Profibus-DP

INTRODUCTION

PROFIBUS-DP (DP pour périphériques décentralisés), permet aux appareils de différents fabricants de communiquer sans adaptations d'interface spéciales. PROFIBUS-DP est une variante optimisée pour l'échange rapide des données à de faibles coûts de connexion dans les applications appropriées. Il permet aux appareils de contrôle centraux, comme les SPC (commande par programme enregistré)/PC, de communiquer via une connexion série rapide avec des périphériques spécifiques comme des entraînements, des vannes ou des codeurs rotatifs. L'échange des données avec ces périphériques est principalement cyclique.

Es fonctions de communication requises pour cela sont définies par les fonctions de base de PROFIBUS-DP conformément à la norme EN 50 170. PROFIBUS est une norme de bus de terrain indépendante du fabricant destinée à diverses applications d'automatisation de la fabrication, des processus et de la construction. L'indépendance par rapport aux fabricants et l'ouverture sont définies dans la norme EN 50 170.

Le codeur AC 58 est un codeur rotatif absolu (codeur, codeur d'angle). Dans la version décrite ici, ce codeur envoie sa position actuelle à un autre appareil de bus via le support de transmission « PROFIBUS-DP » (conception physique : câble bifilaire blindé et torsadé). Le codeur AC 58 prend en charge toutes les fonctions des classes 1 et 2 indiquées dans le profil du codeur.

INFORMATIONS GÉNÉRALES

Les fonctions de base de PROFIBUS-DP (DP : périphériques décentralisés) sont uniquement décrites en partie ici. Vous trouverez plus d'informations dans la norme PROFIBUS-DP DIN 19245-3 ou la norme EN 50170.

DOMAINES D'APPLICATION

Dans les systèmes où la position d'un entraînement ou d'une autre pièce de machine doit être enregistrée et transmise au système de contrôle, cette tâche peut être réalisée par un codeur AC 58.

Ceci permet de résoudre les tâches de positionnement, par exemple dans les cas où le feedback relatif à la position actuelle de l'entraînement est transmis par un codeur AC58 à l'unité de positionnement via le PROFIBUS-DP.

FONCTIONS DE BASE DE PROFIBUS-DP

Le contrôleur central (maître) lit de manière cyclique les informations d'entrée provenant des esclaves et écrit les informations de sortie de manière cyclique sur les esclaves. Pour cela, la durée de cycle du bus doit être plus courte que la durée du cycle du programme de l'automate programmable (API), qui est d'environ 10 millisecondes dans de nombreuses applications. En plus de la transmission cyclique des données utilisateur, des fonctions hautes performances de diagnostic et de mise en service sont également disponibles avec le PROFIBUS-DP. Le trafic des données est surveillé par les fonctions de surveillance du côté maître et du côté esclave.

Le tableau suivant résume les fonctions de base de PROFIBUS-DP (périphériques décentralisés).

Technologie de transmission:

• câble bifilaire torsadé RS-485,
• débits en bauds de 9,6 kbit/s à 12 Mbit/s.

Accès au bus:

• procédure de passage au jeton entre les maîtres et procédures maitre-esclave pour les esclaves,
• systèmes mono-maître ou multi-maîtres possibles,
• appareils maître et esclave, maximum de 126 appareils connectés sur un bus.

Communication:

• Point à point (trafic des données utilisateur) ou multidiffusion (commandes de contrôle),
• trafic des données utilisateur maître-esclave cyclique et transfert des données maître-maître non-cyclique.

Conditions de fonctionnement:

• Marche : transmission cyclique des données d'entrée et de sortie.
• Suppression : les entrées sont lues, les sorties restent en état de sécurité.
• Arrêt : seul le transfert des données maître-maître est possible.

Synchronisation:

• les commandes de contrôle activent la synchronisation des entrées et des sorties.
• Mode sync : les sorties sont synchronisées.

Fonctionnalité:

• Transfert cyclique des données utilisateur entre le DP maître et le(s) DP esclave(s).
• Activation ou désactivation dynamique des DP esclaves individuels.
• Vérification de la configuration des DP esclaves.
• Fonctions de diagnostic hautes performances, 3 niveaux de messages de diagnostic.
• Synchronisation des entrées et/ou des sorties.
• Affectation des adresses des DP (périphériques décentralisés) esclaves via le bus.
• Configuration du DP maître (DPM1) via le bus.
• Un maximum de 246 octets de données d'entrée et de sortie par DP esclave est possible.

Fonctions de protection:

• Tous les messages sont transmis avec une distance de Hamming HD = 4.
• Surveillance des réponses des DP esclaves.
• Protection de l'accès aux entrées/sorties des DP esclaves.
• Surveillance du trafic des données utilisateur via un minuteur de surveillance réglable pour le maître.

Types d'appareils:

• DP maître classe 2 (DPM2), par ex. appareils de programmation/configuration,
• DP maître classe 1 (DPM1), par ex. appareil d'automatisation central comme un contrôleur d'API,
• PC DP esclave, par ex. les appareils avec entrées/sorties binaires ou analogiques, entraînement, vannes

CARACTÉRISTIQUES DE BASE/VITESSE

Le schéma suivant montre la durée de transmission typique de PROFIBUS-DP en fonction du nombre d'appareils connectés ainsi que la vitesse de transmission. La vitesse élevée est due en particulier au fait que la transmission des données d'entrée et de sortie est réalisée en un seul cycle de message en utilisant le service SRD (service d'envoi et de réception des données) de couche 2.

Fonctions de diagnostic:

les fonctions de diagnostic étendues de PROFIBUS-DP permettent de localiser facilement les défauts. Les messages de diagnostic sont transmis via le bus et rassemblés par le maître. Ils sont divisés en trois niveaux : Diagnostic spécifique à l'emplacement : les messages relatifs à l'état opérationnel général d'un appareil connecté, comme une température excessive ou une sous-tension.

Le diagnostic spécifique au module:

Ces messages indiquent qu'un diagnostic est requis dans une certaine section d'entrée/sortie (par ex. un module de sortie de 8 bits) d'un appareil connecté.

Diagnostic spécifique au canal:

La cause de l'erreur est spécifiée ici, et identifie un unique bit (canal) d'entrée/de sortie, comme un court-circuit sur la sortie 7.

Durée du cycle de bus d'un système PROFIBUS-DP mono-maître, conditions limites:

Chaque esclave a 2 octets de données d'entrée et 2 octets de données de sortie ; la durée minimale de l'intervalle esclave est de 200 microsecondes ; TSDR (référentiel de données série chronologique) = 11 temps bits.

PROFIBUS-DP permet de configurer des systèmes mono-maître ou multi-maîtres. Ceci offre un degré de flexibilité élevé dans la configuration des systèmes. Un maximum de 126 appareils (maîtres ou esclaves) peuvent être connectés à un bus. Les spécifications de configuration du système incluent le nombre d'appareil, l'affectation de l'adresse de l'appareil aux adresses d'entrées/de sortie, la cohérence des données d'entrée/de sortie, le format des messages de diagnostic et les paramètres de bus utilisés.

Chaque système PROFIBUS-DP est composé de différents types d'appareils.

Trois différents types d'appareils sont répertoriés:

DP (périphériques décentralisés) maître classe 1 (DPM1):

Il s'agit d'un contrôleur central échangeant des informations avec les appareils décentralisés (DP esclaves) dans un cycle de message défini. Les appareils typiques sont, par exemple, les automates programmables (PLC), PC ou les systèmes VME (environnement machine virtuel).

DP maître classe 2 (DPM2):

les appareils de ce type sont des appareils de programmation, de planification de projet ou de commande. Ils sont utilisés lors de la mise en service pour créer la configuration du système DP pour le fonctionnement du système lorsqu'il est en marche.

DP esclave:

Un DP esclave est un périphérique (entrée/sortie, entraînement, interface HMI, vannes) lisant des informations d'entrée et transmettant des informations de sortie aux appareils périphériques. Ce peut être également un appareil fournissant uniquement des données d'entrée ou des données de sortie. Le volume de données d'entrée et de sortie dépend de l'appareil et ne peut pas dépasser 246 octets pour les données d'entrée et 246 octets pour les données de sortie.

Système PROFIBUS-DP mono-maître:

Dans un système mono-maître, seul un maître est actif sur le bus lorsque le système de bus fonctionne. Le schéma ci-dessus montre la configuration système d'un système mono-maître.

Le contrôleur API est le composant de contrôle central. Les DP esclaves sont connectés en tant que périphériques au contrôleur API via le support de transmission. Cette configuration système permet d'obtenir la durée de cycle de bus la plus courte.

Dans un système multi-maîtres, plusieurs maîtres sont présents sur un seul bus. Ils forment soit des sous-systèmes indépendants les uns des autres, chacun étant constitué d'un DPM1 maître et de ses DP esclaves dépendants, soit des appareils supplémentaires de planification de projets et de diagnostic (voir le schéma ci-dessous). Les images d'entrée et de sortie des DP esclaves peuvent être lues par tous les DP maîtres. Les sorties peuvent uniquement être écrites par un DP maître (le DPM1 affecté lors de la configuration). Les systèmes multi-maîtres présentent une durée de cycle de bus moyenne.

PROFIBUS-DP Multi-Master System

Conditions du système

Afin d'obtenir une interchangeabilité étendue des appareils, le comportement du système PROFIBUSDP a également été normalisé. Elle est essentiellement déterminée par le statut de fonctionnement du DPM1. Il peut être commandé soit localement, soit via le bus à partir du dispositif de configuration. Une distinction est faite entre les trois états principaux suivants:

Stop

Il n'y a pas de trafic de données entre le DPM1 et les esclaves DP.

Clear

Le DPM1 lit les informations d'entrée des esclaves DP et maintient les sorties des esclaves DP dans un état sûr.

Operate

Le DPM1 est en phase de transfert de données Dans le trafic de données cyclique, les entrées sont lues par les esclaves DP et les informations de sortie sont transférées aux esclaves DP.

Le DPM1 envoie son statut local de façon cyclique à tous les esclaves DP assignés dans un intervalle de temps configurable avec une commande de multidiffusion.

La réaction du système après l'apparition d'une erreur dans la phase de transfert de données du DPM1, comme la défaillance d'un esclave DP, est déterminée par le paramètre de fonctionnement "Auto- Clear".

Si ce paramètre est réglé sur True, le DPM1 fait passer les sorties de tous les esclaves DP associés à l'état sûr dès qu'un esclave DP n'est plus prêt pour la transmission de données utilisateur.

Ensuite, le DPM1 passe à l'état clair.

Si ce paramètre = False, alors le DPM1 reste dans l'état opérationnel même en cas d'erreur, et l'utilisateur peut déterminer lui-même la réponse du système.

Transfert de données cycliques entre le DPM1 et le DP-SLAVES

Le trafic de données entre le DPM1 et les esclaves DP qui lui sont affectés est automatiquement traité par le DPM1 selon une séquence fixe et récurrente. Lors de la configuration du système de bus, l'utilisateur définit l'affectation d'un esclave DP au DPM1. En outre, il est défini quels esclaves DP doivent être inclus ou exclus du trafic cyclique de données utilisateur.

Le trafic de données entre le DPM1 et les esclaves DP est divisé en phases de paramétrage, de configuration et de transfert de données. Avant qu'un esclave DP ne soit inclus dans la phase de transfert de données, le DPM1 vérifie dans la phase de paramétrage et de configuration si la configuration du point de consigne configuré correspond à la configuration réelle de l'appareil.

Le DPM1 est ensuite utilisé pour transférer les données à l'esclave DP.

Pour cette vérification, les informations relatives au type, au format et à la longueur de l'appareil ainsi que le nombre d'entrées et de sorties doivent correspondre. L'utilisateur bénéficie ainsi d'une protection fiable contre les erreurs de paramétrage. En plus du transfert de données utilisateur, qui est effectué automatiquement par le DPM1, il est possible d'envoyer de nouvelles données de paramétrage aux esclaves DP à la demande de l'utilisateur.

Transmission des données de l'utilisateur avec PROFIBUS-DP

Transfert de données entre le DPM1 et les dispositifs de projection

En plus des fonctions entre le maître DP et les esclaves DP, des fonctions de communication maître-maître sont disponibles, voir tableau. Ils permettent aux appareils de configuration et de diagnostic de configurer le système via le bus.

En plus des fonctions de téléchargement, les fonctions maître-maître offrent la possibilité d'activer ou de désactiver dynamiquement le transfert de données utilisateur entre le DPM1 et les différents esclaves DP et de modifier l'état de fonctionnement du DPM1.

P: Devoir, O: Option
Aperçu des fonctions du master Fonctions avec PROFIBUS-DP

SYNC MODE

En plus du trafic de données utilisateur lié à l'abonné, qui est automatiquement géré par le DPM1, le maître peut envoyer des commandes de contrôle à un, un groupe ou à tous les esclaves simultanément. Ces commandes de contrôle sont transmises en multidiffusion. Ils permettent les modes de fonctionnement Sync et Freeze pour une synchronisation des esclaves DP contrôlée par les événements. Les esclaves démarrent le mode de synchronisation lorsqu'ils reçoivent une commande de synchronisation du maître assigné.

Les sorties de tous les esclaves adressés sont alors gelées dans leur état actuel. Lors des transmissions de données utilisateur suivantes, les données de sortie sont stockées dans les esclaves, mais les états de sortie restent inchangés. Les données de sortie stockées ne sont transmises aux sorties qu'après réception de la commande Sync suivante. Avec Unsync, l'opération de synchronisation est terminée.

MECANISMES DE PROTECTION

Pour des raisons de sécurité, il est nécessaire de doter le PROFIBUS-DP de fonctions de protection efficaces contre le paramétrage incorrect ou la défaillance de l'équipement de transmission. À cette fin, des mécanismes de contrôle sont mis en œuvre au niveau du DP maître et des DP esclaves sous la forme d'un contrôle du temps. L'intervalle de surveillance est défini au cours de la planification du projet.

Auprès DP-Master

Le DPM1 surveille le trafic de données des esclaves avec le Data_Control_Timer Une minuterie distincte est utilisée pour chaque esclave. La surveillance du temps réagit si aucun transfert de données utilisateur correct n'a lieu dans un intervalle de surveillance. Dans ce cas, l'utilisateur est informé. Si la réponse automatique aux erreurs (Auto_Clear = True) a été activée, le DPM1 quitte l'état de fonctionnement, commute les sorties des esclaves associés à l'état sûr et passe à l'état clair.

Auprès DP-Slave

L'esclave effectue une surveillance des réponses pour détecter les erreurs de maître ou de transmission. S'il n'y a pas de trafic de données avec le maître dans l'intervalle de surveillance de la réponse, l'esclave commute automatiquement les sorties à l'état sûr.

Une protection d'accès supplémentaire est nécessaire pour les entrées et les sorties des esclaves DP lorsqu'ils fonctionnent dans des systèmes multi-maîtres. Cela garantit que l'accès direct n'est accordé que par le capitaine autorisé. Pour tous les autres maîtres, les esclaves fournissent une image des entrées et des sorties qui peut également être lue sans autorisation d'accès.

INTERFACE DE COMMUNICATION

L'interface de communication correspond au profil du codeur PROFIBUS-DP de classe 2.

inclut les fonctions de la classe 1.