книги / Микропроцессорные средства автоматизации энергетических систем. Сети автоматизации

от DPM1. При проверке конфигурации должны совпадать тип устройства, формат и длина информационных данных, а также количество входов-выходов. Таким образом, благодаря этой проверке у пользователя появляются расширенные средства защиты от ошибок конфигурирования. Только при успешном прохождении этого теста ведомое DP-устройство готово к переходу в фазу передачи данных.

На рис. 5.7 показан принцип передачи пользовательских данных между DPM1 и ведомыми DP-устройствами. Кроме автоматической передачи пользовательских данных, есть возможность по запросу пользователя посылать в ведомые DP-устройства определяемые пользователем данные параметризации.

Рис. 5.7. Принцип передачи пользовательских данных между DPM1 и ведомыми DP-устройствами

Кроме режима работы «ведущий – ведомый», протокол Profibus DP позволяет работать в режиме «ведущий – ведущий». Данные режимы используются между DPM1 и программирующими или конфигурирующими устройствами (DPM2). В основном эти режимы позволяют конфигурировать DPM1 через шину. В табл. 5.2 приводятся функции, выполнение которых в DPM1 может вызываться устройством типа DPM2.

251

Кроме возможностей пересылки данных вверх и вниз, функции режима «ведущий – ведущий» позволяют динамически запрещать или разрешать передачу пользовательских данных между DPM1 и выбранным ведомым устройством, а также изменять режим работы устройства DPM1.

Кроме периодической передачи пользовательских данных, которая автоматически выполняется устройством DPM1, существует возможность посылать от ведущего DP-ycтройства к ведомому DP-устройству, группе ведомых устройств или всем остальным станциям управляющие команды. Данные управляющие команды передаются как групповые. Использование этих команд включает введомых DP-устройствах режимы Sync и Freeze. Эти режимы позволяют синхронизировать ведомые DP-устройства по прерываниям.

После того как ведущее устройство передает команду Sync, эти выбранные станции входят в режим Sync. В этом режиме выходы выбранных ведомых DP-устройств «замораживаются» в текущем состоянии. Во время следующих циклов обмена данными выходные данные этих ведомых DP-устройств запоминаются в самих устройствах, а состояния их выходов остаются неизменными. Когда ведомые DP-устройства получают от ведущего устройства следую-

252

щую команду Sync, запомненные выходные данные выдаются на периферийное устройство. Прекратить режим Sync пользователь может с помощью команды Unsync.

Аналогичным образом команда Freeze включает в выбранных ведомых DP-устройствах режим Freeze (заморозить). Эта команда позволяет «замораживать» текущее состояние их входов. Изменение входных данных производится после получения следующей команды Freeze. Прекратить режим Freeze пользователь может с помощью команды Unfreeze.

Совместная работа Profibus FMS и Profibus DP. Одним из преимуществ семейства протоколов Profibus является совместная работа Profibus FMS и Profibus DP на одной шине, которая возможна в приложениях с низкими требованиями к времени реакции системы. Кроме того, возможно одновременное выполнение протоколов FMS и DP на одном устройстве. Эти устройства называются смешанными. В них есть преимущества как для пользователей, так и для поставщиков: можно уменьшать количество применяемых устройств, потому что одно и то же устройство может использоваться либо с DP-функциями (для высокоскоростных циклических передач пользовательских данных), либо с большой функциональностью FMS-служб. Например, для установки параметров регулятора в стартовой фазе (некритичной ко времени) можно использовать службы FMS, a для передачи пользовательских данных в рабочей фазе– более быстрые DP-функции. Ограничений на комбинации этих двух вариантов Profibus нет. На рис. 5.8 показана смешанная система Profibus сработающиминаодной шинеDP- иFMS-устройствами.

Смешанная работа FMS и DP возможна потому, что в обоих вариантах используются одинаковая технология передачи (уровень 1) и единый протокол доступа к передающей среде (уровень 2). Различающиеся прикладные функции разделяются с помощью точек доступа к пользовательскому сервису уровня 2.

Протокол DPV1. Спецификация DP с расширением V1 ориентирована на новые, более сложные устройства. Многие функции Profibus FMS (поддержка нескольких главных устройств, одноранговый обмен) были объединены с функциями Profibus DP (обмен по

253

5.5. PROFIBUS FMS

Протокол FMS (Fieldbus Messaging Specification), известный как

IEC 61158 Type 9, – это спецификация прикладного уровня (7-й уро-

вень системы OSI). Он скопирован с MMS (Manufacturing Messaging Specification) протокола MAP, но намного проще (из более 80 команд MMS в FMS были перенесены только 37, причем со значительно меньшимивозможностями).

Идеи, заложенные в FMS, были очень интересны, и данный протокол появляется в Profibus, Foundation Fieldbus. Упрощенная версия (15 команд) также используется как часть Interbus, где она первоначально была названа PMS (Phoenix Messaging Specification).

FMS появляется первоначально в первоисточнике (январь

2000 года) стандарта IEC 61158 как часть Foundation Fieldbus (type 1),

а не как часть Profibus (type 3). Чтобы не иметь многочисленные копии FMS спецификации в стандарте IEC 61158, было решено извлечь FMS из Foundation Fieldbus, и теперь это отдельная часть стандарта IEC 61158 Type 9. Любая Fieldbus-система, которая использует FMS, теперьможетпростоссылатьсянасобственнуючастьFMS.

Первая система, которая использовала спецификацию FMS, была Profibus (Profibus FMS). Она не стала популярной из-за слабой производительности и трудностей с конфигурированием системы Profibus FMS. Для исправления этого недостатка была разработана Profibus DP, которая отличается от FMS. DP получился очень удачным, и это повлияло на то, что Profibus FMS не стал серьезным игроком на рынке Fieldbus-систем. Выше было отмечено, что нишу

Profibus FMS в настоящее время занял Profinet.

В Profibus FMS уровень 7 определен и содержит подуровни

FMS и LLI (Lower Layer Interface – низкоуровневый интерфейс). FMS содержит прикладной протокол приложения и обеспечи-

вает пользователя широким выбором коммуникационных служб связи с пользователем. FMS-службы определяются как подмножество

MMS-функций (MMS, Manufacturing Message Specification – специ-

фикация производственных сообщений, ISO 9506) протокола MAP.

255

Эти сложные MMS-функции оптимизируются в зависимости от требований Fieldbus. Кроме того, определяются специфические для Fieldbus функции управления объектами связи и управления сетью.

LLI выполняет сочленение различных коммуникаций и обеспечивает FMS доступом, не зависимым от устройств, к уровню 2. В Profibus FMS уровни 3 и 6 явно не выражены. Функции этих уровней, необходимые для конкретного приложения, объединяются в интерфейсе нижнего уровня (LLI), который является частью уровня 7.

Profibus FMS как спецификация сообщений полевого уровня– универсальный коммуникационный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами челове- ко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Это некоторый аналог промышленного Ethernet, который обычно применяется для высокоскоростной связи между контроллерами и компьютерами верхнего уровняииспользуетсядиспетчерами. Егоскорость– до12 Мбит/с.

Протокол Profibus FMS появился первым и был предназначен для выполнения задач, где необходимы высокая степень функциональности и передача больших объемов информации, и эти условия важнее критерия скорости. FMS-протокол допускает гибридную архитектуру взаимодействия устройств (использование виртуальных устройств сети, объектной организации и управления устройств, логической адресации и т.д.).

В основном он используется различными супервизорными задачами на высшем уровне иерархии Profibus-системы. FMS стартовал в момент, когда пользователи производственных систем управления стали переключаться на протокол МАР (Manufacturing Automation Protocol). В результате многие элементы обмена сообщениями

вFMS похожи на элементы МАР. Однако высокие накладные расходы этого протокола делают его неприемлемым для обслуживания низкоуровневых датчиков.

Данный протокол предназначен по большей части для связи программируемых контроллеров друг с другом. Он используется

втех областях, где высокая степень функциональности более важна, чем быстрое время реакции системы.

256

При связи через FMS используются отношения типа «клиент – сервер». Клиент является процессом приложения, который в качестве заказчика услуги обращается к объектам. Сервер является исполнителемуслуги. Враспоряжениеклиентупредоставляютсяобъектысвязи.

Часть приложения в полевом устройстве, которая может быть достигнута через коммуникацию, называется виртуальным полевым устройством (VFD). В нем находится словарь так называемых коммуникационных объектов, через которые и происходит связь между устройствами с помощью служб. Словарь содержит описание, структуру и типы данных, а также связи между адресами внутреннего устройства коммуникационных объектов и их назначение на шине (индекс/имя). Словарь состоит из следующих объектов:

–заголовок – информация о структуре словаря;

–список статических типов данных – список поддерживаемых статических типов данных;

–словарь статических объектов – в нем находятся все статические коммуникационные объекты;

–динамический список списка переменных;

–динамический список программ – список всех программ.

5.6. ПРОТОКОЛ PROFIBUS PA

Profibus PA применяет расширенный протокол передачи данных Profibus DP. Техника передачи, согласно IEC 1158-2, обеспечивает надежность и питание полевых приборов через шину и позволяет подключать к общей шине датчики и приводы, находящиеся во взрывоопасной зоне. Приборы Profibus PA могут благодаря применению специальных устройств (Profibus PA Links) в простейшем случае интегрироваться в сеть Profibus DP.

Profibus PA служит для соединения систем автоматизации и систем управления процессами с полевыми устройствами (например, датчиками давления, температуры и уровня), работающих в опасных производствах. Может использоваться для аналоговой

257

(от 4 до 20 мA) технологии. Данный протокол использует основные Profibus DP функции передачи измеренных величин и состояния контроллера, а также расширенные функции Profibus DP для параметризации и операций с полевыми устройствами.

В основе протокола PA (Process Automation) лежит протокол

ISP (Interoperable Systems Project). Физический уровень (уровень 1 OSI-модели) реализует стандарт IEC 1158-2 (с внутренней защитой данных). Уровень 2 – это функциональное подмножество стандарта DIN 19245. Устройства Profibus PA могут быть легко интегрированы всетиProfibus DP, используясегментныеустройствасопряжения.

Для дополнения приборов Profibus PA системой Profibus DP есть две возможности: с помощью устройства связи DP/РА или с помощью DP/PA-адаптера (рис. 5.9).

Рис. 5.9. Соединение Profibus DP с Profibus PA

DP/PA-адаптер соединяет DP-сеть с РА-сетью прозрачно для приложения. Адаптер при этом не имеет собственного адреса, и любое РА-устройство можно увидеть со стороны DP-сети. Недостаток заключается в скорости. Profibus PA передает данные только со скоро-

258

стью 31,25 кбит/с. Оболее высоких скоростях (например, 93,75 кбит/с у фирм Pepperl и Fuchs или 45,45 кбит/с у Siemens), несмотря на быстродействующийадаптер, неможетбытьиречи.

Устройство связи DP/РА появляется в сети DP в качестве подчиненного устройства со своим адресом. Profibus-узел называется интеллектуальным, когда он сам разрешает изменять свою конфигурацию. В сети РА он является главным устройством. Передаваемые из одной сети в другую данные сохраняются в таком устройстве связи, что дает более высокую скорость передачи данных в сети DP. Следующее преимущество выражается в том, что в каждом РА-сегменте сохраняются свои адреса, из-за чего значительно возрастаетчислостанций, подключаемыхкProfibus DP. Важноеотличиеесть и в кабельном соединении: в Profibus PA можно использовать для данных и питающего напряжения один и тот же провод. Очевидно, что использоватьтакоеустройствосвязи гораздоудобнее.

На рис. 5.10 представлена типичная конфигурации промыш-

ленной сети Profibus DP/PA.

Рис. 5.10. Типичная конфигурация сети Profibus DP/PA: защищенная область находится справа; источники питания, не отвечающие требованиям безопасности, вынесены за границу безопасной зоны

259

На физическом уровне интерфейсы Н1 Foundation Fieldbus и Profibus PA используют одинаковую витую пару, единые уровни сигналов и скорости передачи и позволяют подключать оконечные устройства непосредственно к каналу связи. Более того, два этих протокола могут одновременно работать на одном и том же физическом участке сети, поскольку канальный уровень каждого из протоколов не пересекается с пакетами конкурента.

5.7. МЕХАНИЗМЫ КОНТРОЛЯ ОШИБОК В PROFIBUS

Программа канального уровня управления доступом к передающей среде Profibus (MAC) должна:

♦распознавать неисправности в передающей среде или передатчиках;

♦выявлять ошибки в адресации станций (например, одновременное обращение к нескольким станциям);

♦выявлять ошибки в передаче маркера (например, умножение маркера или его потерю).

Механизмы защиты:

– все кадры второго уровня передаются с хемминговым расстоянием HD = 4, т.е. в любой посылке данных три ошибочных бита будут обнаружены, а один бит может быть восстановлен, для этого

всоответствии с международным стандартом IЕС 870-5-1 используются специальные начальные и конечные разделители, жесткая синхронизация и бит контроля четности для каждого октета;

– сторожевые таймеры в ведомых DP-устройствах;

– защита доступа к входной/выходной информации в ведомых DP-устройствах;

– отслеживание передач данных с использованием настраиваемого таймера в ведущем DP-устройстве (DPM1).

Расширенные функции диагностики Profibus DP позволяют реализовать быструю локализацию неисправностей. Диагностиче-

260