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 – V1

Ključna novina koja je implemetnirana u ovoj verziji DP protokola je mogućnost aperiodične razmene podataka između master-a i slave-a. Ova funkcionalnost se dominantno koristi za izmenu parametara i kalibraciju slave uređaja u toku rada, kao i za unapređenje dijagnostike slave uređaja kroz alarmne i status poruke. Kombinovanje periodičnog i aperiodičnog prenosa podataka je ilustrovana na slici 1. Master označen sa 1 na početku ciklusa poseduje token i započinje periodični ciklus u kom se obraća svakom od njemu pridruženih slave-ova šaljući im ili preuzimajući podatke od njih. Kada se i završi obraćanje i poslednjem slave-u tipično do početka narednog ciklusa preostaje izvesni vremenski interval koji se naziva vremenski procep. U tom periodu master 1 predaje token master-u 2 koji onda može da pristupi željenom broju slave-ova, očita njihova stanja ili podatke itd.

Slika br.1 – Periodična i aperiodična komunikacija na DP-V1

Inspekcija stanja slave uređaja je uz pomoć protokola DP–V1 zanatno poboljšana kroz specijalne statusne i alarmne poruke. Oba tipa poruka imaju smer od slave-a ka master-u. Statusna poruka služi da izvesti master o trenutnom statusu slave uređaja u nehavarijskim uslovima rada i na nju master ne mora da odgovori. Alarmnu poruku slave šalje u slučaju nastupanja nekih havarijskih uslova i na nju se očekuje eksplicitni odgovor master-a. Slave ne šalje novu alarm poruku pre nego do njega ne stigne potvrda od master-a o prijemu prethodne.

DP – V2

 Ova verzija protokola unosi mnoštvo novih funkcija od kojih su najznačajnije: mogućnost direktne slave-slave komunikacije, sinhronizaciju rada master-a i slave-ova, očitavanje iz i učitavanje u slave željenog programskog koda i drugo. DP–V2 po prvi put unutar DP komunikacionog protokola uvodi mogućnost direktne komunikacije slave čvorova na mreži. To se postiže broadcast porukama koje odašilje slave (u takvoj ulozi on se u PROFIBUS dokumentaciji naziva “publisher”). Master, ali i ostali slave-ovi su u stanju da registruju poruke. Ako ti slave-ovi imaju potrebu za informacijama koje šalje publisher, onda je njima u procesu inicijalizacije i konfiguracije omogućeno da prihvate i uskladište ovu poruku. Slave-ovi koji primaju ovu poruku se nazivaju i PROFIBUS literaturi “subscribers”. Slika 2 ilustruje opisanu slave-slave razmenu podataka.

Slika br.2 Slave – slave razmena podataka

 Primenom ove nove funkcionalnosti se otvaraju mogućnosti za razvoj sasvim novih aplikacija. Kako master nije više obavezno uključen u svaku razmenu podataka na komunikacionoj liniji, to se značajno povećava brzina odziva, u nekim slučajevima čak i do 4 puta.

 Sinhronizovan rad više uređaja na mreži je problem koji je bilo veoma teško rešiti primenom DP-V1 protokola. DP-V2 to rešava na dva načina. Prvi način podrazumeva primenu globalne upravljačke broadcast poruke koja omogućava početnu sinhronizaciju slave uređaja ili održavanje već postignute sinhronizacije sa devijacijom manjom od jedne μs. Visoki proiritet ove poruke omogućava očuvanje ove sinhronizacije i u slučajevima izuzetno opterećene komunikacione linije. Drugi način podrazumeva primenu tzv. vremenskih markera (″time stamp″). Ove poruke šalje master svim slaveovima i u njih upisuje podatak o trenutnoj vrednosti sistemskog sata. Tako se postiže sinhronizacija događaja na slave-ovima unutar intervala od jedne ms. Ova funkcionalnost je posebno povoljna za sinhronizaciju razlićitih procesa na mreži sa više master-a.

 DP-V1, a samim tim i naprednija varijanta protokola DP-V2 podržavaju upis ili čitanje blokova podataka od strane master-a. U DP-V2 je to unapređeno na taj način što je omogućeno masteru da po potrebi očita (upload) ili upiše (download) kod u posebne memorijske oblasti na slave uređaju. Time se automatizuje do tada jedan manuelni posao. Čak što više, master ima nove mogućnosti da kontroliše funkcionisanje slave-a (stop, start, restart i sl.) ili da aktivira nove funkcije već startovanog pogona (kao što bi bila akvizicija izmerenih vrednosti i sl.).

 Usložnjavanje komunikacionog algoritma je iziskivalo sofisticiraniji način adresiranja uređaja na mreži. U tom cilju se zahteva podela slave uređaja na jedan ili više modula. Ovi moduli se koriste za realizaciju periodična razmena podataka. Svakom modulu se pridružuje jedinstveni identifikator. Kada master šalje poruku, on na tačno određena mesta u njoj pozicionira idnetifikator. Slave analizira poruku, uoči identifikator i ako se on poklopi sa njegovim identifikatorom prihvata dalji sadržaj poruke. Slična je situacija i kada slave šalje podatke master-u. Tada slave u poruku umeće identifikator da bi master znao od kog uređaja je prosleđena ta poruka.

 Blokovsko aperiodično čitanje i upis podataka koje uvode poslednje dve verzije protokola, DP-V1 i DP-V2 je zahtevalo dalje usložnjavanje mehanizma adresiranja. Stoga se sada određene memorijske oblasti unutar modula dele na segment kojim se pristupa preko tzv. indeksa. Svaki blok podataka je maksimalne dužine do 244 bajta i nemu se pristupa tako što se unutar adresnog segmenta aperiodične poruke sa podacima navedu i identifikator i indeks.

 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 Verzije Profibus DP komunikacijskog protokola – DP-V1 i DP-V2 protokoli 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.

 EK9300 modul konvertuje poruke dobijene od PROFINET-a u format signala koji EtherCAT može da pročita. Jedna ulazno izlazna stanica može da sadrži jedan EK9300 modul i jos nekoliko EtherCAT terminala. Preko firmwera i odgovarajućih EtherCAT terminala, EK9300 može biti korišćen kao sprega između različitih mreža i tipova kontrolera:

• Od PROFINET-a do EtherCAT-a (sa EL6692-0000)
• Od PROFINET-a do PROFINET -a (sa EL6631-0010)
• Od PROFINET-a do PROFIBUS-a (sa EL6731-0010)
• Od PROFINET-a do EtherNet/IP-a (sa EL6652-0010)

 Na ovaj način EK9300 PROFINET IO modul nudi komunikaciju u realnom vremenu visokih performansi, spajajući PROFINET i njegove karakteristike sa ultra brzom i sve zastupljenijom EtherCAT komunikacijom.

The post Novi EK9300 PROFINET modul od Beckhoff-a appeared first on Automatika.rs.