55
Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals) Profibus PA (Process Automation) Standard Internazionale IEC 61158 PROcess FIeld BUS (PROFIBUS)

Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP,

FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals) Profibus PA (Process Automation)

Standard Internazionale IEC 61158

PROcess FIeld BUS (PROFIBUS)

Page 2: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Physical Layer

Data Link Layer

Livelli 3-6

Application Layer

FMS DP PA

IEC 61158-2RS-485/ Fibra Ottica

FieldBus MessageSpecification (FMS)

assenti

assente

PROcess FIeld BUS (PROFIBUS)

Page 3: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Sono previsti bit/rate: 9.6 Kb/s, 19.2 kb/s, 93.75 kb/s, 187.5 kb/s, 500 kb/s, 1.5 Mb/s, 12Mb/s.

E' possibile connettere fino a 126 nodi di comunicazione. Essendo la comunicazione realizzata con RS-485, il

sistema è suddiviso in singoli segmenti collegati tra loro da ripetitori.

Ogni segmento contiene al massimo 32 nodi di comunicazione.

Protocollo Profibus DP/FMS Physical Layer

RS-485

Page 4: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il Profibus DP e FMS utilizzano una codifica dati NRZ (non return to zero)

Protocollo Profibus DP/FMS Physical Layer

RS-485

Simbolo Codifica1 High0 Low

Inattività (Idle) High

1 Bit di Start(0)

8 bit di dati(LSB……MSB)

1 bit di parità pari

1 Bit di Stop(1)

Per ogni 8 bits di dati vengono trasmessi 11 bits:

Carattere minimo trasmesso = 11 bit Stato di Idle nel bus = sequenza di bit "1"

Page 5: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il Profibus PA utilizza una codifica Manchester Biphase L

Protocollo Profibus PA Physical Layer

IEC 61158-2

Simbolo Codifica1 High to Low

0 Low to HighN+ (non data plus) High

N - (non data minus) Low

0 1 1 0 0 0 N- N+

Preambolo Start Delimiter End DelimiterDatiPreambolo: 1,0,1,0,1,0,1,0Start Delimiter: 1, N+,N-,1,0,N-,N+,0End Delimiter: 1, N+,N-, N+,N-,1,0,1

Page 6: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Protocollo Profibus Data Link Layer

Due tipi di nodi di comunicazione: Master (classe 1 & 2), Slave Il Master di classe 2 può essere opzionalmente presente

(uno e non più di uno) solo per fini di configurazione La contesa sull'accesso al mezzo fisico è gestita unicamente

dai Master, tramite un meccanismo di passaggio di token Il token passa da un Master ad un altro

Page 7: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Ogni Master conosce l'indirizzo del successivo (NS-Next Station) e del precedente Master (PS-Previous Station)

Ogni Master mantiene una GAP List (intervallo degli indirizzi tra il proprio indirizzo e il NS)

Ciascun Master mantiene anche una LAS (List of Active Station) dei Master presenti nella rete

Protocollo Profibus Data Link Layer

Page 8: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

In fase di configurazione viene stabilito il Target-Token-Rotation-Time (TTR), che determina il periodo

di rotazione del token (massimo tollerato) Quando un Master acquisisce il token, interroga

ciclicamente tutti o alcuni Slave, inviando dati o ricevendo dati

Quando un Master rilascia il token fa partire un timer che viene fermato quando il Master riacquista il token. L'intervallo misurato è il Token Rotation Time (TRR)

Protocollo Profibus Data Link Layer

Token Passing

Page 9: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Quando un Master riceve il token, confronta il TTR

con il Token Rotation Time (TRR). Vi possono essere

due casi: TRR < TTR. Il Master esegue tutte le trasmissioni previste

fino a quando:

il valore di TTR è raggiunto o tutte le trasmissioni

previste sono concluse.

TRR TTR. Il Master esegue solo una trasmissione e

rilascia il token. 

Protocollo Profibus Data Link Layer

Token Passing

Page 10: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Quando il Master cede il token al successivo Master (Next Station-NS), attende un ack entro uno slot-time:

Slot-time: è il massimo intervallo temporale tra l'ultimo carattere della frame di richiesta trasmessa da un nodo di comunicazione e il primo carattere della frame di risposta.

Se non riceve alcun ack, ripete la trasmissione del token.

Se anche la seconda volta nessun ack viene ricevuto, allora il token viene trasmesso alla prima stazione attiva successiva al NS (presenti nella LAS)

Protocollo Profibus Data Link Layer

Token Passing

Page 11: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Ciascun Master aggiorna autonomamente e continuamente lo spazio di indirizzi tra il proprio e il successivo (NS).

In tal modo è possibile individuare un nuovo successore (NS)

Se viene trovato un nuovo NS, viene aggiornata anche la LAS

L'interrogazione avviene ogni N*cicli di token, dove N è configurabile

Protocollo Profibus Data Link Layer

Mantenimento GAP List

Page 12: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Ciascun Master mantiene la lista dei nodi Master attivi (LAS)

Durante il funzionamento normale, ogni Master ascolta tutti i token ricevuti, al fine di aggiornare la LAS

All'accensione di un Master, egli ascolta i token e costruisce la LAS per un minimo numero di giri di token, il Master non può

intervenire, deve solo ascoltare

La LAS viene anche aggiornata in relazione all'aggiornamento del GAP e del PS

Protocollo Profibus Data Link Layer

Mantenimento LAS

Page 13: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il PS viene aggiornato automaticamente Il token arriva da un Master diverso dal PS, quando

un Master modifica il suo NS:Mancata risposta dell’attuale NS (vedi

passaggio token)Un Master scopre un nuovo Master tra lui e il

suo NS (vedi aggiornamento della GAP list) Se il token arriva da un Master diverso dal PS, esso

viene rifiutato una volta Se il Master riceve il token dallo stesso Master

(diverso dal PS) per due volte consecutive, il token viene accettato e il PS viene aggiornato

Protocollo Profibus Data Link Layer

Mantenimento PS

Page 14: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Comprende: Un Master di Classe 1 Un Master di Classe 2 (Opzionale, solo per configurazione, indirizzo

126) Fino ad un Massimo di 125 Slaves

 Vantaggi: Velocità di Trasmissione elevata, dovuta alla continua scansione degli

Slaves da parte del Master E' possibile trasmettere 1Kbyte di dati in meno di 2ms.

Configurazione Mono Master

Page 15: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Comprende: Uno o più Master Un massimo di 124 Slaves Al massimo 126 dispositivi sullo stesso bus

Vantaggio: Condivisione risorse (Slave intelligenti) tra Master uno Slave (intelligente) può essere letto da più di un Master, ma può

essere scritto da un solo Master Il protocollo Profibus DP non prevede la comunicazione tra Master

Configurazione Multi Master

Page 16: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Servizi di Comunicazione offerti dal Protocollo Data Link Layer ProfiBus DP

Servizi di ComunicazioneServizi confermatiServizi non confermati

Struttura del telegramma (fino a 255 bytes)11 bytes per campi di supporto (Header)

tranne Data_Exchange per cui l’header ha solo 9 bytes Il tipo di servizio richiesto è specificato nei campi Header

Campo dati opzionale (fino a 32 bytes, ma è possibile l’estensione a 244 bytes per un totale di 255 bytes)

Page 17: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

SD (1byte) = Delimitatore Iniziale (per distinguere tra diversi tipi di telegrammi)

LE (1byte) = Lunghezza dati (DA+SA+FC+DSAP+SSAP+DU) LEr (1byte) = Ripetizione Lunghezza dati SD (1byte) = Delimitatore Iniziale (per distinguere tra diversi tipi di

telegrammi) DA (1byte) = Indirizzo di destinazione SA (1byte) = Indirizzo di sorgente (di chi trasmette) FC (1byte) = Codice Funzione (per distinguere se il telegramma si riferisce ad

una richiesta, conferma o risposta) DSAP (1byte) = Destination Service Access Point (serve al nodo che riceve

per capire quale servizio viene richiesto e che deve essere eseguito) SSAP (1byte) = Source Service Access Point (serve al nodo che riceve per

capire il servizio responsabile della richiesta a cui inviare una risposta) DU =Data Unit (dati utente, da 1 a 32 bytes oppure da 1 a 244 bytes) FCS (1byte) = Frame Checking Sequence ED (1byte) = End Delimiter (sempre 16H)

Struttura del Telegramma nel Profibus DP

Data Link Layer

Page 18: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Solo i telegrammi che includono dati usano i SAP Non sono presenti in Data Exchange Identificano i servizi richiesti La coppia DSAP,SSAP contenuta nella request, viene invertita nella

response I SAP usati in Profibus DP sono:

SAP di default: Data Exchange SAP 54: Comunicazione Master-Master SAP 55: Cambio indirizzo Slave SAP 56: Lettura ingressi SAP 57: Lettura uscite SAP 58: Usato per servizi Sync a Freeze SAP 59: Lettura Configurazione SAP 60: Lettura dati diagnostici SAP 61: Trasmissione parametri ad uno Slave SAP 62: Verifica Configurazione

SAP Utilizzati in Profibus DP

Page 19: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Telegramma Dati Generico (SD=68 H):

Esempi di Telegrammi nel Profibus DP

Data Link Layer

Telegramma DATA EXCHANGE con Lunghezza Dati Fissa (8 bytes) (SD=A2 H):

Telegramma Token (SD=DC H):

SD DA SA FC DU FCS ED

SD DA SA ED

SD LE LEr SD DA SA FC DSAP SSAP DU FCS ED

lunghezza

Telegramma GAP (SD=10 H):

SD DA SA FC FCS ED

Page 20: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il protocollo opera in connectionless mode E' possibile avere trasmissioni peer-to-peer, multi-

peer (broadcast, multi-cast) Sono previste le seguenti tipologie di servizi

utilizzabili ai livelli superiori:

Servizi del Protocollo Profibus DP

Data Link Layer

Servizio Descrizione

SRD Servizi Confermati: Invio di Dati e Richiesta di Dati

SDN Invio di Dati senza Acknowledge (broadcast, multicast)

Page 21: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

I servizi confermati SRD operano in un singolo ciclo di telegramma (telegram cycle)

Servizio SRD per lo Scambio di Dati

Esistono tre modalità di scambio di dati tra Master di Classe 1 e Slave con servizio SRD: Data Exchange Read Inputs Read Outputs

Page 22: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il Master trasmette i dati di output allo Slave (ossia scrive le sue uscite) e lo Slave, in risposta, invia i propri ingressi. Se lo Slave è un dispositivo di sola uscita, esso risponde con “E5H“

Il Master non specifica la coppia DSAP e SSAP, perché il servizio Data Exchange è quello di default

La risposta dello Slave è immediata (entro uno slot time) Nel caso di mancata risposta da parte dello Slave, il Master può ripetere la

trasmissione più volte

Servizio SRD per lo Scambio Ciclico di Dati

Data Exchange

Mas

ter

DP SD+LE+LEr+SD+DA+SA+FC+Output Data+FCS+ED

SD+LE+LEr+SD+DA+SA+FC+Input Data+FCS+ED I/O

Sla

ve D

P

Page 23: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il Master richiede ad uno Slave di Ingresso l'invio dei propri ingressi

Il Master specifica come DSAP=56, che è la codifica del servizio di lettura degli ingressi dello Slave

Servizio SRD per lo Scambio Ciclico di Dati

Read Inputs

Mas

ter

DP

SD+LE+LEr+SD+DA+SA+FC+DSAP(56)+SSAP(62)+FCS+ED

SD+LE+LEr+SD+DA+SA+FC+DSAP (62)+SSAP(56)+Input Data+FCS+ED I S

lave

D

P

Page 24: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Il Master richiede ad uno Slave di Uscita l'invia delle proprie uscite (entro uno slot time)

Il Master specifica come DSAP=57, che è la codifica del servizio di lettura delle uscite dello Slave

Servizio SRD per lo Scambio Ciclico di Dati

Read Outputs

Mas

ter

DP

SD+LE+LEr+SD+DA+SA+FC+DSAP (57) +SSAP (62)+FCS+ED

SD+LE+LEr+SD+DA+SA+FC+DSAP (62) +SSAP (57) +Output Data+FCS+ED

O S

lave DP

Page 25: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Permette di inviare messaggi multicast/broadcast La gestione dell'invio dati broadcast avviene

utilizzando l'indirizzo 127 Nel caso di invio dati multicast viene specificato il

gruppo di nodi ai quali si inviano i dati il gruppo è definito in fase di configurazione del

Master Il telegramma è caratterizzato dal valore SAP=58 Il telegramma contiene 2 byte di dati:

Byte 1: permette di distinguere il tipo di messaggio (Sync, Freeze)

Byte 2: permette di individuare il gruppo

Servizio di Controllo Globale SDN

Page 26: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Servizi FREEZE/UNFREEZE FREEZE:

Permette al Master di imporre ad uno Slave o ad un gruppo di Slave di congelare i loro ingressi nello stato corrente.

Ad ogni comando Freeze gli Slave congelano il valore corrente degli ingressi.

Il Master leggerà tali ingressi Ogni Slave non aggiornerà più i valori degli ingressi fino a

quando il Master invierà un nuovo comando di Freeze.

UNFREEZE. Il sistema ritorna nel modo normale di scambio dati gli ingressi degli Slaves sono normalmente aggiornati e possono

essere letti dal Master

Servizio di Controllo Globale

Sincronizzazione Ingressi Slaves

Page 27: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Servizio di Controllo Globale SDN

Sincronizzazione Ingressi Slaves

Tempo

MasterSlavesLettura ingressi

Valore corrente degli ingressi

Freeze

UnFreeze

Aggiornamento del valore corrente degli ingressiLettura ingressiValore congelato degli ingressi

Gli ingressi cambiano ma non vengono aggiornati dagli SlavesFreezeAggiornamento del valore corrente degli ingressiLettura ingressi

Valore congelato degli ingressi

Page 28: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Servizi SYNC/UNSYNCSYNC.

Permette al Master di imporre ad uno Slave o ad un gruppo di Slave che le ultime uscite che il Master stesso ha inviato precedentemente divengano effettive.

Il Master invia le uscite agli Slaves con il Data Exchange.

Le uscite ricevute vengono bufferizzate ma non rese effettive dagli Slaves

Ciascuno Slave farà diventare effettive le ultime uscite ricevute, ad ogni ricezione del comando SYNC

UNSYNC. Il sistema ritorna nel modo normale di scambio dati le uscite ricevute dagli Slaves divengono subito

effettive

Servizio di Controllo Globale SDN

Sincronizzazione Aggiornamento Uscite Slaves

Page 29: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Servizio di Controllo Globale SDN

Sincronizzazione Aggiornamento Uscite Slaves

Tempo

MasterSlavesuscite

Aggiornamento usciteSync

uscite

uscite

Sync Aggiornamento ultime uscite ricevuteUnSync

usciteAggiornamento uscite

Page 30: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Nel Profibus-DP è consentita solo la comunicazione tra Master class 2 (iniziatore) e Master class 1

Viene utilizzato il SAP 54 E' possibile:

Upload/Download di aree di memoria contenete parametri di configurazione

Attivazione di parametri precedentemente caricati

Comunicazione

Master Classe 2-Master Classe 1

Page 31: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Files GSD Parametri che regolano la comunicazione Formule per la configurazione Esempio

Page 32: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Per ciascun Master è necessario fornire le caratteristiche Hw/Sw degli Slaves che dovrà interrogare

Alcune delle Informazioni necessarie per la gestione degli Slave sono: Bit/rate supportato Servizi supportati (FREEZE, SYNC) Tempi massimi di risposta in funzione del bit/rate Numero e tipologia di Ingressi Numero e tipologia di Uscite

Tali informazioni vengono fornite dal costruttore tramite un file standardizzato da EN50170: GSD L'uso dei files GSD permette una gestione Plug-and-Play.

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Page 33: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Struttura di File GSD File di testo. E' diviso in più parti:

General device information. Nome del dispositivo e costruttore, Nome del Modello, Revisione, Supporto Servizi FMS

Supported baudrates MaxTsdr default values for supported baudrates General supported features

esempio: ridondanza

DP Slave related information: Servizi Freeze, Sync, Auto_Baud

Modules information: Module = "2 Byte out/ 0 Byte in" 0x21,0x00

Page 34: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Struttura di File GSDPorzioni di file GSD:

;; General device informationGSD_Revision = 1Vendor_Name = "SAIA-Burgess Electronics"Model_Name = "PCD0 RIO 16O DP"Revision = "V.1.0"Ident_Number = 0x1633Protocol_Ident = 0Station_Type = 0FMS_supp = 0Hardware_Release = "0"Software_Release = "0"Bitmap_Device = "pcd0comp";Bitmap_Diag;Bitmap_SF

; Supported baudrates9.6_supp = 119.2_supp = 193.75_supp = 1187.5_supp = 1500_supp = 11.5M_supp = 112M_supp = 1

; MaxTsdr default values for supported baudratesMaxTsdr_9.6 = 60MaxTsdr_19.2 = 60MaxTsdr_93.75 = 60MaxTsdr_187.5 = 60MaxTsdr_500 = 100MaxTsdr_1.5M = 150MaxTsdr_12M = 800

Page 35: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Tutti i parametri di configurazione, legati al concetto del tempo, di una rete

Profibus-DP sono espressi in Bit Time Tbit Il Bit Time Tbit è il tempo necessario per la trasmissione di un bit. Dipende dalla lunghezza del cavo e dalla velocità di trasmissione (bit/sec)

La lunghezza del cavo è dettata dal bit rate E' fornito dall'inverso della velocità di trasmissione (baud rate)

Trasmission Rate bit/s 1 Bit time = Lunghezza cavo max9,6 Kb 104,2 μsec/bit 1200 m

19,2 Kb 52,1 μs/bit 1200 m93,75 Kb 10,7 μs/bit 1200 m187,5 Kb 5, 3 μs/bit 1000 m500 Kb 2 μs/bit 400 m1,5 Mb 666,7 nsec/bit 200 m3 Mb 333,3 nsec/bit 100 m6 Mb 166,7 nsec/bit 100 m

12 Mb 83,3 nsec /bit 100 m

Esempio: 1 Tbit a 12M = 1/(12.000.000 bit/s) = 83,3 nsec/bit

Page 36: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Baud Rate HSA-Highest Station Address. Specifica l'indirizzo

più alto da attribuire ad un Master. TS. Specifica l'indirizzo del Master che si sta

configurando.

Elenco degli Slave DP

Viene fornito tramite i files GSD

1 HSA 125

Spazio Indirizzo Masters & Slaves

TS

126 Master Classe 2

127Broadcast

Page 37: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Retry Counter. Specifica il numero massimo di ritrasmissioni nel caso di mancata risposta ricezione ack nel passaggio del token

Setup Time-TSET. E' il tempo che trascorre, in un dispositivo Profibus DP, dall'occorrenza di un evento fino all'attivazione della gestione della relativa reazione Il valore viene espresso in bit time Dipende dalla componentistica elettronica (hardware) Viene a volte specificato nei manuali Nel caso non sia specificato si assume pari al valore

massimo (255)

Page 38: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Station Delay of Responders - TSDR. E' il periodo di

tempo che trascorre dalla ricezione dell'ultimo bit di una frame di richiesta, fino alla trasmissione della frame di rispostaIl valore viene espresso in bit timeVengono specificati: Min TSDR e Max TSDR

Il Min TSDR è per default 11 TbitsResponderInitiator

Risposta

min TSDR

TSDR max TSDR

Richiesta

Page 39: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Quite Time - TQUI. E' il tempo che una stazione che trasmette deve attendere, dopo la trasmissione di una frame, prima di abilitare il proprio ricevitore Il valore viene espresso in bit time TQUI<min TSDR

ResponderInitiator

Risposta

Il ricevitore dell’Initiator diviene attivo dopo un tempo TQUI

TQUI min TSDR

TSDR

max TSDR

Richiesta

Page 40: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Sync Time - TSYN. E' il minimo intervallo di tempo durante il

quale ogni stazione dovrà ricevere lo stato di Idle (bit 1) dal mezzo fisico prima che possa accettare l'inizio di una frame Il valore viene espresso in bit time Generalmente è fissato TSYN=33 Tbits (3 caratteri)

Initiator/Responder L'attesa pari a TSYN garantisce che il nodo possa ricevere correttamente la frame

TSYNframe 1111111111…1

Page 41: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Safety Margin - TSM Viene aggiunto al TSYN

Si usa anche per altri parametri, serve soprattutto in scenari caratterizzati da alti bit/rate

Il valore viene espresso in bit time TSM=2+2*TSET+TQUI

Initiator/Responder

TSYN

TSMframe

Page 42: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Linee guida per la definizione dei valori di TSDR

min TSDR tempo di ricezione di un carattere = 11 max TSDR TSYN + TSM ossia 35+2*TSET+TQUI

Questo valore permette di garantire la presenza di Idle bit

nel mezzo fisico per un tempo sufficiente

ResponderInitiator

Risposta

min TSDR

TSDR

max TSDR

Richiesta

Page 43: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Transmission Delay - TTD. E' il ritardo di trasmissione tra

trasmettitore e ricevitoreDipende dal bit rate e dalla lunghezza del busSi esprime in Tbit

Responder

L’initiator invia una action frame

Initiator

TTD

Il responder invia un ack o una risposta

TTD

Page 44: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Initiator Idle Time – TID1. E' il tempo che deve trascorrere

dalla ricezione dell'ultimo bit di un ack/token/response alla trasmissione del primo bit di un nuovo telegramma.

Attenzione: Initiator e non Responder come il TSDR

Il valore viene espresso in bit time TID1=TSYN+TSM=35+2*TSET+TQUI

Riceve un ack, o una response, o un token

Initiator

Invia una action frame o un token

Primo bit della frame

Ultimo bit della frameTID1

Page 45: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Initiator Idle Time – TID2. Dopo l’invio di una action frame,

che non deve essere confermata da un ack, l’idle time è definito come TID2

Il valore viene espresso in bit time TID2=max TSDR

ResponderL’initiator invia un telegramma che non

richiede ack

Initiator

L’initiator invia una action frame o un token

Primo bit della frame

Ultimo bit della frameTID2

Page 46: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Slot Time - TSL. E' il tempo massimo che l'initiator aspetta tra

l'ultimo carattere della frame di richiesta trasmessa e il primo carattere della frame di risposta. Viene aggiunto un TSM per sicurezza Il valore viene espresso in bit time TSL=2*TTD+max TSDR+11+TSM

Ricezione primo carattere (11 bit)

ResponderL’initiator invia una

action frame

Initiator

Max TSDR

TTD

Il responder invia un ack o una risposta

TTD

TSM

TSL

Trasmissione ultimo bit

Page 47: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP Time Ready – TRDY.

Il Ready Time è il tempo all’interno del quale un stazione Master dovrebbe essere pronta a ricevere un ack o una risposta dopo la trasmissione di una richiesta.

TRDY = min TSDR

ResponderInitiator

Risposta

min TSDR

TSDR

max TSDR

Richiesta

TRDY

Page 48: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Target Rotation Time - TTR. Si calcola per ogni singolo Master. Il valore minimo deve garantire, ad ogni token, TUTTE

le trasmissioni Data Exchange (TDE)

E’ possibile considerare ulteriori trasmissioni (TADD):

•Solo Request (non confermate)

•Request/Response (SRD)

Nel caso di sistemi multimaster, il TTR è dato dalla somma dei TTR dei singoli Master

 

TTR= TDE+ TADD

 

Page 49: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

TTR: Calcolo del contributo (minimo) relativo a Data Exchange

 TDE = [TID1 +TSYN + min TSDR + 2*(Header + Trailer)] * n° slave +

(n° Byte Input * 11) + (n° Byte Output * 11) 

  dove: n° byte Input = Numero totale di byte di ingresso (tutti gli slave) n° byte Output = Numero totale di byte di uscita (tutti gli slave) n° slave = Numero di tutti gli SlaveHeader + Trailer=11 caratteri *9=99 bit (mancano DSAP e SSAP)

Data Exchange (request)

Data Exchange (response)

Riceve un ack, o una response, o un token

Master

TID1

Dati UscitaHeader Trailer

Header TrailerDati Ingresso

TSYN+

Min TSDR

Slave

Page 50: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

TTR: Esempio di calcolo del contributo relativo ad un solo SRD

 TADD = (TID1+TSL+2*Max_Data_Lenght*11)*(Retry Counter + 1) 

SRD request

SRD response

Riceve un ack, o una response, o un token

Master

TID1

DatiHeader Trailer

Header TrailerDati

Slave

  dove: Max_Data_Lenght=Header+Trailer+Max User Data=11+244=255

TSL

Calcolo Worst-Case

Il Time Slot si riferisce ad un solo carattere

Dunque si deve sommare il tempo relativo alla trasmissione degli interi messaggi (2 Header + 2 Trailer + 2 Dati)

Si deve tener conto del numero massimo di tentativi

Page 51: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

Tempo di aggiornamento GAP - TGUD. Il GAP

serve alle stazioni Master per inizializzare la manutenzione del GAP. Dopo la prima generazione della GAPL (GAP List), l’aggiornamento dell’immagine del GAP viene inizializzata ciclicamente dopo ogni intervallo. TGUD = G * TTR 1 ≤ G ≤ 100

Page 52: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Esempio di Configurazione di una Rete ProfiBus DP Multi-Master

L'esempio di configurazione della rete Profibus DP si riferisce al seguente scenario (Laboratorio presso il DIIT):2 Master = 1 PLC Siemens, 1 PC Applicom3 Slaves = 16 bit Q, 16 bit I, 1 PLC Slave (16 bit Q, 8 bit I)Slave del Master PLC Siemens

Modulo di 16 bit QSlave del Master PC Applicom

Modulo di 16 bit IPLC Slave (16 bit Q, 8 bit I)

Page 53: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Esempio di Configurazione di una Rete ProfiBus DP Multi-Master

Retry Counter=1 (per scelta) Tset = 240 (massimo valore presente, ricavato dai manuali) TSYN = 33 TSM = 2 bit + 2*TSET + TQUI = 482 TTD è talmente piccolo che si può trascurare (cavo cortissimo !) Max TSDRTSYN + TSM = 515

Max TSDR = 515 Min TSDR = 11 TQUI Min TSDR

TQUI= 0 TSL = 2*TTD + max TSDR + 11 bit + TSM = 1008

TSL = 1008  TID1=TSYN+TSM=33+482=515 TID2=max TSDR =515

Page 54: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

 Calcolo del TTR. Per ciascun Master è dato da:TTR = TDE+ TADD

TDE = [TSYN + TID1 + min TSDR + 2*(Header+Trailer)] * n° slave +

(n° Byte Input * 11) + (n° Byte Output * 11)TADD = (TID1+TSL+2*Max_Data_Lenght*11)*(Retry Counter + 1)

Per il Master PLC Siemens:TDE = [33+515+11+198]*1+22=779 (supponendo Header+Trailer=99)TADD = [515+1008+2*255*11]*2=14.266TTR = 779+14.266=15.045

Per il Master PLC Applicom:TDE = [33+515+11+198]*2+55=1.569TADD = [515+1008+2*255*11]*2=14.266TTR = 1.569+14.266=15.835

Valore TTR= 15.045+15.835=30.880

Esempio di Configurazione di una Rete ProfiBus DP Multi-Master

Posto a 1

Page 55: Standard Tedesco DIN 19245 Standard Europeo CENELEC EN 50170.2 (DP, FMS, PA) Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) Profibus DP (Decentralized Peripherals)

Configurazione di una Rete ProfiBus DP

1008

515

11

1008

515

11

30880

515240

30