Сети PROFIBAS. Методы доступа, методы передачи

      ЛЕКЦИЯ 5 (1 пара – 80 мин.)

      Тема: Сети PROFIBAS. Методы доступа, методы передачи.

      Цель: получения слушателями знаний о коммуникационной сети полевого уровня – PROFIBAS. Ознакомление с основными принципами сети. Изучение методов доступа в сети PROFIBAS и методов передачи данных.  

      Постановка  задачи:

• PROFIBAS – коммуникационная сеть полевого уровня;
• Основные принципы сети PROFIBUS;
• Среда передачи;
• Методы доступа. Маркерное кольцо/Ведущий–Ведомый;
• Методы передачи:

      – Методы передачи, базирующиеся на стандарте EIA RS–485;

      – Технологии передачи по волоконно-оптическому каналу;

      – Технология беспроводной передачи в инфракрасном диапазоне;

      – Технология передачи для PROFIBUS–PA; 

      Сети PROFIBUS

      Сети PROFIBUS были разработаны специально для  использования в условиях промышленного производства, и одним из их главных свойств является защищённость от электромагнитных помех, в результате чего достигается высокая степень достоверности передаваемых данных.

      PROFIBUS – коммуникационная сеть полевого уровня и уровня отдельных производственных участков, базирующаяся на стандарте EN 50170–1–2 и использующая гибридный метод доступа к шине (маркерное кольцо между активными узлами и "ведущий - ведомый" между активными и пассивными узлами). Средой передачи может являться витая пара, волоконно-оптический кабель или беспроводная среда.

      PROFIBUS-PA – это сеть PROFIBUS для приложений в автоматизации непрерывных процессов. Она объединяет коммуникационный протокол PROFIBUS–DP и технологию передачи IEC 61158–2.

      Основные  принципы сети PROFIBUS.

      EN 50170. Продукты семейства SIMATIC NET PROFIBUS и сети, которые строятся на их основе, соответствуют стандарту PROFIBUS EN 50170 (1996).

      Подключаемые  системы:

      К сети могут быть подключены следующие  системы:

      – программируемые контроллеры SIMATIC S5/S7/M7/C7;

      – система децентрализованной периферии ET 200;

      – программаторы/персональные компьютеры семейства продукции SIMATIC;

      – операторские панели, устройства и системы контроля семейства продукции SIMATIC;

      – микрокомпьютеры в промышленном исполнении семейства SICOMP;

      – системы ЧПУ SINUMERIK CNC;

      – датчики SIMODRIVE;

      – преобразователи частоты серии SIMOVERT MASTER DRIVES;

      – система цифрового регулирования SIMADYN D;

      – преобразователи SIMOREG;

      – преобразователи частоты серии MICROMASTER и MIDIMASTER;

      – контроллеры реверсивного управления/исполнительные механизмы SIPOS;

      – промышленные контроллеры/контроллеры управления технологическими процессами семейства SIPART;

      – системы идентификации MOBY;

      – низковольтный пускатель SIMOCODE;

      – автоматические выключатели;

      – компактные станции SICLIMAT COMPAS;

      – системы управления технологическими процессами TELEPERM M;

      – устройства других производителей, поддерживающие интерфейс PROFIBUS.

      Среда передачи. Сети PROFIBUS могут быть реализованы с использованием одной из следующих сред:

      – экранированная витая пара (волновое сопротивление 150 Ом);

      – искробезопасная экранированная витая пара (для PROFIBUS–PA);

      – волоконно-оптический кабель;

      – беспроводные сети (ИК-технология).

      Методы  доступа.

      Маркерное кольцо/Ведущий–Ведомый. В сетях PROFIBUS  используются методы доступа, описываемые стандартом EN 50170, Том 2, а именно “Token Bus” (сеть с передачей маркера или маркерное кольцо) для активных станций и “Master–Slave” (Ведущий-Ведомый) – для пассивных.

       Рисунок 40 – Принципы технологии доступа к среде передачи информации в сетях PROFIBUS

      Технология  доступа не зависит от конкретной среды передачи данных. На рисунке 40 показана гибридная технология доступа с участием активных и пассивных узлов. Ниже приводятся краткие пояснения:

      – все активные узлы (ведущие) формируют логическое маркерное кольцо, имеющее фиксированный порядок, при этом каждый активный узел "знает" другие активные узлы и их порядок в логическом кольце (порядок не зависит от топологии расположения активных узлов на шине);

      – право доступа к каналу передачи данных, так называемый “маркер”, передаётся от активного узла к активному узлу в порядке, определяемом логическим кольцом;

      – если узел получил маркер (адресованный именно ему), он может передавать пакеты. Время, отпущенное ему на передачу пакетов, определяется временем удержания маркера. Как только это время истекает, узлу разрешается передать только одно сообщение высокого приоритета. Если такое сообщение у узла отсутствует, он передаёт маркер следующему узлу в логическом кольце. Маркерные таймеры, по которым рассчитывается максимальное время удержания маркера, конфигурируются для всех активных узлов;

      – если активный узел обладает маркером, и если для него сконфигурированы соединения с пассивными узлами (соединения "ведущее устройство-ведомое устройство"), производится опрос пассивных узлов (например, считывание значений) или передача данных на эти устройства (например, передача уставок);

      – пассивные узлы никогда не принимают маркер.

      Описанная технология доступа поддерживает вход и выход узлов из логического кольца во время работы.

      Методы  передачи. В зависимости от среды передачи, в сетях SIMATIC NET PROFIBUS используются следующие методы передачи данных на физическом уровне:

      – RS–485 для электрических сетей с использованием экранированной витой пары;

      – передача данных по оптическому каналу;

      – беспроводная передача с использованием инфракрасного канала;

      – методика, описываемая стандартом IEC 61158–2 для искробезопасных и не искробезопасных электрических сетей для систем управления процессами (PROFIBUS–PA) с использованием экранированной витой пары.

      Методы  передачи, базирующиеся на стандарте EIA RS–485

      Стандарт EIA RS–485. Технология передачи RS–485 соответствует сбалансированной передаче данных, описываемой стандартом EIA RS–485. В соответствии со стандартом PROFIBUS EN 50170, использование этой технологии является обязательным для передачи данных по витой паре.

      В качестве среды передачи используется экранированная витая пара. На обоих концах к кабелю подключаются нагрузочные сопротивления с номиналом, равным волновому сопротивлению кабеля. Такой отрезок кабеля, с подключенной с обеих сторон оконечной нагрузкой, называют сегментом.

      Узел  подключается к шине либо с помощью  шинного терминала с соединительным кабелем (ответвлением), либо с помощью шинного штекера (сегмент может содержать не более 32 узлов). Отдельные сегменты можно

соединять друг с другом с помощью повторителей.

      Максимальная  длина сегмента зависит от следующих  факторов:

      – скорость передачи;

      – тип используемого кабеля.

      Технология  передачи RS–485, используемая в сетях PROFIBUS, имеет следующие физические характеристики:

      Преимущества:

      – гибкая шинная или древовидная топология с повторителями, шинными терминалами и шинными штекерами для подключения узлов PROFIBUS;

      – исключительно пассивная передача сигналов, которая обеспечивает отключение узлов без оказания влияния на сеть (за исключением узлов, питающих нагрузочные сопротивления);

      – простота прокладки и подключения шинного кабеля, не требующая специального опыта.

      Ограничения:

      – охватываемое расстояние снижается при увеличении скорости передачи;

      – при наружной установке требуются дополнительные меры по молниезащите.

      Технологии  передачи по волоконно-оптическому  каналу

      Встроенные  оптические интерфейсы, OBT, OLM. Оптическая передача данных в сетях SIMATIC NET PROFIBUS реализуется с использованием встроенных оптических портов, оптических шинных терминалов (OBT) и модулей оптической связи (OLM).

      В качестве среды передачи используются двужильные волоконно- оптические кабели, выполненные из стекла, волокон с полимерной оболочкой или пластиковых волокон. Двужильные волоконно-оптические кабели содержат два проводящих оптических волокна, заключённых в общую оболочку.

      Модули  со встроенными оптическими портами  и оптическими шинными терминалами (OBT) можно соединять между собой только для формирования оптических сетей, имеющих шинную топологию.

      С помощью модулей OLM можно получать оптические сети, имеющие шинную топологию, топологию типа "звезда" и "кольцо". При использовании кольцевой топологии достигается резервирование канала передачи сигнала, и она лежит в основе построения сетей с высокой степенью надёжности.

      Технология  оптической передачи имеет следующие  характеристики: