Interface szeregowy PROFIBUS
Standard PROFIBUS został opracowany na zlecenie Ministerstwa Badań i Technologii Niemiec na potrzeby
automatyki przemysłowej. Prace nad standardem prowadzone przez 13 firm i 5 instytutów zostały uwieńczone w
połowie 1991 r. opublikowaniem dwuczęściowej normy oznaczonej symbolem DIN 19245. Powołano organizację pod
nazwą PROFIBUS Nuzerorganisation (PNO), zrzeszającą firmy rozwijające standard. Obecnie organizacja liczy
ponad 150 członków i mieści się w Wesseling.
Architektura protokołu PROFIBUS została oparta na 7-segmentowym tunelu OSI.
Warstwy 1 i 2 (część I normy) określają medium transmisyjne, właściwości elektryczne interfejsu, protokół dostępu do
medium oraz usługi warstwy łączenia danych - FDL {ang. Field Data Link). Kolejne warstwy od 3 do 6 nie są jawnie
określone w normie. Ich funkcje zostały zawarte w podwarstwie sprzęgającej je z niższymi warstwami interfejsu - LLI
(ang. Lower Layer Interface), będącej częścią warstwy 7. Warstwa aplikacji umożliwia także wykonywanie usług
realizowanych przez funkcje komunikacyjne - FMS (ang. Fieldbus Message Specification). Ponadto standard
PROFIBUS dostarcza użytkownikowi funkcji zarządzania siecią - FMA {ang. Fieldbus Management Application).
Główne cechy standardu PROFIBUS:
Podstawowe parametry warstwy 1 i 2
" transmisja zgodna ze standardem RS-485 (jeden segment - 32 stacje), skrętka, opcjonalnie światłowód,
" maksymalna długość linii 1200 m, ze wzmacniaczami 4800 m,
" szybkość transmisji zależna od długości linii w zakresie od 9,6 do 500 kbit/s,
" maksymalna liczba stacji 127,
" transmisja asynchroniczna, półdupleks, - hybrydowy dostęp do magistrali,
" trzy acykliczne i jedna cykliczna usługi transmisji danych,
" format ramek zgodny z normą ICE-870-5-1,
" dane zintegrowane z odległością Haminga (HD = 4).
Podstawowe parametry warstwy 7
" obiektowo zorientowany model "client-server",
" struktura modułowa (LLI, FMS),
" efektywne przesyłanie komunikatów dostępnych za pomocą krótkiego adresu,
" nawiązywanie 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 słownika obiektów (ang. object dictionary management),
" komunikacja zorientowana połączeniowo lub bezpołączeniowo,
" przesyłanie komunikatów z lub bez potwierdzenia.
1
Medium transmisyjne stanowi para przewodów w konfiguracji magistralowej.
W standardzie PROFIBUS stosuje się dwie metody kontroli dostępu do magistrali:
1. metodę dostępu zdecentralizowanego, zgodną z zasadą "token-passing", stosowaną do komunikacji między
złożonymi stacjami typu "master";
2. metodę dostępu scentralizowanego, zgodną z zasadą "master-slave", dla komunikacji stacji typu master z
prostymi stacjami typu "slave".
Kontrola dostępu do magistrali przypisana jest stacji aktywnej (tzw. "master" - kontroler magistrali). Obok stacji typu
"master" standard określa stacje typu "slave" (stacje pasywne, np. czujnik, element wykonawczy), nie mogące
inicjować cyklu dostępu do magistrali. Element "master" otrzymawszy na ściśle określony czas "token" może sterować
dostępem do magistrali, komunikując się z elementami pasywnymi, po czym przekazuje sterowanie następnej stacji
typu master.
W ten sposób stacje typu "master" dołączone do magistrali tworzą logiczny pierścień. Taki sposób dostępu do
medium transmisyjnego określany jest jako hybrydowa metoda dostępu do medium.
Profile standardu PROFIBUS
Standard PROFIBUS dostarcza wielu zróżnicowanych funkcji komunikacyjnych. W pewnych zastosowaniach
niezbędne jest zaimplementowanie podzbioru oferowanych funkcji określanych profilem. Profile definiowane są przez
wspomnianą wcześniej grupę skupiającą użytkowników standardu PROFIBUS (PIVO) i zawierają więcej sformułowań
niż tylko określenie parametrów komunikacyjnych. Określają takie definicje właściwe dla grupy aplikacji w odniesieniu
do funkcji komunikacyjnych, jak również znaczniki statusu i błędu. Zawierają także specyficzne definicje dla danej
klasy zastosowań. Obecnie dostępne są profile dla następujących grup: automatyzacja budynków, sterowanie
napędami, programowalne sterownika logiczne, maszyny włókiennicze, sterownika numeryczne i roboty, czujniki i
elementy wykonawcze. Omówiony będzie ostatni z nich.
Czujnik jest klasycznym elementem typu "slave". Działanie czujnikowego interfejsu komunikacyjnego w standardzie
PROFIBUS wymaga tylko realizacji najważniejszych funkcji. Dzięki temu staje się możliwe efektywniejsze
wykorzystanie zasobów aplikacyjnych czujnika. Bardzo proste aplikacje czujników nie wymagają nawet wszystkich
wymienionych funkcji, dlatego profil dzielony jest na cztery klasy stosownie do ich funkcjonalności:
klasa 1 - przesyłanie wielkości mierzonych jako danych stałoprzecinkowych,
klasa 2 - ustawianie parametrów i definiowanie zakresów,
klasa 3 - transmitowanie informacji o stanie czujnika,
klasa 4 - przesyłanie wielkości mierzonych jako danych zmiennoprzecinkowych.
Profil określa także 8 standaryzowanych związków komunikacyjnych, a dane reprezentujące mierzone wartości
umieszczane są w zdefiniowanym słowniku obiektów. Profil określa również zalecane prędkości transmisyjne 19,2
kbit/s i 500 kbit/s. Stosowanie profili znacznie uprościło projektowanie struktury sieci.
2