4002 vOctober2002-Polish, S7-300(1)
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
PROFIBUS
Technologie i aplikacje
Opis systemu
Otwarty standard dla automatyki przemysłowej
PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004
PROFIBUS PNO
Szanowni Państwo,
PROFIBUS PNO jest międzynarodową organizacją,
która zajmuje się rozwojem i standaryzacją sieci
przemysłowych w automatyce. Pomagamy użytkow-
nikom i producentom urządzeń pracujących w sieci
PROFIBUS wykorzystać najnowsze i najlepsze roz-
wiązania i technologie. Naszym członkom zapew-
niamy stały dostęp do wiedzy i informacji technicz-
nych.
Nasza organizacja powstała aby realizować i chronić
otwarty standard komunikacji i sterowania.
Wstęp
Automatyka ciągle podlega zmia-
nom i innowacjom. Nie tak dawno
zmiany te odnosiły się tylko do ob-
szaru samej produkcji w zakładzie.
Zastosowanie technologii siecio-
wych wprowadziło rewolucyjne
zmiany polegające na zmianie
systemu centralnego na system
rozproszony. Obecnie sieć PRO-
FIBUS obchodzi 10-cio lecie po-
wstania.
nak duży nacisk kładzie się na peł-
ną integrację systemu oraz w
szczególności na rozwój profili
aplikacyjnych. Profile te sprawiły,
że sieć PROFIBUS połączyła au-
tomatykę przemysłową i proceso-
wą.
dzania automatyki. Dodatkowo
stworzono nowe możliwości w za-
kresie komunikacji pomiędzy sys-
temami automatyki. W oparciu o
dotychczasowe doświadczenia sieć
PROFIBUS została rozszerzona i
zaadoptowana do świata komuni-
kacji Ethernet tworząc standard
PROFInet.
Dodatkowo technologia IT (Infor-
mation Technology ) kreuje rozwój
nowoczesnej automatyki. Obecnie
inteligentne systemy sieciowe mu-
szą zaadoptować technologie IT co
pozwala na większą integrację z
systemami zarządzania zakładem.
Ten kierunek rozwoju spowodował,
że automatyka przemysłowa wkro-
czyła w świat sieci biurowej, powo-
dując głębokie zmiany i nowe tren-
dy w systemach obsługi i zarzą-
Zastosowanie otwartych standar-
dów zapewnia pewną i długotrwała
kompatybilność oraz zabezpiecze-
nie istniejących inwestycji. Jest to
nadrzędnym celem Organizacji
Użytkowników Sieci PROFIBUS –
PNO, a ciągły rozwój technologii
PROFIBUS zapewni naszym
członkom długotrwałą perspektywę
rozwoju.
W ciągu tych dziesięciu lat sieć
PROFIBUS stała się liderem w
technologii systemów rozproszo-
nych. Pomimo tak znaczącego
sukcesu sieć PROFIBUS ciągle
jest rozwijana i unowocześniana.
Początkowo skupiono się tylko na
technice komunikacji. Obecnie jed-
.
PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004
1
Spis treści
W
4.3
Znacznik czasowy - Time Stamp...............20
4.4
Redundancja stacji Slave ............................20
5.1
PROFIdrive .................................................21
1.3 Międzynarodowa
5.2
Stacje PA ....................................................22
5.3
Profil Fluid Power ........................................24
5.4
Urządzenia SEMI ........................................24
5.5
System identyfikacji - Ident..........................24
5.6
Zdalne wejścia/wyjścia w modułach PA ......24
2.1
Historia ..........................................................6
7.1 GSD 27
7.2 EDD 28
2.2
Pozycja na rynku ...........................................6
2.3
Organizacja ...................................................6
2.4
PROFIBUS ”Tool Box” ......................7
2.4.1
Technologie transmisyjne..............................7
2.4.2
Protokoły komunikacyjne..............................8
2.4.3
Profile ............................................................8
2.5
PROFIBUS - Klucz do sukcesu ....................8
8.1
Procedura testu ...........................................30
8.2
Certyfikat zgodności ....................................30
DP-V0 13
i Indeks 17
9.1
Standardowe komponenty...........................31
9.2
Implementacja interfejsów...........................32
10.1
Model inżynierski PROFInet ....................33
10.2
PROFInet Model komunikacyjny..............33
10.3
PROFInet Model Migracji .......................34
10.4
XML.............................................................34
10.5
OPC oraz OPC DX......................................34
4.1
PROFIsafe ..................................................19
4.2
HART w sieci PROFIBUS DP ..................19
Informacje ogólne
Niniejszy dokument opisuje pod-
stawowe zagadnienia związane z
siecią PROFIBUS oraz przedsta-
wia najnowocześniejsze technolo-
gie, które dostępne są w systemie
PROFIBUS. Broszura ta dedyko-
wana jest nie tylko dla użytkowni-
ków sieci, którzy pragną zasięgnąć
podstawowych informacji na temat
sieci, ale również zachęcamy eks-
pertów do pogłębienia swojej wie-
dzy i skorzystania z dodatkowej fa-
chowej literatury, która w większo-
ści dostępna jest w internecie na
stronach organizacji PNO w posta-
ci elektronicznej.
Rozdziały 1 i 2
zawierają podsta-
wowe informacje odnośnie tech-
nologii systemu sieci PROFIBUS
oraz jej wykorzystanie i zastoso-
wanie.
Rozdziały 7 do 9
opisują pewne
zagadnienia bardziej praktycznie.
Skupiają się na obsłudze urządzeń,
aplikacjach i certyfikacji.
Rozdział 10
opisuje teorię nowego
standardu PROFInet.
Rozdziały 3 do 6
opisują podsta-
wowe aspekty sieci PROFIBUS
oraz wskazują na powody i cele
zastosowania
poszczególnych
Rozdział 11
opisuje pracę i struk-
turę Organizacji Użytkowników
Sieci PROFIBUS PNO.
rozwiązań.
Rozdziały te przedstawiają modu-
łową strukturę sieci PROFIBUS,
począwszy od technologii komuni-
kacji do dostępnych profili aplika-
cyjnych.
2
PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004
1. Komunikacja w au-
tomatyce
ne przesyłane są acyklicznie na
żądanie. PROFIBUS w pełni speł-
nia te wymagania i daje uniwersal-
ne możliwości komunikacji w au-
tomatyce.
integralną częścią tych standar-
dów.
Możliwość komunikacji urządzeń i
systemów oraz spójna technologia
przekazywania informacji stanowi
podstawę koncepcji komunikacji
systemów automatyki. Komunika-
cja łączy stacje w płaszczyźnie po-
ziomej, jak i pionowej zapewniając
dostęp do najniższej komórki
obiektu. Hierarchiczny i zoriento-
wany obiektowo system komunika-
cji, taki jak standard PROFIBUS z
możliwością przejścia do innych
poziomów np. sieć AS-Interface lub
Ethernet (poprzez PROFInet)
(patrz Rys.1), stwarza idealne
możliwości do tworzenia sieci we
wszystkich obszarach produkcji.
Ostatnio zaczął rozwijać się syste-
my komunikacyjne oparte na sieci
Ethernet. Stwarza to duże możli-
wości komunikacyjne pomiędzy
różnymi poziomami automatyki i
siecią biurową. PROFInet stanowi
przykład tego typu sieci opartej na
systemie Ethernet.
Na poziomie sterowania
ste-
rowniki programowalne takie jak
PLC i IPC komunikują się z innymi
systemami IT i siecią biurową po-
przez Ethernet, TCP/IP, Intranet
oraz Internet. Tego typu informacje
wymagają dużych pakietów danych
i wydajnej komunikacji.
Konieczność koordynowania, roz-
woju i dystrybucji systemów sie-
ciowych na rynku zaowocowało
powstaniem Organizacji Użytkow-
ników Sieci takich jak PROFIBUS
User Organization PNO i równole-
gle PI dla sieci PROFIBUS i PRO-
FInet.
Podobnie jak PROFIBUS, oparty
na bazie sieci Ethernet - standard
PROFInet,
spełnia stawiane tutaj
wymagania.
Poniżej opisano szczegółowo sieć
PROFIBUS jako centralny link sta-
nowiący przepływ informacji w au-
tomatyce. Informacje odnośnie sie-
ci AS-Interface można znaleźć w
dodatkowej literaturze technicznej.
Natomiast standard PROFInet opi-
sano w rozdziale 10.
Zalety użytkowe
sieci dają mo-
tywację i bezpieczeństwo dalszego
rozwoju technologii sieci polowych.
Dodatkowo zapewniły poważną re-
dukcję całościowych kosztów, jak
również wzrost wydajności i jakości
systemów automatyki. Wyraźne
zalety są widoczne przy łatwej
konfiguracji, okablowaniu, inży-
nieringu i uruchomieniu sieci, jak i
później w trakcie normalnej pracy.
Główną jednak zaletą jest redukcja
kosztów eksploatacyjnych sieci.
Mamy również do dyspozycji bo-
gatą diagnostykę i ważne informa-
cje dla służb utrzymania ruchu i
serwisu.
1.1 Komunikacja przemysło-
wa
Na najniższym poziomie
obiektu AS-I
sygnały z binarnych
czujników i elementów wykonaw-
czych transmitowane są poprzez
sieć sygnałową. Daje to prostą i
stosunkowo tanią technologię
przesyłania danych i zasilania tym
samym kablem. AS-Interface sta-
nowi idealne rozwiązanie dla tego
typu aplikacji i wymagań.
Sieci polowe
pozwalają na ko-
munikację przemysłową z wyko-
rzystaniem różnych mediów trans-
misji, takich jak kabel miedziany,
światłowód lub komunikacja bez-
przewodowa do połączenia róż-
nych urządzeń polowych (czujniki,
elementy wykonawcze, napędy,
przetworniki, itp.) z jednostką cen-
tralną lub systemem nadrzędnym.
Technologia sieci polowych została
rozwinięta w latach 80-dziesiątych,
a jej celem było zastąpienie po-
wszechnie stosowanej techniki
centralnej okablowania. Z powodu
różnych wymagań i preferencji
rozwiązań poszczególnych produ-
centów, opracowano liczne syste-
my sieciowe na rynku. Większość
oparto na standardzie IEC 61158
oraz IEC 61784. PROFIBUS jest
Na poziomie polowym
rozpro-
szone stacje takie jak moduły I/O,
przetworniki, napędy, zawory i pa-
nele operatorskie komunikują się z
systemem automatyki poprzez wy-
dajny system komunikacji PROFI-
BUS. Transmisja danych proceso-
wych odbywa się cyklicznie, pod-
czas gdy dodatkowe przerwania,
dane konfiguracyjne i diagnostycz-
Sieci polowe znacznie zwiększyły
elastyczność i wydajność instalacji,
w porównaniu z tradycyjnymi tech-
nologiami.
Obecnie sieć PROFIBUS wykorzy-
stywana jest praktycznie w więk-
szości obiektów przemysłowych
zarówno w automatyce proceso-
wej, jak i liniach produkcyjnych.
Zarządzanie
co
m
m
uni
cat
ion
s
Da
ta
Production
Poziom zarządzania
co
m
m
uni
cat
ion
s
P
oziom sterowania
Automatyka
Fi
eld
Sensor/actuator leve
l
PROFInet IEC 61158/61784
PROFIBUS IEC 61158/61784
AS-Interface IEC 62026
Rys. 1: Komunikacja w automatyce
PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004
3
Enterprise
Produkcja
Cell level
Field level
Automation
Poziom czujników
PROFInet IEC 61158/61784
PROFIBUS IEC 61158/61784
AS-Interface IEC 62026
Nadajnik
Odbiornik
Opis i zastosowanie danej warstwy
7
7
Warstwa aplikacji
Interfejs dla programów aplikacyjnych poprzez komendy -
read, write
6
6
Warstwa prezentacji
Reprezentacja (kodowanie) danych dla analizy i interpre-
tacji w następnej warstwie
5
5
Warstwa sesji
Tworzenie oraz anulowanie chwilowego połączenia stacji;
synchronizacja procesu komunikacji
4
4
Warstwa transportu
Kontrola transmisji danych dla warstwy 5 (błąd przesyła-
nia, błąd w paczce danych)
3
3
Warstwa sieci
Tworzenie oraz anulowanie połączenia, unikanie kolizji w
sieci
2
2
Warstwa danych
Opisuje protokół dostępu do sieci (Medium Access
Control, MAC) oraz zabezpieczanie danych
1
1
Warstwa fizyczna
Definiuje medium (hardware), kodowanie i prędkość
transmisji danych
Medium transmisji
Rys. 2: Model referencyjny OSI
1.2 Ogólne informacje o sie-
ciach polowych
(
MAC
,
M
edium
A
ccess
C
ontrol)
jest specjalną procedurą, która
określa w jakim momencie stacja
może wysyłać dane. Przy czym
stacje
aktywne
mogą same rozpo-
czynać wymianę danych, a stacje
pasywne
mogą tylko rozpocząć
komunikację jeżeli dostaną zapyta-
ne od stacji aktywnej.
tionless
). Druga grupa zawiera w
sobie komunikaty typu multicast
oraz broadcast, które przesyłane
są do określonej grupy lub do
wszystkich stacji..
Model referencyjny ISO/OSI
opisuje komunikację pomiędzy sta-
cjami w systemie sieciowym oraz
definiuje zasady transmisji i inter-
fejs wykorzystywany w danym
protokole. W 1983, Międzynarodo-
wa Organizacja dla celów Standa-
ryzacji (ISO) ustanowił model refe-
rencyjny OSI ("Open Systems In-
terconnection Reference Model"),
który definiuje elementy, strukturę i
zadania związane z komunikacją.
Model został podzielony na siedem
warstw
(Rys. 2). Każda z warstw
spełnia specjalne funkcje w proce-
sie komunikacyjnym. Jeżeli jednak
system komunikacyjny nie wymaga
którejś z funkcji, wtedy odpowied-
nia warstwa nie jest wykorzystywa-
na i jest pomijana. PROFIBUS wy-
korzystuje warstwy 1, 2 oraz 7.
Profile
wykorzystywane są w ko-
munikacji do definiowania właści-
wości i sposobu działania stacji,
rodziny urządzeń lub całego sys-
temu. Tylko urządzenia i systemy
wykorzystujące profile niezależne
od producenta, zapewniają wza-
jemną kompatybilność w sieci.
Ponadto rozróżnia się procedury
dostępu
deterministyczne
z pracą
w trybie rzeczywistym - real-time
(master-slave w sieci PROFIBUS)
oraz losowe,
nie-deterministyczne
(CSMA/CD w sieci Ethernet).
Profile aplikacyjne
odnoszą się
przede wszystkim do urządzeń
(stacji polowych, regulatorów) i za-
pewniają zgodność wybranej ko-
munikacji sieciowej z daną aplika-
cją urządzenia. Ten typ profilu słu-
ży producentowi do rozwoju urzą-
dzenia zgodnego z danym profi-
lem.
Profile systemowe
opisują
klasy systemu (funkcjonalność, in-
terfejs oraz narzędzia integrujące).
Adresacja
wymagana jest do
jednoznacznej identyfikacji danej
stacji. Nadawanie adresu odbywa
się poprzez odpowiedni przełącznik
adresowy (adresacja sztywna) lub
przez odpowiedni parametr pro-
gramowy (adresacja programowa).
Usługi komunikacyjne
okre-
ślają zadania komunikacyjne danej
stacji związane z cykliczną oraz
acykliczną wymianą danych. Ilość
oraz typ usług komunikacyjnych
jest określony przez obszar aplika-
cyjny danego protokołu. Rozróżnia
się usługi
zorientowane na sztywne
połączenie
(
Connection-oriented
–
związane z procedurą potwierdza-
nia i monitoringu) oraz usługi
bez
sztywnego połączenia (Connec-
Protokoły komunikacyjne
de-
finiują sposób w jaki dwie lub wię-
cej stacji wymieniają dane wyko-
rzystując odpowiednie ramki ko-
munikacyjne. Ramka danych za-
wiera różne pola związane z infor-
macjami sterującymi meldunkami.
Pole danych bieżących poprzedza-
ne jest
nagłówkiem
(adres stacji
źródłowej i docelowej oraz szcze-
góły związane z danym meldun-
kiem) oraz zakończone
stopką
w
celu zabezpieczenia danych, z
uwzględnieniem korekcji transmisji
i wykrywaniem błędów.
1.3 Międzynarodowa
Dokument
IEC 61158
Zawartość
War-
stwaOSI
IEC 61158-1 Wstęp
IEC 61158-2
Warstwa fizyczna – specyfikacja i definicja
usług
1
Cechą sieci polowych jest opty-
malna transmisja małej ilości da-
nych, krytycznych czasowo oraz
maksymalne uproszczenie proce-
su transmisji.
IEC 61158-3 Definicja usług Data-link
2
IEC 61158-4 Specyfikacja protokołu wymiany danych
2
IEC 61158-5 Warstwa aplikacji – definicja usług
7
IEC 61158-6 Warstwa usług – specyfikacja protokołu
7
Tabela 1: Norma IEC 61158 - podział
Kontrola dostępu do sieci
4
PROFIBUS Technologie i Aplikacje, Listopad 2004
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
zanotowane.pldoc.pisz.plpdf.pisz.plstyleman.xlx.pl
|