شبکه های صنعتی 2

[ali.66]

قسمت 2

PROFIBUS DP
DP به صورت Master/ Slave کار می کنند یعنی کنترلر مرکزی یا Master بصورت سیکلی ورودی ها را از Slave ها
می خواندو خروجی ها را به آنها می فرستد.
به دوره زمانی که در آن این عملیات انجام می گیردسیکل باس گفته می شود.
سرعت DP به گونه ای است که می تواند در عرض یک میلی ثانیه 512 بایت دیتای ورودی و 512 بایت دیتای خروجی را را روی 32 Slave با سرعت 12Mbps تبادل کند.
سرعت انتقال به تعداد ایستگاه وسیکل باس ارتباط دارد.
سه نسخه از PROFIBUS DP که شامل DP-V2 وDP-V1 و DP-V0
DP-V0
DP-V0 نسخه پایه ست و فقط اجازه ارتباط سیکلی بین Master و Slave را فراهم می کند. یعنی Master
بصورت سیکلی مرتبا Slave ها را یکی پس از دیگری فرا می خواند و با انها تبادل دیتا می کند.
اگر بیش از یک Master وجود داشته باشد در این صورت Master ها به نوبت باس را در اختیار میگیرند.
مراحل فراخوانی یک Slave توسط Master
1-Master در خواست شناسایی وضعیت کرد و Slave وضعیت خود را اعلام می کند.
2-Master پارامترهایی که Slave باید برای تبادل دیتا از آن استفاده کند مانند زمان پاسخ دهی را به آن
می فرستد.Slave تاییدقبول را به Master اعلام می کند.
3-Master ساختار سخت افزاری پیکربندی شده برای Slave را به آن اعلام میکند. اگر Slave تفاوتی بین ان
وساختار واقعی ببیند به Master اعلام می کند.
که بعد از انجام این مراحل تبادل سیکلی شروع می شود. یعنی Master در خواست دیتا می کند و Slave
به آن پاسخ می دهد.بسته دیتا حداکثر 244 بایت وسرویسی که بکار گرفته می شود SRD است.
DP-V1
نسخه بعدی DP-V1 است که در آن امکان ارتباط غیر سیکلی نیز اضافه شده است، برای درک بهتر ارتباط
غیر سیکلی باید توجه داشت که در پروتکل DP دو نوع Master تعریف شده است:
DP Master Class 1 که DPM1خوانده می شود.که همان کنترلر مرکزی ست که به صورت سیکلی با SLAVE ها
در دوره زمانی معین ارتباط برقرار می کند و می تواند یک PLC یا یک PC باشد.
DP Master Class 2 که DPM2 خوانده می شود.این وسیله مانند PC یا PGدر طول راه اندازی یا تشخیص عیب
یا برای پیکر بندی و کالیبراسیون وامثال آن به Slave ها متصل می شود.بنابراین ارتباط آنها موقت بوده ولازم
نیست بطور دائم به باس متصل باشد.
DPM1 به صورت سیکلی و DPM2 به صورت غیر سیکلی ارتباط برقرار می کند.

همانطور که در شکل مشخص می شود DP Master 1 پرچم را در اختیار داردو با Slave هایش ارتباط برقرار میکند
وقتی به آخرین Slave رسید پرچم را به DP Master 2 می دهد تا در زمان باقیمانده از سیکل باس با هر Slave
که می خواهد بصورت Acyclic ارتباط برقرار کند. در پایان سیکل پرچم دوباره به DP Master 1 برگشت داده می شود.
یکی دیگر از ویژگی های DP-V1 امکان هدایت خروجی Slave ها به حالت Fail Safe می باشد.
برای DPM1 سه مد کاری STOP و CLEAR وOPERATE وجود دارد که قابل تنظیم است.
1- در مد STOP هیچ تبادل دیتای با Slave ها وجود ندار.
2- در مد OPERATE کار Master با Slave نرمال است یعنی تبادل دیتا وجود دارد.
3-در مد CLEAR اطلاعات ورودی از Slave ها توسط Master خوانده می شود ولی خروجی آنها در حالت
Safe قرار میگیرد
DP-V2
نسخه بعدی DP-V2 می باشد که امکان تبادل دیتای مستقیم بین Slave ها نیز وجود دارد،که این امر موجب
صرفه جویی قابل توجهی در زمان می شودزیرا لازم نیست Master دیتا را از یک Slave بگیرد و به Slave دیگر بدهد.
این روش بصورت Broadcast است یعنی یک Slave بعنوان Publisher دیتای خود را جهت استفاده سایر Slave
ها که Subscriber نامیده می شوند روی باس قرار می دهندتا در صورت نیاز آن را خوانده و به عنوان ورودی خود
استفاده نمایند.

ویژگی دیگر DP-V2 قابلیت همزمان سازی(Synchronizing) است.اگرلازم باشد خروجی Slave ها با یکدیگر

همزمان شود میتوان آنها را در این روش در یک حافظه موقت قرار دادسپس با فرمان SYNC بطور همزمان

انها ار به خروجی ارسال نمود.

مکانیسم های حفاظتی

در تمام نسخه های V0 ، V1 و V2 مکانیسم های حفاظتی برای تبادل دیتا در نظر گرفته شده است.یکی از این

مکانیسم ها مانیتور کردن زمان است.در این روش:

1-در سمت Master برای DPM1 به ازای هر Slave یک تایمر کنترل دیتای جداگانه وجود دارد.اگر در طول زمان تعیین

شده دیتای صحیح از Slave دریافت نشود تایمر مزبور دستور توقف میدهد.

مگر اینکه مد Auto-Clear فعال شده باشد، که در این صورت DPM1 به کار خود ادامه می دهد و خروجی های

Slave مذکور را در حالت Fail Safe نگه می دارد.

2- برای هر Slave یک Watchdog منظور شده که خطاهای مربوط به Master یا انتقال دیتا را آشکار می سازد.

اگردر طول زمان کنترل شده دیتایی با Master تبادل نشود بطور خودکار Wachdog خروجی های Slave مزبور

را به حالت Fail Safe هدایت می کند.

PROFIBUS FMS

FMS سرویس قدرتمندی که در رنج وسیعی از کاربردها،مورد استفاده قرار میگیرد.و به خصوص زمانی که ارتباطات

پیچیده ای در شبکه برقرار باشد،سرویس FMS میتواند گزینه مناسبی باشد.

محیط انتقال ونحوه در اختیار گرفتن باس در FMS و DP یکسان می باشد از این رو می توان به طور همزمان در

یک شبکه قرار گیرند.

بطور خلاصه ویژگی FMS بدین گونه است:

1-روش انتقال :کابل مسی یا فیبر نوری
2-روش دسترسی به باس :Token Pass
3-سیگنالینگ: آسنکرون با بسته های 11بیتی UART (مشابه DP)
4-سرویس ارتباط دهی :SDA و SDN و SRD

معمولا سرویس FMS را برای حالتی که حجم اطلاعات بالاست بکار میگیرند و جایگاه آن در هرم اتوماسیون بیشتر

در سطح Process است.امروزه با توجه به رشد سریع (Industrial Ethernet ) معمولا در این سطح به جای

استفاده از سرویس FMS از IE استفاده می شود ودر نتیجه سرویس FMS کاربرد محدودتری پیدا کرده است.


PROFIBUS PA

PROFIBUS PA یک نمونه تکامل یافته از PROFIBUS DP است ومعمولا برای سطح FIELDاستفاده می شود.

در این روش ،تکنیک انتقال دیتا بر اساس استاندارد IEC 1158-2 می باشد ودر نتیجه به صورت ذاتی یک ایمنی

بالا به دست می آید.چون تغذیه عناصر متصل به این شبکه مستقیما از طریق خط ارتباطی تامین می گردد.

انتقال دیتا بر اساس پروتکل Manchester Coding صورت میگیرد که سطح DC برای انتقال دیتا ندارد این روش
به MBP یا Manchester Coded Bus Powered موسوم و نام دیگر آن H1 است.در پروتکل MBP بیت 0 زمانی رخ
می دهدکه لبه بالا رونده سیگنال جریانی داشته باشیم و بیت 1 زمانی رخ میدهد که لبه پایین رونده سیگنال
داشته باشیم مانن شکل زیر:

نحوه انتقال سیگنال به این صورت است که سطح صفر و یک بر روی جریان مدوله شود.
در این روش سرعت انتقال دیتا ثابت و برابر 31.25kbps می باشد یعنی بهطول کابل بستگی ندارد.محیط انتقال
می تواند یک کابل Twisted Pair از نوع شیلد دار یا بدون شیلد باشد.
در PROFIBUS PA امکان استفاده از ساختارهای Tree،star،Bus و یا ترکیبی از آنها وجود دارد برای افزایش
توانایی سیستم امکان ایجاد یک سیستم Redundant نیز وجود دارد.
میتوان PROFIBUS PA را از طریق کوپلر به PROFIBUS DP وصل کرد.ممکن است عملا این نیاز وجود داشته باشد
تا دیتا از شبکه PA به DP یا برعکس منتقل شود .
از آنجا که پروتکل ارتباطی ایندو متفاوت است نیاز به واسطه ای به نام کوپلر داریم که در شکل زیر نمایش داده
شده است.نکته ای که باید توجه داشت اینست که پس از اتصال دو شبکه به یکدیگر ،آدرس Node ها در کل
شبکه باید منحصر به فرد باشند بعلاوه خود کوپلر دارای آدرس نیست.


کوپلرها معمولا وظیفه زیر را بر عهده دارند:
1-ایزولاسیون الکتریکی بین دو شبکه
2-تغذیه کردن بین دو شبکه PA
3-ایجاد تطابق بین استاندارد های RS485 و IEC61158-2






DP به صورت Master/ Slave کار می کنند یعنی کنترلر مرکزی یا Master بصورت سیکلی ورودی ها را از Slave ها
می خواندو خروجی ها را به آنها می فرستد.
به دوره زمانی که در آن این عملیات انجام می گیردسیکل باس گفته می شود.
سرعت DP به گونه ای است که می تواند در عرض یک میلی ثانیه 512 بایت دیتای ورودی و 512 بایت دیتای خروجی را را روی 32 Slave با سرعت 12Mbps تبادل کند.
سرعت انتقال به تعداد ایستگاه وسیکل باس ارتباط دارد.
سه نسخه از PROFIBUS DP که شامل DP-V2 وDP-V1 و DP-V0
DP-V0
DP-V0 نسخه پایه ست و فقط اجازه ارتباط سیکلی بین Master و Slave را فراهم می کند. یعنی Master
بصورت سیکلی مرتبا Slave ها را یکی پس از دیگری فرا می خواند و با انها تبادل دیتا می کند.
اگر بیش از یک Master وجود داشته باشد در این صورت Master ها به نوبت باس را در اختیار میگیرند.
مراحل فراخوانی یک Slave توسط Master
1-Master در خواست شناسایی وضعیت کرد و Slave وضعیت خود را اعلام می کند.
2-Master پارامترهایی که Slave باید برای تبادل دیتا از آن استفاده کند مانند زمان پاسخ دهی را به آن
می فرستد.Slave تاییدقبول را به Master اعلام می کند.
3-Master ساختار سخت افزاری پیکربندی شده برای Slave را به آن اعلام میکند. اگر Slave تفاوتی بین ان
وساختار واقعی ببیند به Master اعلام می کند.
که بعد از انجام این مراحل تبادل سیکلی شروع می شود. یعنی Master در خواست دیتا می کند و Slave
به آن پاسخ می دهد.بسته دیتا حداکثر 244 بایت وسرویسی که بکار گرفته می شود SRD است.
DP-V1
نسخه بعدی DP-V1 است که در آن امکان ارتباط غیر سیکلی نیز اضافه شده است، برای درک بهتر ارتباط
غیر سیکلی باید توجه داشت که در پروتکل DP دو نوع Master تعریف شده است:
DP Master Class 1 که DPM1خوانده می شود.که همان کنترلر مرکزی ست که به صورت سیکلی با SLAVE ها
در دوره زمانی معین ارتباط برقرار می کند و می تواند یک PLC یا یک PC باشد.
DP Master Class 2 که DPM2 خوانده می شود.این وسیله مانند PC یا PGدر طول راه اندازی یا تشخیص عیب
یا برای پیکر بندی و کالیبراسیون وامثال آن به Slave ها متصل می شود.بنابراین ارتباط آنها موقت بوده ولازم
نیست بطور دائم به باس متصل باشد.
DPM1 به صورت سیکلی و DPM2 به صورت غیر سیکلی ارتباط برقرار می کند.

همانطور که در شکل مشخص می شود DP Master 1 پرچم را در اختیار داردو با Slave هایش ارتباط برقرار میکند
وقتی به آخرین Slave رسید پرچم را به DP Master 2 می دهد تا در زمان باقیمانده از سیکل باس با هر Slave
که می خواهد بصورت Acyclic ارتباط برقرار کند. در پایان سیکل پرچم دوباره به DP Master 1 برگشت داده می شود.
یکی دیگر از ویژگی های DP-V1 امکان هدایت خروجی Slave ها به حالت Fail Safe می باشد.
برای DPM1 سه مد کاری STOP و CLEAR وOPERATE وجود دارد که قابل تنظیم است.
1- در مد STOP هیچ تبادل دیتای با Slave ها وجود ندار.
2- در مد OPERATE کار Master با Slave نرمال است یعنی تبادل دیتا وجود دارد.
3-در مد CLEAR اطلاعات ورودی از Slave ها توسط Master خوانده می شود ولی خروجی آنها در حالت
Safe قرار میگیرد
DP-V2
نسخه بعدی DP-V2 می باشد که امکان تبادل دیتای مستقیم بین Slave ها نیز وجود دارد،که این امر موجب
صرفه جویی قابل توجهی در زمان می شودزیرا لازم نیست Master دیتا را از یک Slave بگیرد و به Slave دیگر بدهد.
این روش بصورت Broadcast است یعنی یک Slave بعنوان Publisher دیتای خود را جهت استفاده سایر Slave
ها که Subscriber نامیده می شوند روی باس قرار می دهندتا در صورت نیاز آن را خوانده و به عنوان ورودی خود
استفاده نمایند.

ویژگی دیگر DP-V2 قابلیت همزمان سازی(Synchronizing) است.اگرلازم باشد خروجی Slave ها با یکدیگر

همزمان شود میتوان آنها را در این روش در یک حافظه موقت قرار دادسپس با فرمان SYNC بطور همزمان

انها ار به خروجی ارسال نمود.

مکانیسم های حفاظتی

در تمام نسخه های V0 ، V1 و V2 مکانیسم های حفاظتی برای تبادل دیتا در نظر گرفته شده است.یکی از این

مکانیسم ها مانیتور کردن زمان است.در این روش:

1-در سمت Master برای DPM1 به ازای هر Slave یک تایمر کنترل دیتای جداگانه وجود دارد.اگر در طول زمان تعیین

شده دیتای صحیح از Slave دریافت نشود تایمر مزبور دستور توقف میدهد.

مگر اینکه مد Auto-Clear فعال شده باشد، که در این صورت DPM1 به کار خود ادامه می دهد و خروجی های

Slave مذکور را در حالت Fail Safe نگه می دارد.

2- برای هر Slave یک Watchdog منظور شده که خطاهای مربوط به Master یا انتقال دیتا را آشکار می سازد.

اگردر طول زمان کنترل شده دیتایی با Master تبادل نشود بطور خودکار Wachdog خروجی های Slave مزبور

را به حالت Fail Safe هدایت می کند.

PROFIBUS FMS

FMS سرویس قدرتمندی که در رنج وسیعی از کاربردها،مورد استفاده قرار میگیرد.و به خصوص زمانی که ارتباطات

پیچیده ای در شبکه برقرار باشد،سرویس FMS میتواند گزینه مناسبی باشد.

محیط انتقال ونحوه در اختیار گرفتن باس در FMS و DP یکسان می باشد از این رو می توان به طور همزمان در

یک شبکه قرار گیرند.

بطور خلاصه ویژگی FMS بدین گونه است:

1-روش انتقال :کابل مسی یا فیبر نوری
2-روش دسترسی به باس :Token Pass
3-سیگنالینگ: آسنکرون با بسته های 11بیتی UART (مشابه DP)
4-سرویس ارتباط دهی :SDA و SDN و SRD

معمولا سرویس FMS را برای حالتی که حجم اطلاعات بالاست بکار میگیرند و جایگاه آن در هرم اتوماسیون بیشتر

در سطح Process است.امروزه با توجه به رشد سریع (Industrial Ethernet ) معمولا در این سطح به جای

استفاده از سرویس FMS از IE استفاده می شود ودر نتیجه سرویس FMS کاربرد محدودتری پیدا کرده است.


PROFIBUS PA

PROFIBUS PA یک نمونه تکامل یافته از PROFIBUS DP است ومعمولا برای سطح FIELDاستفاده می شود.

در این روش ،تکنیک انتقال دیتا بر اساس استاندارد IEC 1158-2 می باشد ودر نتیجه به صورت ذاتی یک ایمنی

بالا به دست می آید.چون تغذیه عناصر متصل به این شبکه مستقیما از طریق خط ارتباطی تامین می گردد.

انتقال دیتا بر اساس پروتکل Manchester Coding صورت میگیرد که سطح DC برای انتقال دیتا ندارد این روش
به MBP یا Manchester Coded Bus Powered موسوم و نام دیگر آن H1 است.در پروتکل MBP بیت 0 زمانی رخ
می دهدکه لبه بالا رونده سیگنال جریانی داشته باشیم و بیت 1 زمانی رخ میدهد که لبه پایین رونده سیگنال
داشته باشیم مانن شکل زیر:

نحوه انتقال سیگنال به این صورت است که سطح صفر و یک بر روی جریان مدوله شود.
در این روش سرعت انتقال دیتا ثابت و برابر 31.25kbps می باشد یعنی بهطول کابل بستگی ندارد.محیط انتقال
می تواند یک کابل Twisted Pair از نوع شیلد دار یا بدون شیلد باشد.
در PROFIBUS PA امکان استفاده از ساختارهای Tree،star،Bus و یا ترکیبی از آنها وجود دارد برای افزایش
توانایی سیستم امکان ایجاد یک سیستم Redundant نیز وجود دارد.
میتوان PROFIBUS PA را از طریق کوپلر به PROFIBUS DP وصل کرد.ممکن است عملا این نیاز وجود داشته باشد
تا دیتا از شبکه PA به DP یا برعکس منتقل شود .
از آنجا که پروتکل ارتباطی ایندو متفاوت است نیاز به واسطه ای به نام کوپلر داریم که در شکل زیر نمایش داده
شده است.نکته ای که باید توجه داشت اینست که پس از اتصال دو شبکه به یکدیگر ،آدرس Node ها در کل
شبکه باید منحصر به فرد باشند بعلاوه خود کوپلر دارای آدرس نیست.


کوپلرها معمولا وظیفه زیر را بر عهده دارند:
1-ایزولاسیون الکتریکی بین دو شبکه
2-تغذیه کردن بین دو شبکه PA
3-ایجاد تطابق بین استاندارد های RS485 و IEC61158-2


برای مطالب بیشتر مراجعه کنید به www.plc2013.blogfa.com