Profibus DP: introduction

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1 Profibus DP: introduction

2 FMS EN 50170 DP PA PROcess FIeld BUS AUTOMATION PROCESS FACTORY
PROFIBUS PROFIBUS ist ein herstellerunbhängiger, offener Feldbusstandard für Anwendungen in der Automatisierung. Die Herstellerunabhängigkeit und Offenheit wird durch die internationale Norm EN garantiert. Das PROFIBUS-Sortiment besteht aus drei Varianten: PROFIBUS-DP „Dezentrale Peripherie“ für die schnelle Kommunikation zu dezentralen Peripheriegeräten. PROFIBUS-PA „Prozess Automation“ für die Anwendung in explosionsgefährdeten Bereichen „eigensicher“ PROFIBUS-FMS „Fieldbus Message Specification“ für die umfangreiche Kommunikation in der Steuerungs- und Leitebene. Moeller bietet Ihnen Komponenten für PROFIBUS-FMS und PROFIBUS-DP. Persönliche Bemerkungen: EN 50170 DP PA FACTORY

3 Elektr. Schnittstelle:
Sortiment DP FMS PA Allg. Automatisierung Branche: Maschinenbau Verfahrens- technik PA-Geräte benötigen einen DP-Master; es gibt keine PA-Mastergeräte, sondern lediglich Gateways zur Umsetzung der Busphysik. Eigene Bemerkungen: RS 485 IEC Elektr. Schnittstelle: Verständigung:

4 Leitarea Networkareas Ethernet Suconet K Ethernet PROFIBUS-DP CAN
Fieldarea CAN PROFIBUS-DP Ethernet Suconet K Master/Slave cyclic Vernetzungsebenen Diese Darstellung zeigt die Ebenen der Automatisierungspyramide; die „Aktuator-Sensor-Ebene“ , „Feldebene “ und die „Leitebene“. Die Darstellung berücksichtigt nur die Bussysteme, die auch von KM als Produkte angeboten werden. DP means decentral peripherie! Aktuator/ Sensor- Area

5 * Topologies DP DP FMS FMS PA PA FMS FMS DP DP DP M 1 M 4 M 8 M 9 S 6
Communication - limits DP M 1 DP M 4 FMS M 8 FMS M 9 S 6 S 7 PA PA Topologien Das Bild zeigt eine mögliche PROFIBUS-Topologie, bei der alle PROFIBUS-Varianten an einer Busleitung arbeiten. Zur PROFIBUS-PA-Welt muß allerdings ein DP/PA-Koppler in die Busleitung geschaltet werden. Dieser Koppler setzt die RS-485 Signale in die „eigensichere Übertragungsphysik des PROFIBUS-PA um ( * Baudrate 31,25 kBit/s ). Zur Umsetzung von DP nach PA stehen grundsätzlich zwei Gerätetypen zur Verfügung: Die sogenannten Koppler (z.B. von Pepperl & Fuchs) setzen die Übertragungsgeschwindigkeit der DP-Seite auf die relativ langsame Geschwindigkeit von PA herunter; die sogenannten LINKs können Daten zwischenpuffern und erlauben deshalb DP-seitig höhere Geschwindigkeiten. Kommunikativ stehen die FMS-Komponenten untereinander und die DP- Komponenten untereinander in Verbindung. Eine Kommunikation zwischen FMS und DP-Geräten ist nicht möglich, obwohl alle Geräte an einer Busleitung betrieben werden (--> Kommunikationsgrenzen). Im Bereich des PROFIBUS-DP ist es möglich mehrere Master an einer Busleitung zu betreiben. Diese können jedoch untereinander nicht kommunizieren. Ebenso ist ein DP-Slave immer nur einem DP-Master zugeordnet. Persönliche Bemerkungen: FMS S 10 FMS S 11 DP S 2 DP S 3 DP S 5 *

6 DP-Deviceclasses DP DP DP DP Config, Param Config, Param DP-Master
READ READ READ WRITE I / Q WRITE DP-Geräteklassen PROFIBUS-DP ist normalerweise ein Mono-Master-System mit einem zyklischen Datenverkehr zu den Slaves. Im Bereich der Master wird zwischen zwei Geräteklassen unterschieden : DP-Master Klasse 1 (DPM1) DP-Master Klasse 2 (DPM2) DPM1 arbeiten im zyklischen Datenverkehr mit den ihnen bei der Projektierung zugeordnenten Slaves (lesen der Eingänge, schreiben der Ausgänge, Statusabfragen). Ein Klasse 1 Master kann nicht mit einem anderen Klasse 1 Master kommunizieren (--> Kommunikationsgrenzen). DPM2 sind im allgemeinen Programmier- und Bediengeräte, mit denen es möglich ist, Klasse 1 Master über den Bus zu konfigurieren (azyklischer Datenverkehr). Zusätzlich kann ein Klasse 2 Master lesend auf die Ein- / Ausgangsdaten jedes Slaves (der zu einem Klasse 1 Master projektiert ist) zugreifen. Persönliche Bemerkungen: DP DP DP DP Slave Slave Slave Slave

7 Limits (2) RS485 Distance / Speed kBAUD 12000 1500 500 187,5
9,6/19,2/93,75 Projektierung (1) Die Datenübertragungstechnik von PROFIBUS-DP basiert auf dem Industriestandard RS485. Als Übertragungsmedium wird eine zweiadrig, verdrillte und geschirmte Leitung verwendet. Die max.Länge einer Buslinie steht in reziprokem Verhältnis zur Datenübertragungsgeschwindigkeit. Bei einer Geschwindigkeit bis zu 93,75 kBaud kann eine max. Ausdehnung von 1200m erreicht werden. Bei der max. Geschwindigkeit von kBaud kann eine Ausdehnung von 100m realisiert werden. (Alle Angaben gelten ohne Repeater !) Persönliche Bemerkungen: 100 200 400 600 800 1000 1200m RS485

8 R R 1 2 31 32 50 100 126 Limits (2) Line 1 Line 2 Max. 126 Tln Line n
Projektierung (2) Aufgrund der RS485-Physik erlaubt PROFIBUS-DP an einer Buslinie bis zu 32 Teilnehmer. Soll nun die Teilnehmerzahl erhöht werden, können sogenannte Repeater (R) in die Leitung geschaltet werden. Ein Repeater führt eine Signalaufbereitung (Regenerierung) durch. Mit Hilfe der Repeater können mehrere Buslinien zu einer Baumstruktur verbunden werden. Die maximale Anzahl der Teilnehmer (bzgl. der Adressierung) ist 126. Ein Repeater stellt an einer Linie einen Teilnehmer dar, der jedoch nicht adressiert wird. (Repeater sind transparent für die Kommunikation !) Zwischen 2 kommunizierenden Stationen dürfen sich max. 3 Repeater befinden. Typischerweise ist ein Master am Bus vorhanden, der eine feste, individuelle Datenmenge mit den Slaves austauscht. Maximal sind 244 Bytes in jede Richtung mit jedem Slave möglich. (Master--> Slave; Slave --> Master) Persönliche Bemerkungen: Line n M S 244 Byte 100 Max. 126 244 Byte

9 GSD - Geräte-Stamm-Daten
Typ Ident Baudrate Data Status GSD - Geräte-Stamm-Daten Die GSD-Datei ist ein elektronisches Datenblatt zur eindeutigen Beschreibung der Leistungsmerkmale eines DP-Teilnehmers. Die Geräte-Stammdaten beschreiben diese Merkmale in einem durch die EN50170 genau festgelegten Format. Die Datei wird vom Hersteller erzeugt und mit dem Gerät ausgeliefert. Durch das genau definierte Format der GSD können diese Dateien mit jedem beliebigen Projektierungstool („Herstellerübergreifend“) gelesen und verarbeitet werden. Das bietet dem Anwender eine erhebliche Erleichterung bei der Projektierung von Geräten unterschiedlicher Hersteller an einem Bussystem. Persönliche Bemerkungen:

10 Configuration DP M DP Configurator (Component of XSoft) Configuration
Master Standard GSD GSD Geräte -Stamm-Daten Konfiguration Ein wesentlicher Vorteil des PROFIBUS-DP ist das einfache Einbinden von Geräten verschiedener Hersteller, das erst aufgrund der GSD-Dateien möglich ist. Die für die Konfiguration relevanten Daten können vom Projektierungstool (z.B. CFG-DP) aus der GSD-Datei des Slaves entnommen werden. Durch die Idee der GSD-Dateien wird das einfache Integrieren der verschiedenen Geräte möglich. An den Slave-Geräten selber ist meist nur die Busadresse einzustellen. Die Baudrate wird vom Master vorgegeben und von des Slaves eigenständig erkannt und eingestellt. Die Datenmenge, die ein Slave unterstützt, geht aus der GSD-Datei hervor und wird in der Konfigurationssoftware sichtbar. Der Master muss die Eigenschaften (Gerätetyp, Datenmenge,...) von jedem Slave kennen. Hierzu wird mit der Konfigurationssoftware eine Datenbasis erstellt, die die GSD-Daten aller Slaves enthällt. Diese Information wird dann zum Master übertragen und beim Start des Buszyklus auch auf Plausibilität geprüft. Persönliche Bemerkungen: DP M I/O Sensor Drives Mesureconverter Valve

11 PROFIBUS-Usergroup http://www.profibus.com
PROFIBUS-Nutzerorganisation e. V. In der PROFIBUS-Nutzerorganisation in Deutschland (PNO) haben sich mehr als 180 Hersteller und Anwender des standardisierten Kommunikationssystems PROFIBUS (EN 50170) zusammengefunden, um gemeinsam die technische Weiterentwicklung sowie die internationale Durchsetzung zu fördern. Zweck und Aufgabe - Förderung der internationalen Verbreitung des Kommunikationssystems PROFIBUS - Pflege und Weiterentwicklung der PROFIBUS Technologie - Die PNO nimmt im Auftrag ihrer Mitglieder die Interessensvertretung gegenüber Normungsgremien und Verbänden wahr - Verkaufsförderung durch Pressearbeit - Profilbildung zur Vereinfachung der Handhabung von PROFIBUS durch den Anwender - Zertifizierung geprüfter Geräte, als Kennzeichnung der vollen Interoperabilität - Zusammenarbeit mit PROFIBUS Nutzerorganisationen in anderen Ländern. - Investitionsschutz für Anwender und Hersteller durch Einflußnahme auf die Standardisierung. Die Mitgliedschaft steht allen Firmen, Verbänden und Instituten offen, die die Interessen der PNO als Hersteller, Anwender, Systemhaus oder als Betreiber von PROFIBUS - Netzen unterstützen. Die PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. ist Mitglied im internationalen Dachverband PROFIBUS International (PI), der mit 20 lokalen Organisationen und über 800 Mitgliedern die weltweit größte Interessengemeinschaft im Feldbussektor darstellt.

12 Steckbrief Profibus-DP
Zugriffsverfahren Master/Slave, Token Passing möglich deterministisch Topologie Linie, mit Repeater: Baum, Stern Übertragungsmedium Twisted Pair geschirmt, LWL Teilnehmerzahl 126 (31 ohne Repeater) Entfernung m; mit Repeater bis m Übertragungsrate 9,6 kbit/s / 19,2 / 93,75 / 187,5 / 500 / 1 500 / 12 Mbit/s Datenmenge pro Telegramm 244 Byte Datenverkehr zyklisch (und azyklisch mit DP V1) Normen EN 50170, DIN T3 Lobby Profibus Nutzerorganisation (PNO) mit über 170 Mitgliedern u.a. Bosch, Siemens, MOELLER, ABB