Основы промышленной сети Profibus
Название сети PROFIBUS произошло от сокращений - PROcess FIeld
BUS, что в приблизительном переводе звучит как «промышленная шина,
предназначенная для технологических процессов». Впервые стандарт Profibus
приняли в 1987 году в Германии, а спустя девять лет его признали международным
(EN 50254 и EN 50170).
Сетью Profibus используются лишь первые два уровня модели OSI, но одному из
вариантов этой сети – Profibus FMS – доступно использование 7-го уровня.
В общей сложности имеется три возможных модификации сети Profibus – Profibus
FMS, Profibus DP, Profibus PA.
Profibus DP – Profibus предназначенный для децентрализованной
периферии (Profibus for Decentralized Peripherals) – использует в работе первые
два уровня модели OSI и не входящий в модель OSI пользовательский интерфейс.
Возможность прямого доступа к канальному уровню обеспечивается через
пользовательское приложение при помощи DDLM - Direct Data Link Mapper (прямой
преобразователь канального уровня). Пользовательским интерфейсом обеспечивается
доступ к функциям, необходимым для поддержания связи с контроллерами и устройствами
ввода-вывода. Отличительная черта Profibus DP, в сравнении с FMS и PA, это
обеспечение наиболее быстрого обмена данными с устройствами, имеющими доступ к
сети.
Profibus FMS (Profibus с FMS протокола) – способен использовать в
работе седьмой уровень модели OSI. Основное применение – обмен данными с
компьютерами и контроллерами на уровне регистров. Profibus FMS обладает большой
гибкостью во время передачи имеющихся данных, обладающих большим объемом, но
при этом данная модификация уступает протоколу DP по популярности из-за своей
сложности.
Модификациями FMS и DP используется одинаковый физический уровень, созданный
на основе стандарта асинхронного интерфейса RS-485, поэтому они могут
находиться и работать в одной сети.
Profibus PA - Profibus, предназначенный для автоматизации
технологических процессов (Profibus for Process Automation) – использует в во
время работы физический уровень, созданный на основе стандарта IEC 1158-2,
благодаря которому обеспечивается питание через шину сетевых устройств. Не
совмещается с RS-485. Отличительная особенность Profibus PA это то, что он
может работать во взрывоопасной зоне.
Profibus – это многомастерная сеть, т.е. имеет несколько ведущих устройств.
Ведомыми устройствами обычно выступают измерительные преобразователи, клапана,
устройства ввода-вывода. Они не обладают способностью самостоятельного доступа
к шине и лишь отвечают на поступающие запросы от ведущего устройства.
В модификациях Profibus FMS и DP на физическом уровне реализован стандарт
RS-485, имеющий скорость передачи данных не превышающую 12 Мбит/с и сетевую
сегментацию с размером каждого сегмента до 32 устройств. Количество
используемых устройств может быть значительно увеличено при использовании
повторителей интерфейса.
Особые требования предъявляются к сетевому кабелю, поскольку он должен
обладать следующими характеристиками:
- волновое сопротивление – 135 – 165 Ом;
- погонная емкость не должна превышать 35 пФ/м;
- проводники должны обладать площадью поперечного сечения от 0, 34 кв.мм;
- погонное сопротивление не должно превышать 110 Ом/км;
- наличие одной или двух витых пар с медным экраном, исполненным в виде фольги или оплетки.
Для шины Profibus стандартным разъемом является D – sub (DB-9), имеющим
девять контактов. Обычно на корпус устройств устанавливают разъем с гнездами
(female), а со штырьками (male) устанавливают на кабель.
В Profibus, чтобы обеспечить доступ ведущих устройств к сети, применяется
способ передачи маркера. При использовании этого метода логическая топология
сети на уровне адресов подключенных устройств имеет вид кольца, поэтому каждому
ведущему устройству обеспечивается возможность доступа к сети, не ранее чем
будет получен маркер. Маркером исполняется роль арбитра, который может
предоставить устройству право на доступ к сети. По прошествии определенного
промежутка времени маркер должен быть передан использующим его устройством
очередному ведущему устройству, получающему доступ к сети также лишь на время
владения маркером. Поэтому, каждое ведущее устройство обладает точно заданным
интервалом времени, размер которого устанавливается во время конфигурирования
системы.
Каждый мастер в сети обладает своими ведомыми устройствами. Во время
использования метода «master/slave» процедура коммуникации с ведомыми
устройствами выполняется мастером, обладающим маркером. В тот промежуток
времени, когда мастер обладает маркером, он становится ведущим относительно
других мастеров, т.е. может выполняться коммуникация типа «мастер-мастер».
Основная задача модификации DP – эффективный обмен данными компьютера или
ПЛК с исполнительными устройствами и датчиками. Как правило, обмен данными с
такими устройствами происходит периодически, но коммуникационная модификация DP
обладает дополнительным сервисом апериодического обмена, применяемого для
установки контроля и параметров режимов работы и обработки поступающих алармов
(сигналов тревоги).
При обычном режиме работы ведущий контроллер (master) с определенной
периодичностью осуществляет считывание информации, поступающей на входы ведомых
(slave) устройств и записывание информации для их выходов. Помимо
периодического обмена данными DP имеет дополнительные мощные средства для
проведения диагностики и установки системы, и увеличения устойчивости к
воздействию внешних дестабилизирующих факторов.
Посетители также читают:
История создания программируемых логических контроллеров (ПЛК)