Pored unapređenja fizičkog nivoa ovog protokola kroz razvoj RS485-IS, FISCO ili MBP tehnika, bilo je potrebno i definisati kako bezbedonosni uređaji (npr. dugme za automatsko zaustavljanje procesa, svetlosna signalizacija, alarmi, bezbedonosni ventili, kontroleri zaduženi za praćenje stanja bezbednosti i sl.) treba da komuniciraju na mreži da bi se zadovoljili najstroži nacinalni i međunarodni propisi u toj oblasti. Tako je, kao rezultat zajedničkog rada proizvođača opreme, korisnika i nacionalnih komiteta za standardizaciju, nastao PROFIsafe. PROFIsafe predstavlja otvoren protokol koji definiše specijalni format korisničkih poruka i specijalni protokol za njihovu razmenu.

 PROFIsafe uzima u obzir sve moguće tipove grešaka koje se u pocesu serijske komunikacije mogu desiti: vremensko kašnjenje, gubitak podataka, ponavljanje podatka, nekorektnu sekvencu bitova u poruci, degradiran kvalitet poruke, pogrešna adresa i sl. U tom kontekstu je u okviru ovog protokola obezbeđen niz mehanizama koje treba da spreče da se ove pojave dešavaju ili bar da onemoguće njihove negativne posledice po bezbednost celog sistema:

• Slanje uzastopno numerisanih bezbedonosnih poruka;
• Vremenski timeout između pristigle poruke i odgovora na nju;
• Specijalni identifikacioni mehanizam (lozinka) između pošiljaoca i primaoca;
• Umetanje u poruku dodatnih bitova za proveru ispravnosti prenosa: CRC (Cyclic Redundancy Check);

 PROFIsafe koristi aperiodičnu komunikaciju i može biti korišćen sa RS485, fiberoptičkim ili MBP tehnikama prenosa. Na taj način se istovremno postiže kratko vreme odziva (što je važno za primenu u industrijskoj automatizaciji) i inherentna bezbednost rada (što je bitno u procesnoj automatizaciji). PROFisafe je jednokanalni protokol koji se implementira kao nadgradnja na nivo 7 OSI referentnog modela, tako da svi ostali standardni PROFIBUS elementi mogu biti nepromenjeni. To je izuzetno povoljno jer PROFIsafe može u funkcionisati u redundantnom modu rada ili u koegzistenciji sa drugim uređajima koji poseduju samo osnovnu verziju PROFIBUS protokola. Ta izuzetno korisna osobina je ilustrovana na slici br.1.

Slika br.1 PROFIsafe blok sema

Dalja upustva i pojašnjenja pojmova možete prinaci u sledećoj literaturi: Implementacija CAN protokola na pogonskom kontroleru baziranom na TMS320LF2407 digitalnom signal procesoru, Autori: Željko Pantić i Igor Stamenković

The post Osnove PROFIsafe protokola appeared first on Automatika.rs.

 Fizički medijum za PROFIBUS DP zasniva se na RS-485 standardu koji definiše upotrebu oklopljenog, uvijenog, dvožilnog kabla, koji je prikazan na slici br.1. Mogu se odabrati brzine prenosa u opsegu od 9.6Kbit/s do 12Mbit/s, pri čemu se ta brzina odnosi na sve uređaje koji su priključeni na magistralu.

Slika br.1  Bakarni kabl za PROFIBUS komunikaciju

 Povezivanje uređaja na PROFIBUS mrežu omogućeno je korišćenjem 9-pinskog sub-D konektora (slika br.2). U konektore su ugrađeni otpornici za terminaciju bus-a. Pomeranjem prekidača koji se nalazi na kućištu konektora u ON položaj vrši se terminacija.

Slika br.2 Izgled 9-pinskog sub-D konektora (levo-prolazni, desno-standardni konektor)
i otpornici za terminaciju bus-a

 Kao što je na slici br.2 prikazano, terminacija bus-a je ostvarena korišćenjem tzv. ”pull-down” otpornika prema DGND potencijalu i ”pull-up” otpornika prema napajanju -Vp potencijal. Ova dva otpornika služe za definiciju potencijala na bus-u između dva telegrama. Linija A i linija B predstavljaju oznake krajeva PROFIBUS kabla.

Tabela 1: Raspored pinova na 9-pinskom sub-D konektoru

 RS 485 tehnologija prenosa se odlikuje jednostavnošću i niskom cenom, a primenjuje se u sistemima gde se zahteva velika brzina prenosa. Moguće brzine prenosa su između 9.6 kbit/s i 12Mbit/s . Maksimalan broj uređaja koji se može povezati na jedan segment linije je 32. Veći broj uređaja zahteva korišćenje repetitora između pojedinačnih segmenata. Maksimalna dozvoljena dužina linije unutar jednog segmenata zavisi od brzine prenosa i manja je što je brzina prenosa veća.

Topologija mreže

Osnovni elementi, koji pored kablovske veze, sačinjavaju mrežu mogu se podeliti u dve osnovne grupe:

• Master uređaji
• Slave uređaji

 S obzirom da je RS485 komunikacija half duplex (označava dvosmernu komunikaciju u kojoj jedan čvor-uređaj trenutno priča). Iz tog razloga je mreža organizovana tako da master ima kontreolu nad njom. Primer master uređaja može biti PLC, a kao primer slave elementa može se uzeti distribuirana periferija, drugi PLC i slično. Kod PA mreže slave uređaji mogu biti senzori, aktuatori i sl.

 Ovde se mora napomenuti da postoje dve vrste DP Master uređaja:

• DP Master Class 1 (DPM1) – ovo je centralni kontroler koji ciklično razmenjuje podatke sa slave uređajima, u zadatom ciklusu. Tipični uređaji ovog tipa su programabilni logički kontroleri. DPM1 ima aktivni pristup magistrali, preko kojeg može vršiti očitavanja ulaza sa distribuiranih uređaja, kao i zapisivanje odgovarajućih rezultata na njihove izlaze.
• DP Master Class 2 (DPM2) – služi za konfigurisanje, sakupljanje podataka, kao i održavanje dijagnostiku i upravljanje priključenih uređaja, kao na primer PC.

 Tipična DP konfiguracija ima mono-master strukturu što se može videti na slici br.3.

Slika br.3 DP mono-master struktura

 Komunikacija između DP master i DP slave uređaja je bazirana na master-slave principu. Ovo znači da DP slave uređaji mogu biti aktivni na magistrali samo onda kada je to zahtevano od strane master-a. Komunikacija se odvija ciklično u tačno određenom vremenu. DP slave uređaji su adresirani u rastućem redosledu od DP master-a preko liste poziva (polling list). Slika br.4 pokazuje kao se lista poziva obrađuje na DP master-u. Vidi se ciklično procesiranje slave uređaja slanjem zahteva i dobijanjem odgovora od njih.

Slika br.4 Obrada liste poziva na DP master uređaju

 DP sistem može imati i multi-master strukturu što je prikazano na slici br.5:

Slika br.5 DP multi-master struktura

 Ovo podrazumeva da nekoliko DP master uređaja može biti povezano na jednu magistralu. Kod ove strukture master uređaji pristupaju magistrali u skladu sa rastućim vrednostima svojih adresa. Ukoliko je završena komunikacija jednog mastera, on daje znak sledećem da može da pristupi magistrali, odnosno da koristi resurse. U PROFIBUS terminologiji se to naziva ”token ring”. Da bi se ovakva procedura izvršila, pri inicijalizaciji mreže detektuje se broj mastera kojima se dodeljuju sledeće adrese: PS (Previous Station) – predhodna stanica i NS (Next Station) – sledeća stanica.

Dalja upustva i pojašnjenja pojmova možete prinaći u sledećoj literaturi: Realizacija elektromotornog pogona primenom PROFIBUS i USS komunikacije, autor: Milorad Kaplarević

The post Profibus DP protokol – Povezivanje, komunikacija i mreža appeared first on Automatika.rs.

DP-V0

 DP-V0 realizuje osnovne funkcionalnosti DP protokola, pod kojima je uglavno podrazumeva ciklična razmena podataka kao i dijagnostika uređaja periferijskog modula, kao i celog komunikacionog kanala. Centralni kontroler (master) je u stanju da periodično (ciklično) čita ulazne informacije od slave-ova i šalje izlazne informacije istima. Da bi se to postigle u realnom vremenu nije dovoljno da komunikacioni kanal ima veliku propusnu moć. Bitna je i struktura samog protokola koji treba da obezbedi jednostavan mehanizam za rukovanje porukama, mogućnost brze dijagnostike stanja i otpornost na smetnje usled preslušavanja signala.

 Dijagnostičke funkcije koje implementira DP-V0 omogućavaju proveru opšte spremnosti uređaja na mreži za normalan rad (tj. detekciju stanja pregrejanosti, podnapona, prenapona i sl.), proveru I/O podsistema uređaja, kao i ispravnost funkcionisanja samog komunikacionog kanala (npr. detekciju kratkog spoja između provodnika prenosnog medijuma).

 DP protokol definiše tri tipa uređaja: DPM1 (DP master Class 1), DPM2 (DP master Class 2) i Slave uređaje. DPM1 predstavlja formalan opis centralnog kontrolera koji periodično razmenjuje podatke sa distribuiranim slave uređajima. Tipični predstavnici ove grupe su PLC ili PC. DPM1 ostaruje aktivan periodičan pristup magistrali i u okviru njega vrši čitanje i upis podataka prema slave-ovima. DPM2 takođe ostvaruje aktivan pristup na komunikacionu liniju ali to koristi samo u periodima konfigurisanja novog komunikacionog čvora. Van tih perioda DPM2 najćešće nije ni aktivan na liniji. DPM2 su specijalni uređaji koji pomažu konfigurisanje novog čvora i učestvuju u procesu dijagnosticiranja uzroka otkaza i oporavka uređaja nakon njega. Slave je periferijski uređaj koji se prema komunikacionoj liniji ponaša pasivno, tj. nikad sam ne generiše već samo reaguje na direktne upite. Takvo ponašanje slave-a je krajnje jednostavno za implementaciju.

 DP-V0 mreža se može realizovati sa jednim (mono-master) i više (multi-master) master-a. U slučaju mono-master konfiguracije samo jedan master je aktivan na mreži u toku rada. Primer takve sistema je prikazan na slici br.1. Na njoj je PLC centralna upravljačka komponenta, dok su slave-ovi povezani na njega preko prikazanog prenosnog medijuma. Ovakva konfiguracija obezbeđuje najkraće trajanje jednog komunikacionog ciklusa, tj. omogućava najefikasniji prenos.

Slika br.1 PROFIBUS DP mono-master sistem

 Multi-master konfiguracija podrazumeva da je više master-a povezano na komunikacionu liniju. Međutim, na nivou DP-V0 i dalje postoje određena ograničenja u toliko što je svaki slave na mreži pridružen samo jednom master-u. To znači da samo taj master može da upisuje sadržaj u ulazne registre tog slave-a, dok svi master-i na liniji mogu da prihvataju njegove izlazne podatke i čitaju njegove statusne registre. Projektant mreže je odgovoran za pridruživanje slave-ova odgovarajućem master-u.

 Da bi se obezbedio visok nivo zamenljivosti uređaja istog tipa, a različitih proizvođača, izvršena je standardizacija ponašanja sistema. Kako je ponašanje sistema dominantno određeno akcijom DPM1 uređaja, to su njegova stanja grupisane u tri kategorije: pasivno stanje (stop), režim brisanja (clear) i operativno stanje (operate). U pasivnom stanju nema komunikacije između DPM1 i slave-a. U režimu brisanja DPM1 može da čita statusne registre slave-a, ali van tog intervala izlaz slave-a su u neaktivnom stanju. Operativno stanje posrazumeva periodični radni režim u kom DPM1 prima informacije od slave i piše u njegove interne registre. Da bi master izvestio slaveove o planiranoj aktivnosti, on šalje multicast komandu svim pridruženim slave-ovima sa sadržajem koji opisuje planirane aktivnosti.

 Način reagovanja sistema na grešku u procesu razmene informacija je definisan u vreme konfigurisanja DPM1 uređaja. Prema tome razlikujemo dve mogućnosti: ako se detektuje greška u procesu komunikacije, DPM1 može da prevede problematični slave uređaj u pasivno stanje u kom on nije više u stanju da vrši razmenu informacija po komunikacionoj liniji, ili da nastavi sa normalnim radom u kom slučaju korisnik preuzima odgovornost za dalje reagovanje celog sistema.

 DP-V0 definiše tri tipa komunikacije između DPM1 uređaja i slave-a: parametrizaciju, konfiguraciju i razmenu podataka. U procesu parametrizacije i konfigurisanja DPM1 ili DPM2 uređaji prosleđuju slave-u informacije o njegovoj adresi (rednom broju), njegovom tipu, formatu i dužini informacija koje se razmenjuju i slično. Sistem može biti konfigurisan tako da master može u toku normalnog rada porukama za razmenu informacija po potrebi rekonfigurisati bilo koji slave na mreži.

 Pored razmene podatak DMP1 može svim, ili grupi slave-ova slati i izvestan broj kontrolnih komandi čiji je zadatak da omoguće sinhronizaciju rada master-a na neki događaj na slave uređaju. U toj grupi komandi razlikujemo sync i freeze komande. Obe komande uzrokuju da slave obustavi slanje podatka master-u do prijema naredne iste komande. Razlika među njima je u tome što u slučaju sync komande slave neprekidno update-uje svoj sadržaj pri promeni vrednosti svojih eksternih ulaza, dok u slučaju freeze komande sadržaj se čuva, a informacije sa eksternih ulaza se u tom periodu nepovratno gube.

 U toku konfigurisanja sistema, dizajner mreže definiše i jedan bitan bezbedonosni parametar. To je period monitoringa komunikacione linije. Naime i master i slave prate komunikaciju na mreži i reaguju u slučaju da se ne ostvari ni jedna transmisija u predviđenom vremenskom intervalu. DPM1 to realizuje preko više tajmera pri čemu je za svaki slave rezervisan po jedan tajmer. Slave monitoring komunikacije ostvaruje korišćenjem dobro poznate watchdog funkcionalnosti. Pored toga, u multimaster konfiguraciji, slave je zadužen i za kontrolu pristupa, tj. dužan je da spreči direktan pristup (pristup koji podrazumeva na samo čitanje stanja već i upis podataka) onom DPM1 uređaju kojem konkretni slave nije pridružen u procesu konfigurisanja sistema.

Dalja upustva i pojasnjenja pojmova mozete prinaci u sledecoj literaturi: Implementacija CAN protokola  na pogonskom kontroleru baziranom na TMS320LF2407 digitalnom signal procesoru, autori: Željko Pantinć i Igor Stamenković.

The post Profibus DP komunikacioni protokol – DP-V0 protokol appeared first on Automatika.rs.