola / Intel
Wort- Daten auf dem PROFIBUS-DP: High Byte zuerst (big-endian) Motorola-Format. Byte- Daten auf dem PROFIBUS-DP: nacheinander, ‘niedriges’ Byte zuerst. Alle E/A der CQM1-PRT21 ist als Wortdaten definiert. Einige SPS anderer Hersteller benutzen byteorientierten Speicher, oder speichern Wortdaten im Intelformat. Wortdaten von der CQM1 sind dann ‘verdreht’. Setzen Sie SW3 auf ON um High- und Lowbyte zwischen CQM1 und PROFIBUS zu vertauschen. Gültig für alle E/A-Worte der CQM1-PRT21. The Motorola/Intel option was added to provide compatibility with 3rd party PROFIBUS-DP Masters which have problems in dealing with word-based data (S5?). Since the method of sending word-based data over PROFIBUS-DP is defined by the standard, in principle the Motorola setting should give the correct representation of data in any Master unit. In case of OMRON Masters and Slaves, always use Motorola.

110 CQM1-PRT21 Fabriktest-Modus
Bei der Produktion in Holland verwendet. Aktivierbar durch Steckbrücke Alle DIP-Schalter werden ignoriert! Stationsadress = 04, E/A = 8 In + 8 Out, Motorola Mode Test durch ein Kommando + Antwort via IR Worte. PROFIBUS-DP Loopback. OUT IN CQM1 CPU CMD P-DP Master This information is given so you can easily recognise the symptoms of a unit that operates in factory test mode (e.g. in case wire clippings have short-circuited the jumper pins, or the used has accidentally bent the pins so that they touch…). Factory test mode is a special state of the unit used after production to verify if all components function as intended. To execute this test, a jumper is placed on the pins at the top of the unit, and the unit is connected to a specially programmed CQM1 PLC, and to a PROFIBUS-DP Master. Since during the factory test the correct functioning of all switches and LEDs are to be checked, these function different from normal operation. The address will be fixed to 04, regardless of the rotary switches, and the I/O is 8 words in Motorola mode, regardless of the DIP switches. Individual test items are executed by sending a command from the PLC CPU to the unit, using the words normally allocated to PROFIBUS data. The unit executes the requested test, and returns the result of the test. Meanwhile all 4 words received over PROFIBUS-DP are continuously looped back to the Master to test the communication interface. TEST RSP IN OUT CQM1-PRT21

111 CQM1-PRT21 Frontansicht 8 Status LEDs PROFIBUS-DP Adresse 00-99
(2 Drehschalter) Kommunikations-Statusausgang (Relaiskontakt) PROFIBUS-DP- Stecker (Standard 9-polig D-Sub) At the front of the unit you will find: - LED indicators, showing the status of the unit. - The rotary switches to set the PROFIBUS-DP address (note the order, turn your head to the left to easily read the address). - A terminal through which a relay contact indicates if the unit is in I/O data exchange on PROFIBUS or not. - The PROFIBUS-DP connector, according to the recommendations in EN50170.

112 CQM1-PRT21 LED-Anzeigen  RUN  COMM  BF  ERR Detaillierter
PROFIBUS-DP - Status Gültig wenn COMM = AN ‘normalerweise’ alle AUS. Baugruppen-Status PROFIBUS-DP Status  RUN AN = E/A-Bus OK. Blinkt = Initialisierung. AUS = Fataler Fehler / Kein Strom.  COMM AN = E/A-Datenaustausch mit Master AUS = Kein E/A-Datenaustausch On the left are the main status indicators, which show if the unit is operating normally (RUN and COMM both green) or if there is a communication problem on either the I/O bus side (ERR) or the PROFIBUS side (BF). The ERR LED is controlled directly by the I/O bus ASICs, and will light if the communication with the host PLC fails. The RUN LED will blink while the unit is initialising. This normally is too brief to notice. The COMM LED will turn ON as soon as the unit has performed the first data exchange with the Master, and OFF when the communication watchdog (as set by the Master) expires. The BF LED indicates if the unit has received and accepted the configuration data (I/O allocation and parameters) from the Master. The LEDs on the right are all yellow, and give additional information about PROFIBUS-DP slave functions of the unit.  BF AN = Kein Kommunikation. Blinkt = Fehler in Konfiguration. AUS = Konfiguration OK.  ERR AN = Fataler Fehler am E/A-Bus

113 Profibus-Einstellung - WD OFF
Wenn diese LED leuchtet, hat der PROFIBUS Master den KommuniKations- Watchdog-Timer deaktiviert. Der Slave wird die zuletzt erhaltenen Daten des Masters ‘einfrieren’. Sie bleiben erhalten, auch wenn die Verbindung zum Master unterbrochen wurde. If the WD OFF LED is ON, the communication watchdog is disabled. The time between two subsequent data exchanges with the master is not monitored, so when a data exchange with the Master has taken place, it may take forever until the next data exchange. The slave will indicate COMM until power off, or until reconfigured by the master. Normally the WD OFF LED is OFF. The slave will turn the COMM LED and relay OFF when the communication watchdog expires.

114 Profibus-Einstellung - CLEAR
Wenn diese LED leuchtet, hat der Slave ein Global-Control- Command CLEAR vom Master bekommen. Die Ausgänge (Eingänge der SPS) werden auf 0 gesetzt. GCC_Clear ist ein Broadcast- oder Multicast- Kommando, dass der DP-Master benutzt, um alle Ausgänge gleichzeitig auf 0 zu setzen. Beispiel: Auto Clear Mode Wenn irgend ein Slave defekt ist, sendet der Master GCC_Clear an alle Slaves und stopppt den Datenaustausch. CLEAR is a multicast command that can be sent by the PROFIBUS-DP master. All addressed slaves (this can be ALL slaves or a group of slaves) will set all of their outputs to 0. In case of the CQM1-PRT21 this means the INPUT words to the PLC CPU are set to 0000. When the CQM1-PRT21 has appected a CLEAR command, it will light the CLEAR LED until it performs the next data exchange with the master. CLEAR commands can be generated with the C200HW-PRM21 by setting the target group and toggling the applicable command bit. However, if the slave is not in Sync mode, or data exchange is not stopped by the master immediately after the CLEAR command, the CLEAR will immediately be overruled by the next data exchange. Note: Siemens S7-300 CPU’s with PROFIBUS-DP master function send a CLEAR when they are switched from RUN to STOP mode.

115 Profibus-Einstellung - SYNC
Wenn diese LED leuchtet, hat der Slave ein Global-Control- Command SYNC vom Master bekommen. Die Ausgänge (Eingänge der SPS) werden nicht aufgefrischt, bis das nächste SYNC- Kommando vom Master kommt. Der Slave bleibt im SYNC- Modus bis der Master UNSYNC sendet, oder das System neu gestartet wird. Beispiel: Ein SYNC-Kommando an Gruppe 1 beeinflußt die CQM1-PRT21, ein SYNC an Gruppe 2 nicht. The SYNC multicast command can be used to make sure that a group of slaves all update their output data simultaneously. When in SYNC mode, a slave will receive data from its master, but only transfer the received data to its outputs when it receives the SYNC command. Since this is broadcast to multiple slaves, these all update their outputs at the same time. The SYNC LED indicates that the unit has accepted a SYNC command. When lit, the user knows that the output data (PLC input) is NOT updated every PROFIBUS-DP cycle, but each time the master sends a new SYNC command. The slave exits SYNC mode when it receives an UNSYNC command, or when it is restarted.

116 Profibus-Einstellung - FREEZE
Wenn diese LED leuchtet, hat der Slave ein Global-Control- Command FREEZE vom Master bekommen. Die Eingänge (Ausgänge der SPS) werden nicht aufgefrischt, bis das nächste FREEZE - Kommando vom Master kommt. Der Slave bleibt im FREEZE- Modus bis der Master UNFREEZE sendet, oder das System neu gestartet wird. CQM1 (Out data) A B C E/A Refresh CQM1 E/A BUS Slave (CQM1- PRT21) FREEZE FREEZE C UNFREEZE PROFIBUS-DP DP Daten- austausch The opposite of SYNC. The FREEZE multicast command can be used to make sure that a group of slaves all update their input data simultaneously. When in FREEZE mode, a slave will only refresh its inputs and transfer this new data to its Master when it receives the FREEZE command. Since this is broadcast to multiple slaves, these all update their inputs at the same time. The FREEZE LED indicates that the unit has accepted a FREEZE command. When lit, the user knows that the input data (PLC output) is NOT processed every PROFIBUS-DP cycle, but each time the master sends a new FREEZE command. The slave exits FREEZE mode when it receives an UNFREEZE command, or when it is restarted. Master (In data) C

117 CQM1-PRT21 Status information
Die Baugruppe kennt nicht den Betriebszustand der CPU. Es kann nur die Aktivität auf dem E/A-Bus überprüft werden, bei Busausfall (Watchdog), hört die Baugruppe auf Daten zu übertragen. Die CPU kann nicht erkennen, ob der PROFIBUS-Datenaustausch aktiv ist. Ohne Datenaustausch, sind die Eingänge der SPS 0000. Bitte das Kommunikation-Status-Relais verwenden. z.B. 24 V zu einem CPU-Eingang (8 ms Filter !) Since the I/O words of the CQM1-PRT21 are fully occupied by the data exchanged with the PROFIBUS-DP Master, the PLC CPU and the unit cannot exchange status information. Obviously, if the I/O bus fails the unit will notice this, but it cannot distinguish if the PLC is in PROGRAM, MONITOR or RUN mode, or if there are non-fatal errors in the PLC. Conversely, the PLC does not know the ‘PROFIBUS’ status of the unit. In case there is no data exchange with the Master, the allocated input words of the PLC will be 0000, but that may also be legitimate data sent by the Master. To know if the unit is in data exchange, the COMM status relay can be used. This relay will switch ON at the first data exchange with the master, and OFF when the communication watchdog expires and the data is cleared (or at power off, or reconfiguration by the Master). Obviously, there is a slight delay (few ms) in opening and closing the relay contact. Note that when the COMM output is used to put a 24V status signal on a PLC input, that the standard input filter of CQM1 is 8 ms!

118 CQM1-PRT21 COMM-Status-Relais
Master Slave Slv_Diag Nicht bereit COMM BF Ident Code, WD_Faktoren, Gruppen ID, Parameter ACK Set_Prm # E/A-Wort- Konsistenz Chk_Cfg Bereit Master ist ... WD ist aktiv Ausgangsdaten Eingangsdaten Data_Exch COMM Relais AN (bis Watchdog) < 10 ms BF blinkt falls zurück- gewiesen To clarify the start of data exchange of a PROFIBUS-DP slave, this diagram shows the normal sequence of communication start-up. After power-on, or when data exchange with the slave has been interrupted, the Master will send requests for slave diagnostics to its configured slaves. (If many slaves are missing, the timeouts on these diagnostic requests can considerably influence the communication cycle with other slaves). If a slave has been powered on, it will initially respond to the diagnostic request by telling the Master it is not ready for data exchange. When the Master gets this response, it will send Set_Parameter and Check_Configuration messages to the slave. These only result in a fast acknowledge, since the slave needs some time to check if it can accept the Master’s data. The master will then continue to send Slv_Diag messages. If the slave is still processing the information from the master, it will tell the master to wait. If the slave does not accept the configuration (I/O size) or parameters it will blink the BF LED, and tell the master that there is a configuration- or parameter error. If the slave accepts the settings, it confirms to the master that it is ready for data exchange and BF goes OFF. After the Master’s first data exchange telegram, COMM will go ON (in large bus systems, at low baud rates, this can take seconds!)

119 CQM1-PRT21 Konfiguration
Wählen Sie das Modul, dass der Einstellung entspricht Erlaubte Parameter (Byte 0) 0x00 = Kein Fail-Safe WD_base = 10 ms 0x40 = Fail-Safe unterstützt Master kann leere Telegramme nach CLEAR senden 0x04 = Watchdog Base 1 ms Erlaubt dem Master den Watchdog  10 ms zu setzen 0x44 = Beides kombiniert Example shows SyCon V2.6 for C200HW-PRM21 master unit. The shown data (modules, parameters) is read from the GSD file OC_054D.GSD. The module identifiers 0x71, 0x73, etc are PROFIBUS-defined codes signifying word-based I/O without overall consistency. The 3 parameter bytes are required by the communication ASIC we used, the 2nd and 3rd byte must be 0x00. Fail-Safe: This parameter tells the Master that it MAY send empty telegrams (i.e. very short messages) after a CLEAR command. The slave will regard these as data exchanges, so that the communication watchdog will not expire. If the parameter is not set, the Master will have to send data telegrams with content … 0000 after a CLEAR command to keep the slave’s watchdog from expiring. Watchdog Base: This parameter tells the Master that the slave’s communication watchdog is set in increments of 1 ms instead of the standard 10 ms. The master will adjust the watchdog multiplication factors it sends to this slave accordingly. This allows more accurate adjustment of the watchdog time.

120 CQM1-PRT21 Datenkonsistenz
CQM1 CPU führt den E/A-Refresh Wort für Wort durch Die E/A-Baugruppe erkennt nicht, wann der Refresh durchgeführt wird. SPS- und PROFIBUS-Zyklus sind unabhängig voneinander. Die Konsistenz der Daten ist nicht garantiert. Datenworte, die in einem PROFIBUS-Telegramm gesendet werden könnten nicht alle im gleichen SPS-Zyklus zur Verfügung stehen. Datenworte, die in einem SPS-Zyklus erzeugt werden könnten nicht alle im gleichen PROFIBUS-Telegramm gesendet werden. Wichtig für: Übertragung von Daten > 16 Bit, z.B. Zähler- oder Positionswerte. Indirekte Adressierung; Übertragung von Adresse+Daten. Consistency (or the lack of it) is not critical in many cases. Only when one needs to be sure that words of data generated in one PLC cycle ‘stay together’ during their journey from master to slave or vice versa, it becomes an issue. Examples: The CQM1 slave PLC has a high-speed counter board in the CPU, and it’s 32-bit counter values are transferred to the PROFIBUS Master. Of course the upper 16 bits will not change continuously, but when they do, consistency with the lower 16 bits is particularly important (e.g. a 4-count increment from 0236 FFFD to may give the transitional value or 0237 FFFD). The 2-word message [X, Y] that the master sends to the slave could mean “write data X to address Y”. If X and Y do not change simultaneously, incorrect data is written to an address.

121 Datenkonsistenz : Vorkehrungen (1)
Beispiel: 32 Bit- Zählerwert ändert sich von FFFD nach Slave Master IR100 FFFD FFFD IR350 IR101 0236 0236 IR351 IR100 IR101 0002 0236 IR351 0237 2tes Wort noch nicht aufgefrischt: Falscher Zähler- wert ! IR100 IR101 0004 0237 IR351

122 Datenkonsistenz : Vorkehrungen (2)
Hinzufügen einer Cheksumme, z.B. XORW der Datenworte: Slave Master IR100 FFFD FFFD IR350 IR101 0236 0236 IR351 OK IR102 FDCB FDCB IR352 Überprüfung, ob XORW(IR350, IR351) = IR352 bevor der Zählerwert weiter verarbeitet wird. IR100 IR101 0002 0237 IR102 0235 0236 FDCB IR350 IR351 IR352 NG

123 Datenkonsistenz : Vorkehrungen (3)
Indirekte Adressierung der Slave-SPS durch den Master z.B. schreibe 1234 nach DM0200, dann 5678 nach DM0201 Master Slave DM0001 IR001 MOV *DM0001 IR002 IR050 0200 0200 IR001 IR051 1234 1234 IR002 IR050 IR051 0201 1234 IR001 IR002 5678 2tes Wort noch nicht aufgefrischt: Falsche Daten 1234 in DM0201 geschrieben

124 Datenkonsistenz : Vorkehrungen (4)
Indirekte Adressierung der Slave-SPS durch den Master Hinzufügen einer Cheksumme, z.B. XORW der Adresse + Daten: Master Slave IR050 0200 0200 IR001 IR051 1234 1234 IR002 IR052 1034 1034 IR003 Überprüfung, ob XORW(IR001, IR002) = IR003 bevor die Daten in die indirekte Adresse übertragen werden IR050 IR051 0201 5678 IR052 5479 1234 1034 IR001 IR002 IR003

125 Profibus-DP am Umrichter 3G3FV
Baudrate automatisch: 9600 bis 12 Mbaud 16 Worte mit direkten Daten vom Umrichter PWR COM ERR WD A B Profibuskabel Schirm 101 Adresse 100

126 Einstellungen am 3G3FV Menue / Initialize / Access Level /Advanced Level Programming b1-01=3 und b1-02=3

127 Profibus-Daten vom 3G3FV
Ausgangsbits: Eingangsbits (Flags):

128 Profibus-Daten vom 3G3FV
Ausgangsdaten:

129 Profibus-Daten vom 3G3FV
Eingangsdaten:

130 Vergleich mit DeviceNet
DeviceNet Profibus-DP Prinzip Multimaster Master-Slave Zugriffsprinzip Bitweise Arbitration Token - Passing Übertragungsgeschw. 125k...500kBps 9,6k...1,5M...12MBps Buszykluszeit 1ms... 10ms 1ms...100ms u. mehr CoS Interrupt ca. 40 Mikrosekunden - Übertragung CAN, synchron RS485, asynchron Kabel 2 Schirme, 2x 2-Dr. 1 geschirmt. 2- Draht Kabellängen m km, 3km Optische Repeater Ja ja Anzahl Slaves x Anzahl Repeater


Herunterladen ppt "PROFIBUS Automation & Drives Harald Brück, SDT-TS Juli 2003."

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