1

Interface szeregowy PROFIBUS

Standard PROFIBUS zosta

ł opracowany na zlecenie Ministerstwa Badań i Technologii Niemiec na potrzeby

automatyki przemys

łowej. Prace nad standardem prowadzone przez 13 firm i 5 instytutów zostały uwieńczone w

po

łowie 1991 r. opublikowaniem dwuczęściowej normy oznaczonej symbolem DIN 19245. Powołano organizację pod

nazw

ą PROFIBUS Nuzerorganisation (PNO), zrzeszającą firmy rozwijające standard. Obecnie organizacja liczy

ponad 150 cz

łonków i mieści się w Wesseling.

Architektura protoko

łu PROFIBUS została oparta na 7-segmentowym tunelu OSI.

Warstwy 1 i 2 (cz

ęść I normy) określają medium transmisyjne, właściwości elektryczne interfejsu, protokół dostępu do

medium oraz us

ługi warstwy łączenia danych - FDL {ang. Field Data Link). Kolejne warstwy od 3 do 6 nie są jawnie

okre

ślone w normie. Ich funkcje zostały zawarte w podwarstwie sprzęgającej je z niższymi warstwami interfejsu - LLI

(ang. Lower Layer Interface), b

ędącej częścią warstwy 7. Warstwa aplikacji umożliwia także wykonywanie usług

realizowanych przez funkcje komunikacyjne - FMS (ang. Fieldbus Message Specification). Ponadto standard
PROFIBUS dostarcza u

żytkownikowi funkcji zarządzania siecią - FMA {ang. Fieldbus Management Application).

G

łówne cechy standardu PROFIBUS:

Podstawowe parametry warstwy 1 i 2

•

transmisja zgodna ze standardem RS-485 (jeden segment - 32 stacje), skr

ętka, opcjonalnie światłowód,

•

maksymalna d

ługość linii 1200 m, ze wzmacniaczami 4800 m,

•

szybko

ść transmisji zależna od długości linii w zakresie od 9,6 do 500 kbit/s,

•

maksymalna liczba stacji 127,

•

transmisja asynchroniczna, pó

łdupleks, - hybrydowy dostęp do magistrali,

•

trzy acykliczne i jedna cykliczna us

ługi transmisji danych,

•

format ramek zgodny z norm

ą ICE-870-5-1,

•

dane zintegrowane z odleg

łością Haminga (HD = 4).

Podstawowe parametry warstwy 7

•

obiektowo zorientowany model "client-server",

•

struktura modu

łowa (LLI, FMS),

•

efektywne przesy

łanie komunikatów dostępnych za pomocą krótkiego adresu,

•

nawi

ązywanie i rozłączanie połączeń (ang. contex management),

•

cykliczne i acykliczne serwisy odczytu i zapisu,

•

ładowanie do pamięci (ang. domain management),

•

uruchamianie i zatrzymywanie programów (ang. program invocation management),

•

żądanie statusu i jego identyfikacja (ang. virtual field device-support),

•

administracja s

łownika obiektów (ang. object dictionary management),

•

komunikacja zorientowana po

łączeniowo lub bezpołączeniowo,

•

przesy

łanie komunikatów z lub bez potwierdzenia.

2

Medium transmisyjne stanowi para przewodów w konfiguracji magistralowej.
W standardzie PROFIBUS stosuje si

ę dwie metody kontroli dostępu do magistrali:

1.

metod

ę dostępu zdecentralizowanego, zgodną z zasadą "token-passing", stosowaną do komunikacji między

z

łożonymi stacjami typu "master";

2.

metod

ę dostępu scentralizowanego, zgodną z zasadą "master-slave", dla komunikacji stacji typu master z

prostymi stacjami typu "slave".

Kontrola dost

ępu do magistrali przypisana jest stacji aktywnej (tzw. "master" - kontroler magistrali). Obok stacji typu

"master" standard okre

śla stacje typu "slave" (stacje pasywne, np. czujnik, element wykonawczy), nie mogące

inicjowa

ć cyklu dostępu do magistrali. Element "master" otrzymawszy na ściśle określony czas "token" może sterować

dost

ępem do magistrali, komunikując się z elementami pasywnymi, po czym przekazuje sterowanie następnej stacji

typu master.

W ten sposób stacje typu "master" do

łączone do magistrali tworzą logiczny pierścień. Taki sposób dostępu do

medium transmisyjnego okre

ślany jest jako hybrydowa metoda dostępu do medium.

Profile standardu PROFIBUS

Standard PROFIBUS dostarcza wielu zró

żnicowanych funkcji komunikacyjnych. W pewnych zastosowaniach

niezb

ędne jest zaimplementowanie podzbioru oferowanych funkcji określanych profilem. Profile definiowane są przez

wspomnian

ą wcześniej grupę skupiającą użytkowników standardu PROFIBUS (PIVO) i zawierają więcej sformułowań

ni

ż tylko określenie parametrów komunikacyjnych. Określają takie definicje właściwe dla grupy aplikacji w odniesieniu

do funkcji komunikacyjnych, jak równie

ż znaczniki statusu i błędu. Zawierają także specyficzne definicje dla danej

klasy zastosowa

ń. Obecnie dostępne są profile dla następujących grup: automatyzacja budynków, sterowanie

nap

ędami, programowalne sterownika logiczne, maszyny włókiennicze, sterownika numeryczne i roboty, czujniki i

elementy wykonawcze. Omówiony b

ędzie ostatni z nich.

Czujnik jest klasycznym elementem typu "slave". Dzia

łanie czujnikowego interfejsu komunikacyjnego w standardzie

PROFIBUS wymaga tylko realizacji najwa

żniejszych funkcji. Dzięki temu staje się możliwe efektywniejsze

wykorzystanie zasobów aplikacyjnych czujnika. Bardzo proste aplikacje czujników nie wymagaj

ą nawet wszystkich

wymienionych funkcji, dlatego profil dzielony jest na cztery klasy stosownie do ich funkcjonalno

ści:

klasa 1 - przesy

łanie wielkości mierzonych jako danych stałoprzecinkowych,

klasa 2 - ustawianie parametrów i definiowanie zakresów,
klasa 3 - transmitowanie informacji o stanie czujnika,
klasa 4 - przesy

łanie wielkości mierzonych jako danych zmiennoprzecinkowych.

Profil okre

śla także 8 standaryzowanych związków komunikacyjnych, a dane reprezentujące mierzone wartości

umieszczane s

ą w zdefiniowanym słowniku obiektów. Profil określa również zalecane prędkości transmisyjne 19,2

kbit/s i 500 kbit/s. Stosowanie profili znacznie upro

ściło projektowanie struktury sieci.