Linková vrstva PROFIBUS

1. Linková vrstva PROFIBUS Vojtyla Martin 24.3.2014 Kováčik Andrej 34E20

2. Obsah: Úvod Architektúra komunikačnej siete PROFIBUS Druhy PROFIBUS sietí Metódy prístupu na zbernicu PROFIBUS Metóda master – slave Metóda token – passing Cyklický prenos údajov Acyklický prenos údajov Rámce linkovej vrstvy PROFIBUSU DP Zoznam použitej literatúry

3. Úvod PROFIBUS (PROcess FIeld BUS) je medzinárodný otvorený štandard procesnej komunikačnej zbernice podľa medzinárodnej normy IEC 61158. Slúži na komunikáciu medzi automatizačnými systémami a zariadeniami, ktoré môžu byť funkčne a priestorovo distribuované v prevádzke. PROFIBUS je otvorený systém, ktorý umožňuje vybrať si zariadenia od rôznych výrobcov a pripojiť ich na tú istú zbernicu. Stotisíce úspešných aplikácií ukazujú, že je možné ušetriť až do 40% nákladov na kabeláž, revíziu a údržbu oproti konvenčným technológiám.

4. Architektúra komunikačnej siete PROFIBUS PROFIBUS je založený na architektúre protokolu, ktorý je orientovaný na referenčný model RM OSI v súlade s medzinárodným štandardom ISO 7498. V tomto modeli sú presne definované vrstvy, z ktorých PROFIBUS využíva: 1. vrstvu - FYZICKÚ :Táto vrstva definuje fyzické prepojenie medzi zariadeniami. 2. vrstvu - LINKOVÚ :Táto vrstva definuje mechanizmus prístupu na sieť. 7. vrstvu - APLIKAČNÚ :Táto vrstva definuje služby potrebné pre realizáciu komunikácie z hľadiska užívateľa v aplikačnom profile I a profile II (aplikačné funkcie).

5. Druhy PROFIBUS sietí PROFIBUS DP Využíva fyzickú , linkovú a novú, takzvanú užívateľskú vrstvu. Vrstvy (3) až (7) nie sú využité. Takto zredukovaný počet vrstiev zaručuje rýchlu a výkonnú komunikáciu. DDLM (Direct Data Link Mapper) poskytuje užívateľskej vrstve ľahší prístup k linkovej (2) vrstve. V užívateľskej vrstve sú definované aplikačné funkcie a normy pre spoľahlivú funkčnosť rôznych typov PROFIBUS DP zariadení. Fyzickú (1) vrstvu predstavuje zbernica RS 485 alebo optické vlákno. PROFIBUS PA Využíva rozšírený PROFIBUS DP protokol. Profil PA je definovaný štandardom IEC 1158-2 (prúdová slučka) pre nebezpečné prostredia, ktorý taktiež umožňuje napájať zariadenia priamo zo zbernice. Zariadenia PROFIBUS PA môžu byť ľahko zlúčiteľné so zariadeniami PROFIBUS DP použitím väzobných členov. PROFIBUS PA je zameraný hlavne pre proces automatizácie, zvyčajne s MBP-IS prenosovou technológiou, komunikačným protokolom verzie DP-V1 a aplikačným profilom PA Devices. PROFIsafe Je zameraný hlavne pre aplikácie, pri ktorých sa vyžaduje určitá bezpečnosť (všeobecne používaný pre všetky priemyselné odvetvia). Využíva RS485 alebo MBP-IS prenosovú technológiu, jednu z dostupných DP verzií pre komunikáciu a aplikáciu profilu PROFIsafe.

6. Metódy prístupu na zbernicu PROFIBUS Metódy prístupu na sieť sa realizujú v druhej (linkovej vrstve) referenčného modelu OSI. PROFIBUS špecifikuje technické a funkčné charakteristiky priemyselných komunikačných systémov, využívajúcich sériovú komunikáciu od najnižšej úrovni decentralizovaných zariadení až po skupinovú úroveň. Definuje sa master a slave zariadenie. Stanica master: Ide o zariadenie, ktoré rozhoduje o komunikácii na zbernici. Ak má na vysielanie právo (token), môže poslať správu bez externej požiadavky. V PROFIBUS protokole sa takéto zariadenie nazýva aj "aktívna stanica". Stanica slave: Zariadenie je periférne (vstupy/výstupy, ventily, pohony, prevodníky a pod.), ktoré nemá práva na vysielanie dát na zbernicu. Vysielať môže, len ak je o vysielanie požiadané master zariadením, alebo ak sa jedná o potvrdenie prijatých dát. V protokole PROFIBUS sa takéto zariadenie nazýva aj "pasívna stanica".

7. Metóda master – slave Pri tejto metóde sa dovoľuje aktívnej stanici (master), ktorej je práve pridelený token (možnosť prístupu na zbernicu) prístup k určitým pasívnym staniciam (slave zariadeniam). Master zariadenie môže poslať, alebo prijať správu od slave zariadenia. Pomocou týchto dvoch metód je možné vytvoriť nasledovné konfigurácie: čistý systém master – slave, čistý systém master – master, systém s kombináciou oboch metód. V broadcast komunikácii posiela aktívna stanica nepotvrdenú správu všetkým ostatným staniciam (master a slave). Stanovené normou ISOIIEC 2382-9; 1991. V multicast komunikácii posiela aktívna stanica nepotvrdenú správu len skupine staníc (master a slave). Stanovené normou ISO/IEC 2382-9;1991

8. Metóda token – passing Táto metóda zaručuje pridelenie oprávnenia k prístupu na zbernicu (token) v presne stanovenom časovom rámci. Počas presne predpísaného maximálneho času prejde token postupne cez všetky zariadenia logického kruhu. V sieťach PROFIBUS sa používa metóda token – passing výlučne na komunikáciu medzi master zariadeniami.

9. Cyklický prenos údajov Prenos údajov medzi zariadením DP master a jemu priradeným zariadením DP slave sa vykonáva automaticky zariadením DP master v definovanom, periodickom poradí. Pri konfigurácií zbernice užívateľ špecifikuje vzťah zariadenia DP slave k zariadeniu DP master a takisto aj to, ktoré zariadenie DP slave je zaradené, alebo vylúčené z komunikácie. Prenos údajov medzi DP master a DP slave je možné rozdeliť do troch fáz: - parametrizácia - konfigurácia - prenos údajov

10. Acyklický prenos údajov Mimo komunikácie medzi zariadeniami master-slave, má PROFIBUS DP k dispozícií funkciu master-master (acyklický prenos údajov). Umožňuje konfiguračným a diagnostickým zariadeniam konfigurovať systém cez zbernicu. Okrem vysielacích a prijímacích funkcii existujú funkcie typu master-master, ktoré dovoľujú dynamicky zapínať a vypínať prenos údajov medzi DP master a DP slave a meniť prevádzkový stav DP master .

11. Rámce linkovej vrstvy PROFIBUSU DP Ako základnú dátovú jednotku na zbernici PROFIBUS považujeme jeden jedenásť bitový znak , ktorý sa skladá z jedného štartovacieho bitu, ôsmich dátových bitov, paritného bitu a jedného stop bitu. Z týchto znakov sú zostavené rámce, pričom pre PROFIBUS platí požiadavka, aby medzi nasledujúcimi znakmi rámca neboli žiadne časové medzery. • Dátové bity 1 až 8 v takejto dátovej jednotke môžu mať rôzne logické hodnoty, ale hodnota štartovacieho bitu musí byť vždy logická 0 a hodnota stopovacieho bitu musí byť vždy logická 1. Hodnota paritného bitu môže byť tak isto rôzna ako je to pri dátových bitov. • Pre všetky druhy komunikácie sú na zbernici PROFIBUS používané celkom štyri typy rámcov: • Rámec bez dát • Rámec s dátami fixnej dĺžky dát • Rámec s dátami premenlivej dĺžky dát • Rámec s poverením k vysielaniu – token

12. Na obrázku si môžeme pozrieť ako prebieha výmena dát medzi stanicou master a slave. Pomocou rámca s premenlivou dĺžkou dát si stanica master vyžiada údaje od stanice slave. Po obdržaní žiadosti stanica slave vyšle naspäť potrebné dáta.

13. Zoznam použitej literatúry: [1] Balogh, R.; Bélai, I.; Dorner, J.; Drahoš, P.: Priemyselné komunikácie. Metodické centrum mesta Bratislavy, Bratislava 2002. ISBN: 80 – 7164 – 331 – 9. [2] www.profibus.sk [3] EN50170

14. Ďakujeme za pozornosť