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PROFIBUS Le bus de tous les terrains

PROFIBUS Le bus de tous les terrains. Pour l’automatisation dans le process, le bâtiment et le manufacturier. Ethernet/TCP/IP. TCP/IP/Ethernet. Contrôleur de site. PC/VME. CNC. PROFIBUS-FMS. VME/PC. API. IHM. PROFIBUS-DP. PROFIBUS-PA. Communication transparente du

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PROFIBUS Le bus de tous les terrains

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Presentation Transcript

  1. PROFIBUS Le bus de tous les terrains Pour l’automatisation dans le process, le bâtiment et le manufacturier

  2. Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet Contrôleur de site PC/VME CNC PROFIBUS-FMS VME/PC API IHM PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Communication transparente du capteur/actionneur jusqu’au contrôleur de site Temps de cycle bus < 1000 ms Niveau usine Temps de cycle bus < 100 ms Niveau cellule Temps de cycle bus < 10 ms Niveau terrain

  3. Automatisation d'usine PROFIBUS DP rapide - plug and play - performant et économique EN 50170 Volume 2 Automatisation des processus Automatisation à des fins générales Profils d'appareils Profils d'applications PROFIBUS FMS PROFIBUS PA universel spécialisé - grande variété d'applications - communication multi-maître - alimentation sur le bus (option) - sécurité intrinsèque (option) La famille PROFIBUS

  4. 48% 18% No. 2 No. 3 remainder 12% 5% 17% Market shares Germany Source: CONSULTIC 8% 16% 39% 28% No. 3 remainder remainder No. 2 No. 2 20% 7% 13% 13% 18% Market shares Europe. Source: Datamonitor, UK Communication systems in Automation Technology Market shares World-wide, Source: Foster & Sullivan Différentes études indépendantes sur PROFIBUS 2000 (Equivalent USA fieldbus systems for Manufacturing Automation) 49.7% remainder 20.4% 8.4% 21.5% Market shares world-wide Source: Venture Development Corp.

  5. Enquête Consultic 94 - 98 Europe

  6. La norme PROFIBUS EN 50170 et IEC 61158 est complète, ouverte, indépendante des fournisseurs et validée La technologie PROFIBUS est conforme à la norme internationale IEC des bus de terrain IEC 1158 La stabilité de la norme PROFIBUS assure la protection de l’investissement des fournisseurs et des utilisateurs dans le monde entier PROFIBUS est éprouvé et a une base installée de plus de 3,500,000 de stations utilisées dans le monde entier PROFIBUS c’est LE bus de terrain international, ouvert et normalisé *Etat: 04/2000

  7. 1,900 produits - Normalisé IEC 61158 et EN 50170 Il existe actuellement plus de 1900 produits de plus de 280 fournisseurs différents Demandez votre exemplaire gratuit du dernier guide des produits PROFIBUS : surdisquette disponible auprès de toute association Profibus ou visitez le site Web: http://www.profibus.com

  8. Le protocole PROFIBUS est conforme au modèle de référence ISO/OSI pour les systèmes ouverts FMS DP PA Profils DP Profils PA Couches Profils FMS Utilisateur Fonctions DP Fieldbus Message Application Specification (FMS) (7) (3)-(6) non utilisés Fieldbus Data Link (FDL) Liaison IEC Interface* (2) Physiquel RS-485 / Fibre Optique IEC 1158-2 (1) EN 50 170 profils PROFIBUS

  9. Terminaison Terminaison Technique de Transmission • PROFIBUS utilise une topologie de bus avec terminaison aux 2 extrêmités • Ceci permet le couplage et le découplage de stations en cours de fonctionnement (même dans des zones à sécurité intrinsèque), sans affecter les autres stations 3 options différentes sont autorisées pour la Couche Physique : • RS 485 :principalement utilisé pour DP et FMS • CEI 1158-2 :principalement utilisé pour PA • Fibre optique : principalement utilisé pour DP et FMS

  10. Technique de transmission - Caractéristiques • Haute vitesse (H2) RS 485 Profibus DP et FMS • Transmission NRZ asynchrone selon RS 485 • Sélection par pas de la vitesse de transmission entre 9.6 kBit/s et 12 MBit/s • Câble blindé à paires torsadées • 32 stations par segment, 127 stations max. autorisées • Distance en fonction de la vitesse de transmission • 3,6,12 MBit/s = 100 m ; 1.5 MBit/s = 200m ; 500KBit/s = 400m ;187.5 KBit/s = 800 m ; <=93,75 Kbit/s=1000m • extension de la distance jusqu'à 10 km avec des répéteurs • 9 PIN, connecteur D-Sub • Basse vitesse (H1) CEI 1158-2 Profibus PA • Transmission Manchester bi-phase synchrone, 31,25 kBit/s, mode courant • Sécurité intrinsèque (option) et alimentation des stations sur tout le bus • Câble à paires torsadées, blindé ou non blindé • distance de 1900 m max. par segment, avec extension jusqu'à 10 km par répéteurs • 127 stations max., 10 à 32 par segment (selon classe d'ex. et consommation d'énergie)

  11. Convient pour remplacer le câblage coûteux entre API/PC et E/S Très rapide, transmet 1 kO de données d'entrées et sorties en moins de 2 ms Des outils puissants réduisent les efforts de configuration et de maintenance Supporté par les principaux fournisseurs API Large gamme de produits disponibles, ex. API, PC, E/S, Moteurs, Vannes, Codeurs Transfert de données cyclique et acyclique autorisé Réseaux mono- et multi-maîtres 244 octets de données d'entrées et sorties par station Caractéristiques de PROFIBUS-DP :

  12. PROFIBUS-DP définit trois types d’appareils • Maître DP Classe 1 (DPM1) • Contrôleur central qui échange des données avec des E/S décentralisées (Esclaves DP) • Plusieurs DPM1 sont autorisés, les stations typiques sont des API, PC, VME • Maître DP Classe 2 (DPM2) • Outil de configuration, surveillance ou d’engineering qui est utilisé pour la mise en route de réseaux ou pour paramétrer/surveiller des esclaves DP • Esclave DP • Appareils de terrain interfaçant directement les signaux d’entrées/sorties • Les stations typiques sont des entrées, sorties, entraînements, vannes, pupitres opérateurs...

  13. PROFIBUS DP Principe de communication • Echange de données suivant le principe maître-esclave. Le maître prend l'initiative de la communication. • Plusieurs maîtres peuvent travailler sur le même bus • Le nombre de données utiles est défini lors de la configuration • Un esclave ne peut recevoir des données (être écrit ) que d'un seul maître (sécurité) • Les communications DP sont cycliques et répétitives. • Les esclaves peuvent être lus par plusieurs maîtres

  14. PROFIBUS-DP Système mono-maître PROFIBUS-DP Les systèmes mono-maître permettent la durée la plus courte du cycle de bus Ils comprennent : - un maître DP (Classe 1) - 1 à 125 esclaves DP max. - Maître DP (Classe 2) - en option Maître DP (Classe 1) API Entrées et sorties décentralisées Esclaves DP

  15. CNC Système multi-maîtresPROFIBUS-DP Plusieurs maîtres DP peuvent accéder à un esclave DP avec des fonctions de lecture Les systèmes multi-maîtres PROFIBUS-DP comprennent : - des maîtres multiples (classe 1 ou 2) - 1 à 124 esclaves DP max. - 126 appareils max. sur le même bus Maître DP (Classe 2) PC API Maître DP (Classe 1) Maître DP (Classe 1) PROFIBUS - DP E/S décentralisées E/S décentralisées PROFIBUS-P Esclaves DP

  16. M/S M/S M/S M/S M/S M/S LA TOPOLOGIE BUS SECTION 1 : 31 STATIONS + 1 REPETEUR Rt Rt REP1 SECTION 2 : 30 STATIONS + 2 REPETEURS Rt Rt REP2 SECTION 3 : 30 STATIONS + 2 REPETEURS Rt Rt REP3 SECTION 4 : 31 STATIONS + 1 REPETEUR Rt Rt

  17. M/S M/S SECTION 3 : 28 stations Rt Rt M/S REP REP M/S LA TOPOLOGIE ARBRE SECTION 2 :31 stations max SECTION 1 : 31 stations max Rt Rt Rt Rt REP REP SECTION 4 :31 stations max Rt Rt Rt M/S Rt

  18. Il existe 2 types de station avec des droits d'accès différents : Les stations actives (maître) Elles sont initiatrices de l'échange. Les stations passives (esclave ) Ne peuvent échanger des données qu'après y avoir été invitées. Le protocole Profibus réalise deux tâches de la gestion d'accès: Assurer que tout maître connecté puisse accéder au réseau régulièrement et pendant un laps de temps assez long. Assurer que la communication entre les maîtres et leurs esclaves soit à la fois cyclique et orientée temps réel. Ce procédé combiné d'accès au bus est désigné comme procédé de nature hybride. Plusieurs configurations sont possibles: * Configuration maître-esclave * Configuration maître-maître (méthode du jeton) * Système combinant les deux. PROCEDE HYBRIDE D ’ACCES AU BUS

  19. Anneau à jeton logique entre les stations maîtres PC API API PROFIBUS La méthode d’accès au bus PROFIBUS combine les communications multi-maîtres et maîtres-esclaves Stations actives , appareils maîtres Stations passives , appareils esclaves

  20. Temps du cycle de bus d'un système mono-maître PROFIBUS-DP Durée du cycle de bus [ms] 18 500 kBit/s 14 10 1.5 MBit/s 6 2 12 MBit/s Esclaves DP 5 10 20 30 Conditions: Chaque esclave DP a des données d'entrée de 2 octets et des données de sortie de 2 octets. L'intervalle_esclave minimal est de 200 microsecondes Tsdi= temps de 37 bits , Tsdr = temps de 11 bits

  21. PROFIBUS Process Field Bus PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA Domaine d’ application PROFIBUS-PA = PROFIBUS for Process-Automation • Pour transmetteurs, vannes, positionneurs etc. • Mise en réseau par un bus-série • Pour la chimie et l’industrie des procédés • Pour alimentation en énergie par le réseau • Pour utilisation en Zone Ex (protection EExi) I

  22. PROFIBUS pourProcess Automation • Basé sur le protocole PROFIBUS-DP extended et la transmission IEC 1158-2 • Conçu pour remplacer les technologies actuelles 4...20 mA • Seulement 2 fils pour les données et l’alimentation • Connexion d’instruments au système de contrôle via un bus série • Conçu pour les applications EEx en sécurité intrinsèque • Améliorations fonctionnelles, transmission numérique série fiable • La commande, régulation, et la surveillance via une simple paire torsadée • Un outil d’engineering pour tous les instruments • Interopérabilité et interchangeabilité grâce au profil PROFIBUS-PA • Maintenance et informations de diagnostics disponibles sur les instruments

  23. PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA Définition PROFIBUS-PA = Communication PROFIBUS-DP + Technique de transmission optimisée pour appareils de terrain PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA I

  24. 24 V Constituants PROFIBUS-PA Composants réseau: Coupleur et Link PROFIBUS-DP jusqu’à 12 MBit/s PROFIBUS-DP 45,45 kBit/s Link DP/PA (extensible par module , Module de base avec maxi. 3 Coupleurs) Coupleur DP/PA 24 V 24 V I I I I PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s Non-Ex : maxi. 30 Appareils de terrain Ex: maxi.3 x 10 Appareils de terrain Option Non-Ex : I < 320 mA, maxi 30 Appareils de terrain Option Ex : I < 120 mA maxi. 10 Appareils de terrain

  25. Configuration typique d’un système avec PROFIBUS-PA API Maître (Classe 2) Maître (Classe 1) Outil d’engineering ou de surveillance RS 485 jusqu’à 12 MBit/s PROFIBUS-DP IEC 1158-2 with 31.25 kBit/s I PROFIBUS-PA Transmetteur coupleur / link de segment Alimentation

  26. Le profil PROFIBUS - PA assure l’interopérabilité • Définit les paramètres pour le fonctionnement, l’identification, la maintenance, et le diagnostic… • Définit la sémantique des données, ex.: température, pression, débit • Définit une valeur analogique avec son étendue, son unité d’engineering et son ét • Supporte les instruments simples (variable simple) et complexes (variables multiples) • Développé en coopération avec l’industrie chimique

  27. IV - La couche Liaison Les services de la couche liaison FMS DP PA Profils DP Profils PA Couches Profils FMS Utilisateur Fonctions DP Fieldbus Message Application Specification (FMS) (7) (3)-(6) non utilisés SDA SDN SRD CSRD FieldbuSs Data Link (FDL) Liaison IEC Interface* (2) Physiquel RS-485 / Fibre Optique IEC 1158-2 (1) EN 50 170 profils PROFIBUS * Proposé en amendement A2 à l’EN 50170 Volume 2 en instance de vote jusqu’au Q1 / 1998

  28. 1 24 V 24 V 1 1 2 3 2 3 4 2 VIII - Profibus PA Configuration de PROFIBUS-PAAdressage des appareils de terrain 1 PROFIBUS-DP 45,45 kBit/s 93,75 kBit/s PROFIBUS-DP jusqu’ à 12 MBit/s 2 3 Coupleur DP/PA Link DP/PA Esclave Maître 24 V 24 V PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s

  29. VIII - Profibus PA configuration de PROFIBUS-PAProfil appareil de terrain (présentation simplifiée) DP cyclique Status Mesure Zone de Mesure Temps de filtrage Limites alarme Résumé alarmes TAG Paramètres spécifiques constructeur Profil B (par ex. pour transmetteur de pression) DP acyclique DP acyclique

  30. VIII - Profibus PA Migration facile de la technique 4-20 mA actuelle vers PROFIBUS-PA DCS (API) Modulesd’E/S analogiques PROFIBUS-DP, jusqu’à 12 Mbit/s Alimentation coupleur /link desegment PROFIBUS-PA Instrument HART existant Instrument 4-20 mA existant

  31. PROFIBUS étend son champ d’action pour répondre aux besoins des utilisateurs Un Profil sécurité Profibus sur Ethernet Un profil contrôle d ’axes

  32. PROFIBUS POUR LA SECURITE ProfiSafe L‘ouverture des applications de sécurité à PROFIBUS ....

  33. ProfiSafe Conditions et exigences générales : • Niveaux de sécurité : SIL3 (IEC61508), AK6 (DIN V VDE 0801), Catégorie 4 (EN954-1) • Coexistence des communications standard et de sécurité • Fonctions de sécurité uniquement via un système de communication mono-canal. • Utilisation des appareils standard (communication standard) sans changement (compatibilité avec le parc existant) • Maître DP standard et “passerelles" réutilisables • Fonctions de sécurité réalisées uniquement dans les noeudsProfibus • Conditions d‘environnement selon la norme Profibus

  34. API „F“ (Maître DP) E/S „F“ (Esclave DP) DP/PA Passerelle „F“ Appareil „F“ (Esclave DP) Autre bus de sécurité Appreil de terrain „F“ (Esclave PA) ProfiSafe API standard (Maître DP ou Esclave DP) E/S standard (Esclave DP) Segment A Profibus DP Répéteur Segment B Process Monitoring Device (Esclave DP)

  35. Ex:.. Diagnostic Safety Input Safety Control Safety Output Standard I /O Standard Control Safety-Layer Safety-Layer Safety-Layer 7 7 7 7 7 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 ProfiSafe Pour les amis du modèle OSI: “canal gris": ASICs, passerelles, Câbles, etc. ne sont pas concernés par la sécurité Fonctionnalités non critiques vis à vis de la sécurité, comme par ex. le diagnostic "ProfiSafe": Partie du système de communication de sécurité: adressage, Watch Dog, compteur de séquence, signature, etc. Interface de sécurité, mais ne faisant pas parti du profil „ProfiSafe“: E/S de sécurité et systèmes de sécurité

  36. Profil contrôle d ’axes ProfiDRIVE Nouvelles fonctionnalités pour la commande d’axes De nouvelles fonctionnalités sont rajoutées au protocole PROFIBUS • Communication directe esclave-esclave • Transmission synchrone de l’horloge • Temps de cycle constant Avec la disponibilté de ces nouvelles fonctionnalités, PROFIBUS s’ouvre aux applications de commande d’axes. Avec ces nouvelles fonctionnalités, il sera possible de synchroniser 12 axes en moins de 2ms

  37. Profil contrôle d ’axes Profil entraînements à vitesse variable Nr 3.071 Nouveau : PROFIDRIVE Nr 3.xxx Reprendre et compléter ce qui a fait ses preuves Utilisation de DPV1 pour des entraînements (PKW acyclique) Nouvelles applications DP V1 Synchronisme d'horloge et échange croisé Extensions PROFIBUS-DP

  38. Profil contrôle d ’axes Application maître Rythme d’horloge Rythme d’horloge Asservissement de positionnement R1R2R3 DX Data eXchange Telegramm Communication acyclique + reserve horloge DX Esclave 1 DX Esclave 2 DX Esclave 3 DX Esclave 2 DX Esclave 3 horloge DX Esclave 1 Cycle DP Rythme d'horloge des régulateurs vitesse/courant Application esclaves 1…3 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 R1 Rx = régulateur esclave x Acquisition position Délivrance consigne La transmission synchronisée sur l'horloge : les algorithmes de régulation internes dans l'entraînement sont également synchronisés dans le maître hiérarchiquement supérieur.

  39. Profil contrôle d ’axes Maître DP (Cl.1) Maître de paramétrageStation active Données d’entrées Données de sorties Réponse Esclave entraînement Publisher Esclave entraînement Subscriber Esclave entraînement Subscriber L'échange croisé : les esclaves déclarés comme "publishers" délivrent leurs données d'entrée aux autres esclaves

  40. Standards de communication actuels • Monde bureautique Standards ouverts, comme Ethernet, TCP/IP et services Internet • Monde de l‘automatisationPROFIBUS est le leader mondial sur le marché de la communication au niveau terrain Ethernet est le standard pour la communication au niveau cellule • PROFINet est utilisé dans les deux mondes pour des architectures d‘automatismes ouvertes et universelles

  41. XML Communication ouverte, transparente avec PROFIBUS et les standards informatiques Ouverture via les standards du marché établis COM/DCOM TCP/IP COM/DCOM

  42. Variateur intelligent Internet API Une intégration douce et homogène ... Station ingénierie,IHM Station ingénierie,IHM TCP/IP- Ethernet Appareil de terrain intelligent API Proxy PROFIBUS Appareil de terrain Variateur

  43. EVOLUTIONS PROFIBUS plus les standards informatiques (IT) simplement:PROFINet

  44. LES DIFFERENTES FAMILLES ENTREES-SORTIES SIMATIC PROFIBUS DP • Forme de bloc

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