Посібник по промисловим мережам
Промислові мережі та інтеграційні технології в автоматизованих системах. 2. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОМИСЛОВИХ МЕРЕЖ 2.5. Короткий огляд промислових мереж
Детальніше про PROFIBUS Ви можете прочитати в розділі 7.
2.5.6.1. Походження. PROFIBUS (Process Field Bus) з’явився завдяки зусиллям групи німецьких компаній: Bosch, Siemens та Klockner-Moller. На сьогоднішній день мережі PROFIBUS закріплені у міжнародних стандартах IEC 61158 та IEC 61784, просуванням та розвитком стандарту займається організація PNO (PROFIBUS Nutzerorganisation) та міжнародна всесвітня організація PI (PROFIBUS International), що гарантує відкритість мережі і зв’язок між пристроями різних виробників.
PROFIBUS – це система, яка включає в себе 3 різні технології:
PROFIBUS DP (Decentralized Periphery);
PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification);
PROFIBUS PA (for Process Automation)
Технології PROFIBUS-DP та PROFIBUS-FMS базуються на однакових реалізаціях фізичного та канального рівнів, тому можуть функціонувати на одній і тій самій мережі. Фізичний рівень може бути реалізований на RS-485 інтерфейсі або на оптоволоконному з’єднанні з бітовою швидкістю до 12 Мбіт/с та символьною передачею даних .
Мережа PROFIBUS-PA використається в жорстких промислових умовах та функціонально-небезпечному виробництві. На фізичному та канальному рівнях PROFIBUS-PA базується на технології передачі MBP (IEC 61158-2 Тип 3), яка використовує манчестерське кодування бітів, модулюючи струм живлення пристроїв підключених до шини. Бітова швидкість фіксована і становить 31.25 КБіт/с. Фізично PROFIBUS-PA може підключатися як сегмент до мережі PROFIBUS-DP через спеціальні мости.
На канальному рівні PROFIBUS-DP та PROFIBUS-FMS використовується протокол FDL, метод доступу до шини – гібридний (між Ведучими – маркерне кільце, з розподіленою периферією – Ведучий-Ведений). Канальний рівень PROFIBUS-PA базується на технології передачі MBP.
Протокол PROFIBUS-FMS базується на клієнт-серверному обміні повідомленнями і використовується для читання/запису даних великого обсягу на рівні контролерів.
PROFIBUS-DP та PROFIBUS-РА призначені для обміну даними процесу в реальному часі центрального вузла з розподіленою периферією. Сервіси прикладного рівня в PROFIBUS-DP/РА реалізовані на рівні профілю. Умовно їх функціонування можна описати клієнт-серверною моделлю ідентифікованого обміну (Polling). Ідентифікований обмін реалізується через профілювання пристроїв, в якому визначене призначення, формат та обсяг даних конкретного пристрою, описаного через GSD-файли. При конфігуруванні системи Ведучого, вказується обсяг та призначення буферу вводу/виводу для кожного Веденого PROFIBUS-DP/РА. Ведучий циклічно або періодично опитує кожний Ведений вузол, передаючи йому дані для виводу та забираючи вхідні дані (cервіс Data-Exchange). Розвиток технології PROFIBUS-DP привів до появи нових можливостей, зокрема ациклічного обміну ідентифікованими даними та ідентифікованого обміну Видавець-Підписувач і т.д. На сьогоднішній день існують три версії протоколу PROFIBUS-DP: DP-V0 (циклічний обмін ідентифікованими даними Data-Exchange), DP-V1 (+ациклічний обмін ідентифікованими даними), DP-V2 (+обмін Видавець-Підписувач)
Таблиця 2.16. Характеристики мереж PROFIBUS.
| OSI | характеристика | PROFIBUS FMS | PROFIBUS DP | PROFIBUS PA |
|---|---|---|---|---|
| NetArea | контролерний рівень | рівень датчиків | рівень датчиків | |
| прикладний | AppService | FMS - ациклічний доступ до даних процесу іншого вузла | Data_Exchange – циклічно-періодичний обмін даними процесу між центральним вузлом та розподіленою периферією; DP-V1 - ациклічний обмін даними процесу між центральним вузлом та розподіленою периферією; DP-V2 - широкомовна розсилка значень даних Ведений-Ведені; управління станом вузлів; діагностичні сервіси; конфігурування вузла; функції резервування;+ | Data_Exchange – циклічно-періодичний обмін даними процесу між центральним вузлом та розподіленою периферією; DP-V1 - ациклічний обмін даними процесу між центральним вузлом та розподіленою периферією; DP-V2 - широкомовна розсилка значень даних Ведений-Ведені; управління станом вузлів; діагностичні сервіси; конфігурування вузла; функції резервування;+ |
| прикладний | AppModel | клієнт-серверна модель обміну повідомленнями; | клієнт-серверна модель ідентифікованого обміну для DP Data-Exchange (Polling)++; модель Видавець-Підписувач ідентифікованого обміну для DP-V2; + | клієнт-серверна модель ідентифікованого обміну для DP Data-Exchange (Polling)++; модель Видавець-Підписувач ідентифікованого обміну для DP-V2; + |
| прикладний | AppProfile | профілі для FMS пристроїв; описується GSD файлом | профілі по області застосування; великий перелік профілів пристроїв; описується GSD файлом | профілі по області застосування; великий перелік профілів пристроїв; описується GSD файлом |
| прикладний | AppProcData | DP Data_Exchange: (244 Input + 244 Output) байт на Slave | DP Data_Exchange: (244 Input + 244 Output) байт на Slave | |
| прикладний | AppResolut | залежить від конфігурації мережі; орієнтовно 3 мс/ 10+(2 вх.байт+2 вих.байт) при 1.5 Мбіт/с+++ орієнтовно 0.8 мс/ 10+(2 вх.байт+2 вих.байт) при 12 Мбіт/с+++ | залежить від конфігурації мережі; орієнтовно 3 мс/ 10+(2 вх.байт+2 вих.байт) при 1.5 Мбіт/с+++ орієнтовно 0.8 мс/ 10+(2 вх.байт+2 вих.байт) при 12 Мбіт/с+++ | |
| канальний | ChAddModel | Відправник-Адресат-msg, всі вузли адресуються 1-126, 127 - широкомовна; | Відправник-Адресат-msg, всі вузли адресуються 1-126, 127 - широкомовна; | з боку DP видимий як модульний Ведений пристрій |
| канальний | ChAccess | гібридний: Ведучий-Ведений + маркерний доступ між Ведучими | гібридний: Ведучий-Ведений + маркерний доступ між Ведучими | Ведучий-Ведений; |
| канальний | ChChecksum | побітове AND | побітове AND | побітове AND |
| фізичний | PhInterface | RS-485, IR, оптоволокно, радіохвилі | RS-485, IR, оптоволокно, радіохвилі | синхронний інтерфейс, модуляція постійної напруги, манчестерське кодування |
| фізичний | PhMedia | для RS-485 – екранована вита пара, стандарти кабелів A та B; для оптичного зв’язку – пластикові, скляні, PCF | для RS-485 – екранована вита пара, стандарти кабелів A та B; для оптичного зв’язку – пластикові, скляні, PCF | екранована вита пара типів A-D; |
| фізичний | PhTopology | шина, деревовидна через повторювачі/мости; | шина, деревовидна через повторювачі/мости; | шина/дерево |
| фізичний | PhLdrop | для RS-485 допускається тільки з використанням активних з’єднувачів; | для RS-485 допускається тільки з використанням активних з’єднувачів; | <30 м, PhLength= Σ PhLdrop+Ltrunk |
| фізичний | PhBaudRate | від 9600 кБіт/с до 12 Мбіт/с | від 9600 кБіт/с до 12 Мбіт/с | 31.25 КБіт/с |
| фізичний | PhSegment | сегментація з використанням репітерів/мостів, сегментних з’єднувачів | сегментація з використанням репітерів/мостів, сегментних з’єднувачів | сегментація з використанням репітерів/мостів, сегментних з’єднувачів |
| фізичний | PhNodes | 32 | 32 | 32 |
| фізичний | PhLength | до 1000 м (при 187 кБіт/с), термінатор 390 Ом в обох кінцях лінії | до 1000 м (при 187 кБіт/с), термінатор 390 Ом в обох кінцях лінії | 1900 м, термінатор (100 Ом+1мкФ) в обох кінцях лінії |
| фізичний | PhSupply | не передбачено | не передбачено | до 30 В по інформаційній парі проводів |
+ - в офіційних документах PROFIBUS-DP прикладні сервіси та їх функціонування визначаються профілем пристрою;
++ - модель умовна, в офіційних документах PROFIBUS-DP прикладні сервіси та їх функціонування визначаються профілем пристрою;
+++ - дані взяті з PNO Profibus Description, для 10 пристроїв на 2 вхідні та 2 вихідні байти
<– 2.5.5. Мережа LonWorks
–> 2.5.7. HART-протокол