Коммуникационный профиль DP

Основная функция коммуникационного профиля DP состоит в эффективном обмене данными ПЛК или компьютера с датчиками и исполнительными устройствами. Обмен данными с этими устройствами обычно выполняется периодически, но коммуникационный профиль DP представляет также дополнительный сервис апериодического обмена для установки параметров, контроля режимов работы и обработки сигналов тревоги (алармов).

В обычном режиме центральный контроллер (ведущий) периодически считывает информацию, поступающую на входы ведомых устройств и записывает информацию для их выходов. Дополнительно к этому периодическому обмену данными DP обеспечивает мощные средства для диагностики и инсталляции системы, а также для обеспечения устойчивости к внешним дестабилизирующим факторам.

Средства диагностики DP обеспечивают быстрое обнаружение места появления ошибки и пересылку соответствующего сообщения ведущему устройству. Диагностические сообщения делятся на три уровня:

o уровень устройства;

o уровень модуля ввода-вывода, входящего в состав устройства модульной конструкции;

o уровень канала модуля (например, "к. з. входа 8").

К одной сети могут быть подсоединены до 128 устройств (но не более 32-х в одном сегменте). Спецификация для конфигурирования системы включает количество узлов сети, распределение адресов устройств, формат диагностических сообщений, параметры шины.

В сети могут использоваться устройства трех типов:

o DP мастер класса 1 (DPM1) - центральный контроллер, который циклически обменивается информацией с ведомыми устройствами с заранее определенным периодом;

o DP мастер класса 2 (DPM2) - устройство, предназначенное для конфигурирования системы, наладки, обслуживания или диагностики;

o ведомое устройство - устройство, которое выполняет сбор информации или выдачу ее исполнительным устройствам.

Эти устройства могут отсылать или принимать не более 256 байт информации за один цикл обмена.

Коммуникационный профиль DP позволяет сконфигурировать как одномастерную, так и многомастерную сеть. В одномастерной сети ведущее устройство (мастер) может посылать запросы и получать ответы только от ведомых устройств.

В многомастерной сети имеется несколько ведущих устройств, которые имеют свои одномастерные подсети и в пределах подсети являются устройствами класса DPM1. Ведущие устройства в многомастерной сети могут быть также устройствами класса DPM2. Входные и выходные данные подчиненных устройств могут быть прочитаны любым мастером сети. Однако записывать данные в устройства может только один мастер, который при конфигурировании системы был обозначен как DPM1.

Ведущий контроллер (DPM1) может находиться в одном из трех состояний: Stop - когда не происходит обмена данными; Clear - когда DPM1 может считывать данные, но не может записывать их и выходы всех устройств переводятся в безопасные состояния; Operate - обычное рабочее состояние.

Если в системе появляется сообщение об ошибке, то DPM1 устанавливает выходы всех устройств вывода в безопасное состояние, а сам переходит в состояние "Clear".

Безопасным считается такое состояние, при котором исполнительные устройства находятся в безопасном (для человека или системы) состоянии. Такое состояние самоконтроля системы может быть установлено или нет при ее конфигурировании. При отключенном состоянии самоконтроля система продолжает работать несмотря на появление ошибок.

При конфигурировании системы пользователь назначает каждому ведущему свои ведомые устройства и очередность их опроса, а также указывает устройства, которые не надо опрашивать периодически.

Передача данных между мастером DPM1 и ведомыми делится на три фазы: параметризация, конфигурирование и передача данных. В фазе параметризации и конфигурирования проверяется, соответствует ли конфигурация и параметры ведомого устройства запланированным в DPM1 установкам. Проверяется тип устройства, формат и длина передаваемых сообщений, количество входов или выходов.

Profibus DP имеет режим синхронизации вывода. Для этого посылается широковещательная управляющая команда синхронизации, при получении которой происходит одновременная смена состояний выходов всех устройств вывода. Имеется также команда "замораживание", при поступлении которой входы всех устройств ввода сохраняют свое текущее состояние и перестают реагировать на изменение поступающих на входы сигналов, пока не поступит команда "размораживание". Эти команды используются для синхронизации ввода. Команды синхронизации могут посылаться всем устройствам сети, группе или одному устройству.

Для обнаружения ошибок в передающих устройствах предусмотрен механизм временного мониторинга (наблюдения), который действует как в ведомых, так и ведущих устройствах. Интервал мониторинга устанавливается при конфигурировании системы. Ведущий (DPM1) контролирует процесс передачи данных ведомым устройством с помощью таймера. Для каждого подчиненного используется свой таймер. Если в течение интервала наблюдения не приходят корректные данные, выдается диагностическое сообщение для пользователя. Если включен режим автоматической реакции на ошибки, то ведущий устанавливает все выходы в безопасные состояния, а сам переходит в состояние "Clear".

Ведомый также выполняет контроль ведущего устройства или линии передачи. Для этого используется сторожевой таймер. Если от ведущего не приходят данные в течение периода сторожевого таймера, ведомый автоматически переводит свои выходы в безопасные состояния. Для большей степени защиты выходов в многомастерной системе только один (уполномоченный) мастер имеет прямой доступ к изменению состояний выходов устройства. Все другие мастера могут считывать только "изображения" сигналов на входах и выходах устройства.

В Profibus имеются также расширенные DP функции, которые позволяют передавать апериодические функции чтения и записи, а также сигналы тревог параллельно и независимо от периодической пересылки данных, установленной пользователем при конфигурировании системы. Это позволяет, например, с помощью DPM2 изменять параметры вновь подсоединенных ведомых устройств или считывать состояние любых устройств сети без остановки системы. Эти служебные функции выполняются апериодически с низким приоритетом, параллельно с рабочим процессом передачи данных в системе. Для обеспечения такой возможности при параметризации всей сети устанавливают увеличенный цикл обращения маркера, чтобы шина на была загружена на 100%.

Передача сообщений

Profibus использует два типа сервисов для передачи сообщений: SRD (Send and Receive Data with acknowledge - "отправка и прием данных с уведомлением") и SND (Send Data with No acknowledge - "отправка данных без уведомления").

Сервис SRD позволяет отправить и получить данные в одном цикле обмена. Этот способ обмена наиболее распространен в Profibus и очень удобен при работе с устройствами ввода-вывода, поскольку в одном цикле можно и отправить, и получить данные.

Сервис SND используется, когда надо отправить данные одновременно группе ведомых устройств (многоабонентский режим) или всем ведомым устройствам (широковещательный режим). При этом ведомые устройства не отправляют свои уведомления мастеру.

Сообщение в Profibus называется телеграммой. Телеграмма может содержать до 256 байт, из них 244 байта данных, плюс 11 служебных байт (заголовок телеграммы). Все телеграммы имеют заголовки одинаковой длины, за исключением телеграммы с названием Data_Exchange. Заметим, что 11 байт служебной информации делают Profibus очень неэффективным при передаче коротких сообщений. Однако при больших объемах данных такой формат телеграммы достаточно эффективен.

 

Рис. 2.24. Структура телеграммы Profibus

 

Поля телеграммы имеют следующее содержание:

o SD - стартовый разделитель. Используется для указания начала телеграммы и ее формата. Имеется четыре типа разделителей для телеграмм запроса и ответа и один тип для короткого уведомления. Короткое уведомление имеет поле SD, но не в начале телеграммы;

o LE - длина передаваемых данных (DA+SA+FC+DSAP+SSAP+DU);

o LEr - повторение поля LE с целью его резервирования;

o DA - адрес устройства-получателя телеграммы;

o SA - адрес отправителя;

o FC - код типа телеграммы (запрос, уведомление, ответ, диагностические данные, тип устройства - мастер или ведомый, приоритет, уведомление);

o DSAP - устройство-получатель использует это поле чтобы определить, какой тип сервиса нужно выполнить;

o SSAP - COM порт отправителя;

o DU - данные длиной от 1 до 244 байт;

o FCS - контрольная сумма телеграммы (сумма значений полей DA+SA+ FC+DU, по модулю 255);

o ED - признак конца.

Резервирование

С целью повышения надежности в Profibus предусмотрено резервирование, выполненное следующим образом:

o ведомые устройства содержат два различных Profibus-интерфейса, основной и резервный. Они могут быть либо в одном устройстве, либо в двух одинаковых устройствах (основном и резервном);

o устройства снабжаются двумя независимыми стеками протоколов со специальным расширением для резервирования;

o процесс резервирования стеков протоколов осуществляется путем запуска специального программного объекта резервирования RedCom.

В нормальном режиме коммуникация выполняется только через основное устройство, которое посылает диагностическую информацию резервному устройству. В случае, когда основное устройство дает сбой, резервное устройство берет на себя его функции. Кроме того, мастер контролирует все ведомые устройства и выдает диагностическое сообщение на верхний уровень АСУ ТП, как только в системе вышло из строя основное устройство и не осталось резервного, или когда вышло из строя резервное. Резервное устройство может работать на основной Profibus линии, или на двух, если имеется резервная.

Подход к резервированию в Profibus имеет следующие свойства:

o одна и та же модификация устройств используется для реализации различных вариантов резервирования;

o ведущее, ведомое устройство и шина могут быть резервированы независимо друг от друга;

o не требуется особого дополнительного конфигурирования резервного устройства;

o возможен полный мониторинг обоих ведомых устройств.

Резервирование обеспечивает высокий коэффициент готовности*, короткое время восстановления, отсутствие потерь данных и нечувствительность системы к отказам.

Описание устройств

Современные модули ввода-вывода являются интеллектуальными устройствами и выполняют многие функции, которые ранее выполнялись только контроллерами. Однако, чтобы выполнить эти функции, устройства требуют сложной настройки при инсталляции системы, при обслуживании и параметризации. Поэтому необходимо иметь точное и полное описание сведений об устройствах, таких как тип выполняемых функций, количество входов/выходов, диапазон изменения переменных, единицы измерения, значения по умолчанию, идентифицирующие параметры устройства и т. д.

Profibus предлагает несколько методов и средств для описания устройств, которые обеспечивают унификацию описания. По историческим причинам в промышленной автоматизации используется в основном формат GSD (General Station Data - "общие данные об устройстве"). Описание устройств в этом формате создается их изготовителем и поставляется вместе с устройством.

Характеристики устройства описываются с помощью языка описания электронных устройств Electronic Device Description Language (EDDL) и поставляются в виде текстового файла EDD (Electronic Device Description - "описание электронного устройства"). Интерпретатор этого описания очень хорошо апробирован для приложений средней сложности. Для сложных приложений Profibus предлагает другой программный компонент - Device Type Manager (DTM).

Текстовый файл GSD содержит как общую, так и специфичную для конкретного устройства информацию. С помощью ключевых слов средство конфигурирования может прочесть идентификационные записи, настраиваемые параметры, типы данных, допустимые значения параметров. Некоторые из ключевых слов обязательны (по стандарту), например, имя изготовителя, другие являются опционными. GSD файл делится на три секции:

o общие параметры - содержит имя поставщика и имя устройства, версия аппаратуры и программного обеспечения, идентификационный номер, поддерживаемые скорости передачи;

o спецификация ведущего устройства - указывает допустимое количество подключаемых ведомых устройств, параметры передачи и приема сообщений;

o спецификация ведомого устройства - указывает количество и тип каналов ввода-вывода, перечень диагностических сообщений и список модулей при модульной конструкции устройства.

GSD файл загружается в средство конфигурирования системы "Profibus Configurator" и используется при ее инсталляции.

Более мощным средством описания устройств является язык EDD, который является частью международного стандарта IEC 61804-2 и позволяет описывать устройства средней сложности. Еще более мощными являются независимые от конкретной промышленной сети средства описания устройств FDT/DTM Field Device Tool/Device Type Manager - "средство для устройств полевого уровня/менеджер типа устройства"), которые позволяют описывать очень сложные устройства

http://aqad.ru/index.php?tree=1000000&tree2=9990284&tree3=10000433&tree4=10026037&tree5=10026040