3.5.4. Сеть profibus
Протокол PROFIBUS (PROcess Field BUS) разработан совместно группой немецких компаний: Siemens, Bosch и Klockner-Moeller.
В его задачи входит
организация связи с устройствами, гарантирующими быстрый ответ;
создание простой и экономичной системы передачи данных, основанной на открытых стандартах;
реализация интерфейса между уровнями 2 и 7 OSI-модели.
Стандарт протокола описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели. В PROFIBUS используется гибридный метод доступа в структуре Master/Slave и децентрализованная процедура передачи маркера. Сеть может состоять из 122 узлов, из которых 32 могут быть Master-узлами. Адрес 0 зарезервирован для режима широкого вещания («broadcast»). Общая схема PROFIBUS-сети представлена на рис. 5.27.
Рис. 5.27. Схема сети PROFIBUS
В среде Master-узлов по возрастающим номерам узлов передается маркер, который предоставляет право на ведение циклов чтения/записи на шине.
Все циклы строго регламентированы по времени, организована система тайм-аутов. Протокол способен разрешать разнообразные коллизии на шине. Настройка всех основных временных параметров определяется пользователем.
При передаче данных обнаружение и исправление ошибок ведется на основе хеммингова расстояния 4, то есть в любой посылке данных 3 ошибочных бита будет обнаружено, а один бит может быть исправлен.
Задачи в области промышленной связи часто требуют разных решений. В одном случае необходим обмен сложными и длинными сообщениями со средней скоростью. В другом случае требуется быстрый обмен короткими сообщениями с использованием упрощенного протокола обмена, например, с датчиками или исполнительными механизмами. В третьем случае необходима работа в опасных участках производства, например в газопереработке. Все эти задачи могут быть решены с использованием протокола PROFIBUS, т.к. под общим названием понимается совокупность трех различных, но совместимых протоколов: PROFIBUS-DP, PROFIBUS-FMS и PROFIBUS-PA. Одни и те же каналы связи сети PROFIBUS допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных.
PROFIBUS-DP (Decentralized Peripheral ) – распределенная периферия; PROFIBUS-PA (Process Automation) – автоматизация процесса; PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification) – спецификация сообщений полевого уровня.
Сеть PROFIBUS-DP применяется для высокоскоростного обмена данными с оконечными устройствами. Протокол физического уровня базируется на стандарте RS-485. Длительность цикла опроса зависит от числа узлов в сети и для скорости обмена 1,5 Мбит/с и числа станций 32 составляет не более 6 мс. Максимальная скорость обмена 12 Мбит/с достигается на длине сегмента 100 м, минимальная – 100 Кбит/с на длине 1200 м. DP-протокол представляет функциональное подмножество 2-го уровня протокола PROFIBUS-FMS. Уровень 7 в PROFIBUS-DP не описан. Протокол, ориентирован на обеспечение скоростного обмена данными между системами автоматизации (ведущими DP-устройствами) и устройствами распределенного ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами). Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей.
Сеть PROFIBUS-FMS реализует протокол общего назначения, разработанный для связи контроллеров и интеллектуальных устройств. Он описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели. Это универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Основное его назначение – передача больших объемов данных. Физический уровень базируется на стандарте RS-485.
Сеть PROFIBUS-PA предназначена для использования в устройствах, работающих в опасных производствах. В основе протокола PA лежит протокол ISP (Interoperable Systems Project). Физический уровень реализует стандарт IEC 61158-2. Уровень 2 – это функциональное подмножество стандарта DIN 19245. Сегмент PROFIBUS-PA имеет длину до 1900 м, скорость обмена между узлами сети – 31,2 кбит/с. Протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или Ex-зонах (зонах повышенной опасности).
Распределенная система управления может состоять из устройств, реализующих все три типа стандарта, однако РА-устройства необходимо подключать к PROFIBUS-PA через разделительные мосты.