funkcjonowanie całej sieci, integrujc stosowne rozwizania dla odpowiednich zada automatyki.

Transkrypt

1

2 2 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

3 PROFIBUS PNO Szanowni Pastwo, PROFIBUS PNO jest midzynarodow organizacj, która zajmuje si rozwojem i standaryzacj sieci przemysłowych w automatyce. Pomagamy uytkownikom i producentom urzdze pracujcych w sieci PROFIBUS i PROFINET wykorzysta najnowsze i najlepsze rozwizania i technologie. Naszym członkom zapewniamy stały dostp do wiedzy i informacji technicznych. Nasza organizacja powstała aby realizowa i chroni otwarty standard komunikacji i sterowania. Wprowadzenie Zakres zastosowa sieci przemysłowych rozwija si w duym tempie, sprawiajc, e obszar zastosowa ich w rónych technologiach automatyzacji ulega cigłym zmianom. Pocztkowo automatyka zorientowana była głównie na produkcj, jednak obecnie zakres zastosowa zwikszył si i obejmuje ju zadania automatyki takie jak serwis i utrzymanie ruchu, magazynowanie, optymalizacja zasobów, udostpnianie danych dla systemów MES i ERP. Główn sił napdow tego rozwoju była technologia sieci polowych, która znacznie ułatwiła przejcie od centralnych systemów do systemów rozproszonych automatyki oraz zastosowanie inteligentnych systemów sieciowych. Systemy komunikacji bazujce na sieci Ethernet stanowi połczenie technologii automatyki i technologii informatyki, tak aby umoliwia zgodn komunikacj od poziomu sieci polowej do poziomu zarzdzania zakładem. Sieci PROFIBUS i PROFINET s objte standaryzacj, co pozwala na łatw moliwo połczenia czci obiektowej z górnym poziomem instalacji. Dziki swojemu standardowemu protokołowi, PROFIBUS obejmuje wszystkie procesy w fabryce i procesy automatyki, łcznie z procesami komunikacji zwizanej z bezpieczestwem oraz aplikacjami sterowania napdami. Pozwala to na całkowit integracj systemu automatyki. PROFINET stanowi równie protokół objty standardem, który oprócz komunikacji pomidzy stacjami komunikacja pozioma, umoliwia take komunikacj z systemami nadrzdnymi komunikacja pionowa, tym samym łczy sieci polowe z systemami zarzdzania zakładem. Dlatego te obydwie struktury komunikacji ułatwiaj funkcjonowanie całej sieci, integrujc stosowne rozwizania dla odpowiednich zada automatyki. Głównym powodem dziki któremu PROFIBUS wyrónia si wród innych przemysłowych sieci komunikacyjnych, jest niezwykle szeroki zakres jego zastosowa. Specyficzne dla okrelonych wymaga załoenia komunikacyjne zostały okrelone w profilach komunikacyjnych, co dało podstaw do stworzenia jednolitego, standardowego i otwartego systemu komunikacji dla rónych typów urzdze rónych producentów z jednoczesnym zabezpieczeniem klienta kocowego oraz producenta przy realizacji inwestycji moliwo zastosowania rónego typy urzdze od rónych producentów. Profile aplikacyjne dla urzdze PA odgrywaj kluczow rol w procesach automatyki. Niezalenie od producenta definiuj one parametry i funkcjonalno urzdze stosowanych w rónych technologiach, np. w przetwornikach, urzdzeniach wykonawczych, czy analizatorach. Profil stanowi zalecenia dla ujednolicenia aplikacji, uproszczenia narzdzi programowych i zwikszenia dostpnoci przez standaryzacj informacji i parametrów.. PROFIBUS PA technologia i aplikacje,

4 Wprowadzenie...3 Spis treci...4 Zawarto...4 Spis treci 4.5 PROFIBUS w aplikacjach zwizanych z bezpieczestwem Funkcje do identyfikacji urzdze oraz serwisu (I&M) Diagnostyka urzdzenia Sieci przemysłowe PROFIBUS PROFIBUS dla automatyki procesowej (PROFIBUS PA) PROFIBUS dla wszystkich elementów systemu Integracja istniejcych systemów Technologie transmisji Zasilanie i komunikacja poprzez wspólny kabel Topologia Przejcie z sieci DP do PA PROFIBUS PA w strefie zagroonej wybuchem Diagnostyka sieci Redundancja Zdalne I/O PROFIBUS protokół komunikacji Klasy urzdze Konfiguracja systemu PROFIBUS Komunikacja cykliczna Komunikacja acykliczna Profil PA Struktura Model blokowy i przepływ sygnału Parametry urzdze Profil roboczy Integracja urzdze Pliki GSD stacji slave - General Station Description Pliki EDD stacji slave - Electronic Device Description Interfejs Device Type Manager (DTM) oraz Field Device Tool (FDT) Technologia w systemie Model przesunity do automatyki procesowej Profinet w technologii automatyki Testowanie Kontrola jakoci przez certyfikacj Certyfikacja urzdze PA Korzyci uytkownika PI PROFIBUS & PROFINET International Odpowiedzialno PI Rozwój techniczny Wsparcie techniczne Certyfikacja Szkolenia Internet: ródło informacji Dodatkowe informacje Zawarto W niniejszym opisie mona znale podstawowe informacje odnonie sieci PROFIBUS oraz opis najnowoczeniejszych technologii dostpnych w systemie PROFIBUS. Broszura ta jest dedykowana nie tylko dla uytkowników sieci, którzy pragn zasign podstawowych informacji na temat sieci, ale równie zachcamy ekspertów do pogłbienia swojej wiedzy i skorzystania z dodatkowej fachowej literatury, która w wikszoci jest dostpna w Internecie na stronach organizacji PNO w postaci elektronicznej. Niniejsza broszura oferuje nie tylko informacje dla czytelników z podstawow wiedz, zainteresowanych uzyskaniem ogólnego pogldu w temacie, ale take stanowi wprowadzenie do obszerniejszej i bardziej specjalistycznej literatury. Chcielibymy jednak zwróci uwag na to, e jedynie oficjalne dokumenty PI (PROFIBUS i PROFINET International) mog by traktowane jako ostateczne i rzetelne ródło konkretnych informacji. Rozdział 1 zawiera podstawowe informacje odnonie technologii sieci PROFIBUS oraz jej zastosowanie i wykorzystanie. Rozdziały od 2 do 4 zajmuj si głównymi aspektami PROFIBUS PA oraz wskazuj cele i powody zastosowania poszczególnych rozwiza Rozdział 5 przedstawia w zarysie technik konfiguracji sieci PROFIBUS Rozdział 6 zajmuje si problemem integracji istniejcej sieci PROFIBUS PA oraz przejcia do sieci PROFINET. Rozdział 7 opisuje procedury testowe wymagane przy certyfikacji Rozdział 8 przedstawia zalety korzystania z sieci PROFIBUS PA. Rozdział 9 podsumowuje cały dokument, dostarcza informacj o organizacji PI oraz o produktach i usługach. 4 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

5 1. Sieci przemysłowe PROFIBUS Przy kalkulacji całego systemu wana jest minimalizacja kosztów przy zapewnieniu jednoczesnej wysokiej niezawodnoci działania urzdze produkcyjnych oraz osiganie duej dostpnoci urzdze. Dlatego naley uwzgldni take koszty dostawy, serwisu i utrzymania ruchu oraz koszty optymalizacji sterowania procesami. Optymalne sterowanie procesami powinno zapewnia ich monitorowanie i kontrolowanie w najbardziej efektywny sposób, spełniajcy wymagania procesów i systemu. Wymaga to obszernych informacji na temat procesów i systemu. Współczenie dostp do tych informacji stał si moliwy dziki inteligentnym urzdzeniom skomunikowanym w sieciach polowych. Bezproblemowa oraz łatwa dostpno wszystkich potrzebnych danych jest najwaniejszym warunkiem optymalizacji procesów. Spójna komunikacja PROFIBUS Operatorzy systemów technologicznych podczas ich uytkowania spotykaj si z wieloma rónymi wyzwaniami technicznymi, a przez to staraj si osign standaryzacj w najwikszym moliwym stopniu. Odpowiednio, Integracja zamiast interfejsu i Jedna technologia zamiast wielu s warunkami do wprowadzenia w sieciach polowych takich standaryzacji. PROFIBUS jest jednorodn technologi spełniajc te wymagania, jak i zapewnia du ywotno całego systemu. dla uytkowników i producentów tych technologii. Zarówno PROFIBUS jak i PROFINET stosowane s do sterowania w maszynach, jak i w automatyce procesowej, a w szczególnoci mog by implementowane w aplikacjach mieszanych. Struktura sieci PROFIBUS bazuje na standardowym protokole komunikacji PROFIBUS DP. Dziki temu mamy szeroki zakres zastosowa przy automatyzacji zakładów oraz procesach automatyki, utrzymaniu ruchu i zadaniach zwizanych z bezpieczestwem, ułatwiajc w ten sposób projektowanie, monta i serwis. Take dla tych technologii wymagane jest tylko zasadniczo jedyne szkolenie, czy dokumentacja oraz serwis sprztu. Uytkownicy hybrydowych układów automatyki (patrz rozdział 1.3) generalnie korzystaj z podstawowych moliwoci technologii PROFIBUS oraz bardzo czsto łcz zadania zwizane z obsług procesów z zadaniami sterowania w fabryce. Szczególnie odnosi si to do przemysłu farmaceutycznego i spoywczego. Modułowa struktura technologii PROFIBUS Technologia PROFIBUS posiada struktur modułow, składajc si ze wzajemnie kompatybilnych komponentów, które mog by wybrane i łczone zgodnie z wymogami programu, w taki sam sposób, jak system modułowy. (Rys 1). W rodku systemu znajduje si protokół PROFIBUS DP, który jest identyczny dla wszystkich aplikacji (patrz rozdział 3) Dostpne s róne media transmisji danych: RS485 dla standardowych aplikacji, RS485-IS dla obszarów zagroonych wybuchem, MBP dla transmisji z urzdzeniami zasilanymi przez sie, technika wiatłowodowa, transmisja oparta na technice radiowej (patrz rozdział 2), transmisja oparta na technice podczerwieni, itd. Profile zostały okrelone dla technologii PROFIBUS w celu zapewnienia kompatybilnoci urzdze rónych wytwórców, gdzie bardzo istotny jest szeroki ich zakres zastosowa oraz transmisja danych ze skomplikowanymi urzdzeniami. Profil okrela charakterystyczne dla danej aplikacji cechy urzdzenia, które musz by obsługiwane przez urzdzenie pracujce z tym profilem. Cechy profilów mog obejmowa róne klasy urzdze, np. zwizane z bezpieczestwem, czy cechy charakterystyczne dla poszczególnych klas urzdze, czy napdów. Urzdzenia o rónych profilach mog pracowa oczywicie w tej samej sieci. Bardzo proste urzdzenia, takie jak zdecentralizowane urzdzenia wej/wyj nie zawsze uywaj profili aplikacyjnych. Organizacja PI okreliła równie profile dla urzdze w sieci PA ( Profile for Process Control Devices lub PA profile) dla automatyki procesowej (patrz rozdział 4). PROFIBUS jest bazujcym na sieciach polowych standardem automatyki organizacji PI (PROFIBUS & PROFINET International). Oferuje rozwizania obejmujce sam komunikacj, profile aplikacyjne, integracj systemu i projektowanie. Niedawno organizacja PI wprowadziła na rynek standard sieci PROFINETbazujca na sieci Ethernet sie polowa. Sieci PROFIBUS oraz PROFINET uywaj identycznych profili, przez co stwarzaj swego rodzaju zabezpieczenie instalacji zarówno Rysunek 1: System modułowy PROFIBUS PROFIBUS PA technologia i aplikacje,

6 1.1 PROFIBUS dla automatyki procesowej (PROFIBUS PA) Ogólnie mówic PROFIBUS PA stanowi specyficzn cz technologii PROFIBUS (modułowe elementy systemu) dla potrzeb automatyki procesowej. PROFIBUS PA okrela wszystkie komponenty technologiczne uywane do łczenia inteligentnych urzdze polowych ze sterownikami, systemy kontroli i stacjami inynierskimi co stanowi idealne rozwizania dla procesów automatyki. W sieci PROFIBUS PA stosowana jest technologia MBP (Manchesterencoded, Bus Powered) dwuprzewodowa technologia łczca funkcje transmisji danych i zasilania energi. MBP-IS (IS= intrinsically safe) moe by uywany w obszarach zagroonych wybuchem. Technika instalacji z zabezpieczeniami przeciwzwarciowymi oraz ograniczeniem mocy chroni przed zagroeniem wybuchem ze strony urzdzenia polowego działajcego w strefie 0, 1 i 2 lub kategorii I/Div.1 i I/Div. Prosta topologia PROFIBUS PA opłaca si ju na etapie projektowania: zakres dokumentacji moe by zredukowany do 90% w stosunku do instalacji 4-20 ma. Sprawdzanie całej sieci podczas fazy wdraania mona wykona duo szybciej, znacznie redukujc całkowity czas od planowania do oddania do eksploatacji. Elastyczno instalacji PROFIBUS dodatkowo pozwala na proste dodawanie nowych urzdze, ich modernizacj czy zastpowanie innymi. Gdy konieczna jest rozbudowa systemu i dodawanie nowych urzdze wpływajcych na działanie starych układów, urzdzenia 4-20 ma lub urzdzenia HART mona je z łatwoci przyłczy do instalacji opartej na sieci PROFIBUS. Instalacje PROFIBUS PA wykazuj wysoki poziom niezawodnoci nawet przy pracy w trudnych warunkach. Mimo tego, podczas fazy wdraania do eksploatacji i okresowo podczas uytkowania systemu zalecane jest uywanie narzdzi diagnostycznych, np. monitorowania poziomów napicia i sygnału, tak aby jak najwczeniej wykrywa wszelkie nieprawidłowoci. Dla aplikacji z wymogami duej niezawodnoci dostpne s dodatkowo rozwizania redundantne zwikszajce niezawodno systemu (patrz rozdział 2.6). Profil PA klasyfikuje urzdzenia uywane w procesach automatyki takie jako przetworniki, urzdzenia wykonawcze, karty wej/wyj cyfrowych oraz analizatory. Dla kadej z kategorii urzdze profile specyfikuj odpowiednie funkcje i parametry, które mona uy, aby przystosowa działanie urzdzenia do indywidualnych wymogów aplikacji i procesów. Specyfikacja opiera si na blokach funkcyjnych, gdzie typy parametrów traktowane s jako wejciowe, wyjciowe i wewntrzne. Profile okrelaj take, w jaki sposób protokoły komunikacyjne PROFIBUS powinny by stosowane. Na przykład dane procesowe wymieniane cyklicznie bazuj na standardowym formacie dla wszystkich urzdze procesowych. Format ten, oprócz moliwoci pomiaru i zadawania wartoci charakteryzuje si on równie bajtem statusowym zwierajcym informacje o jakoci i prawdopodobnych przekroczeniach zakresów pomiarowych. Funkcjonalno urzdzenia okrelona w profilu PA ułatwia standaryzacj procesów nie tylko z punktu widzenia sterownika ale take z perspektywy zarzdzania systemem. Ponadto, wzajemna kompatybilno ułatwia wymian urzdze w sieci polowej, nawet pochodzcych od rónych producentów. Aby lepiej pozna szeroki I zrónicowany zakres urzdze PA, systemów kontroli i systemów zarzdzania sieci dostpnych na rynku prosimy zapozna si z opisem Online Product guide dostpnym na stronie internetowej lub Koncepcja diagnostyki okrelona w profilu PA stanowi take podstaw dla szeroko pojtego zarzdzania i kontroli sieci. Odkd pojawiła si moliwo planowania przegldów zgodnie z harmonogramem produkcji, PROFIBUS PA mona wykorzysta w tym celu do znacznego ograniczania kosztów. PROFIBUS posiada midzynarodowy standard IEC 61158/61784 i jest najbardziej sprawdzon technologi na rynku sieci polowych. Ponad 25 milionów zainstalowanych urzdze PROFIBUS sprawia, e PROFIBUS jest najlepszym standardem komunikacyjnym na wiecie. Ponad 3,5 miliona urzdze uywane jest w przemyle procesowym i ponad urzdze zgodnych jest z profilem PA, wykorzystujcych komunikacj MBP. Uytkownicy kadej brany przemysłowej mog stosowa sie PROFIBUS do usprawnienia procesu produkcji oraz duej redukcji całkowitych kosztów uytkowania. Wspierajca sie PROFIBUS organizacja midzynarodowa PI posiada liczne krajowe przedstawicielstwa wraz z centrami kompetencyjnymi, laboratoriami testowymi w krajach całego wiata. (patrz rozdział 7). 6 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

7 1.2 PROFIBUS dla wszystkich elementów systemu Wiele urzdze korzysta z procedur sterowania procesami charakteryzujcych si cigłym pomiarem oraz sterowaniem sekwencyjnym, polegajcym w duej mierze na technologii produkcji bazujcej na dyskretnych stanach procesu. W tego typu systemach cały proces produkcji obejmuje trzy etapy: logistyk przed produkcj, sam produkcj i logistyk po zakoczeniu produkcji. Logistyka przedprodukcyjna obejmuje takie procesy jak przeładunek przychodzcych towarów, magazynowanie i dostawy materiałów. Logistyka po produkcji obejmuje pakowanie i załadunek gotowych produktów. Typowymi przykładami s: Przemysł farmaceutyczny, w którym produkcja leków opiera si na procedurze sterowania procesami, jednak pakowanie np. tabletek jest specyficzn procedur, do której uywane s skomplikowane maszyny pakujce. Przemysł browarniczy, w którym zadania sterowania procesami przy fermentacji, czy produkcji piwa, równie wykorzystuj specyficzne procedury. Do zada tych nale: zautomatyzowane mycie i napełnianie butelek, magazynowanie skrzy dla dostaw, czy zadania do wykonania których mog by uywane roboty Przy produkcji samochodów, lakiernia z odpowiednim procesem sterowania stanowi cz całego łacucha, który jest typowym dla produkcji dyskretnej. Uycie sieci PROFIBUS znacznie ułatwia automatyzacj urzdze produkcyjnych we wszystkich zakresach produkcji, przy uyciu jednej technologii. Dziki temu do przeszłoci odeszły urzdzenia produkcyjne z jednorodnymi rozwizaniami sieci polowych dla rónych bran produkcyjnych, powodujce dodatkowe koszty projektowania, przechowywania danych i dokumentacji, jak i dodatkowych szkole. Dla kompleksowego planowania i optymalizacji spójnego systemu komunikacji na poziomie sieci polowych powinna uwzgldnia zdolno do integracji poziomej uytkowania systemów zarzdzania, np. technologii komunikacji bazujcej na sieci Ethernet. Przejcie z sieci PROFIBUS do sieci PROFINET umoliwiaj systemom PROFIBUS bezproblemowe przejcie do sieci PROFINET i w ten sposób do poziomu zarzdzania przedsibiorstwem (patrz rozdział 6) 1.3 Integracja istniejcych systemów PROFIBUS PROFIBUS PROFIBUS Inbound Logistics Production Processes Outbound Logistics Identifying Checking Mixing Heating Filling Packing Storing Separating Storing Conveying Drying Conveying Rys. 2: Zintegrowane rozwizanie PROFIBUS dla urzdze produkcyjnych Obecnie wikszo inwestycji w automatyce procesowej dokonywana jest w celu ich rozwoju i modernizacji. Wiele projektów wykazało, jak przydatna jest sie PROFIBUS w tego typu rozwizaniach. Profile Remote I/O i HART w sieci PROFIBUS pozwalaj na integracj zainstalowanych urzdze 4-20 ma do systemu komunikacji PROFIBUS, bez potrzeby zmiany okablowania. Pozwala to tym samym na uzyskanie maksymalnego zysku i wykorzystania systemu sieci polowej (patrz rozdział 2.7 i 6.1). PROFIBUS PA technologia i aplikacje,

8 2. Technologie transmisji 2.1 Zasilanie i komunikacja poprzez wspólny kabel Podobnie jak standardowe połczenie sygnału 4-20 ma lub HART, tak i połczenie sieciowe pozwala na jednoczesn transmisj zasilania oraz przesyłanie danych poprzez pojedynczy kabel, nawet w rodowisku zagroonym wybuchem. Ponadto tego typu okablowanie znaczco redukuje koszty, tzn. spełnia wymagania prostej i bezpiecznej instalacji z jednoczesnym zachowaniem wszystkich zalet transmisji cyfrowej. Norma IEC definiuje standard MBP (Manchesterencoded, Bus Powered), jako technologi transmisji odpowiedni do wszystkich stawianych wymaga ze strony automatyki procesowej. Tego typu technologia transmisji pozwala na przesłanie zasilania do podłczonego urzdzenia bezporednio poprzez sie. Standard MBP charakteryzuje si nastpujcymi cechami: Prdko transmisji: kbps Technologia transmisji: półduplex, synchroniczna, selfclocking, kodowanie Manchester biphase L Suma CRC (cyclic redundancy check) Zabezpieczenie danych: nagłówek, znak pocztku i koca fail-safe Kabel: ekranowany, skrtka (typ A lub typ B) Topologia: lina i topologia drzewa z terminacj linii; moliwa kombinacja topologii Ilo stacji: do 32 stacji w segmencie Zabezpieczenie przed wybuchem: róne metody I technologie Zabezpieczenie przed wybuchem odbywa si na zasadzie ograniczenia mocy dla zasilania na wejciu sieci, jak i zainstalowanie odpowiednich modułów w sieci. Najprostszym sposobem do zweryfikowania bezpieczestwa pod ktem wybuchu danego segmentu jest zastosowanie modelu FISCO. W tym przypadku, jeeli wszystkie komponenty s zgodne ze standardem FISCO, proste zestawienie wartoci napicia sieci i biecego zuycia energii eliminuje konieczno wykonywania dalszych kalkulacji (patrz rozdział 2.4). 2.2 Topologia PROFIBUS PA pozwala na do elastyczn instalacj, która dziki dostpnym zaawansowanym technologiom pozwala na osignicie bardzo stabilnego I odpornego systemu. Generalnie wszystkie typy topologi s obsługiwane. Jednake w praktyce topologie linii i drzewa (rys. 3) s traktowane jako standard, głównie ze wzgldu na prost instalacj I przejrzysto sieci. Całkowita długo segmentu dla idealnej sytuacji nie przekracza 1,900m. Warunki transmisji dla sieci PROFIBUS PA mona zoptymalizowa stosujc kabel typu A, skrtki z pojedynczym ekranem. Wszystkie segmenty musz zosta odpowiednio dopasowane za pomoc rezystora dopasowujcego (element T na rysunku 3). Rezystor ten jest bardzo wany dla poprawnej pracy i zapewnienia odpowiedniej jakoci sygnału. 2.3 Przejcie z sieci DP do PA Połczenie pomidzy segmentami sieci PROFIBUS DP, a PROFIBUS PA realizuje si wykorzystujc specjalny kupler lub linki DP/PA. Generalnie oba moduły realizuj nastpujce funkcje: T Segment Coupler/Link and Power Supply PROFIBUS PA Trunk Spur Zamiana standardu asynchronicznego RS485 sieci na sygnał synchroniczny MBP sieci Zasilanie segmentu sieci PA oraz ograniczenie prdu zasilania segmentu Dopasowanie i zamiana prdkoci transmisji sieci RS485 oraz MBP Opcjonalnie: zapewniaj izolacj i ograniczenie mocy dla strefy zagroonej wybuchem Zastosowanie kuplera w znaczny sposób wpływa na konfiguracj całej sieci. Wszystkie urzdzenia na sieci PA s widoczne poprzez swoje adresy (struktura przeroczysta) po stronie sieci DP. Przy czym sam kupler nie musi zosta skonfigurowany. Link DP/PA widoczny jest na sieci DP jako oddzielna modułowa stacja slave z podłczonymi po stronie sieci PA urzdzeniami PA. Zasadniczo link DP/PA spełnia funkcj odseparowania przestrzeni adresowej podłczonych urzdze po stronie PA (struktura nie przeroczysta). Naley skonfigurowa go oddzielnie z zastrzeeniem całkowitej iloci danych przesyłanych do i z podłczonych stacji PA maksimum 244 bajtów. Dane cykliczne ze wszystkich podłczonych urzdze PA s skompresowane do jednego pojedynczego telegramu DP. Jeden segment DP pozwala na podłczenie kilku segmentów PA za pomoc linków lub kuplerów. Fieldbus Distribution Rys. 3: Topologia drzewa i linii PROFIBUS DP Terminator T Field devices 8 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

9 2.4 PROFIBUS PA w strefie zagroonej wybuchem Naley zwróci szczególn uwag na to gdy dany segment sieci PROFIBUS PA bdzie zastosowany w strefie zagroonej wybuchem. Wykorzystujc model FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept) w znacznym stopniu upraszczamy projektowanie, instalacj i budow sieci PROFIBUS w strefie zagroonej wybuchem. Model oparto na zasadzie, e segment sieci moe by uznany za bezpieczny do zastosowania w strefie zagroonej wybuchem (bez dodatkowego wymogu kalkulacji) gdy wartoci napicia, prdu, mocy pojemnoci i indukcyjnoci danego elementu (kabel, kupler segmentu, terminacja linii) mieszcz si w granicach zdefiniowanych w modelu FISCO i wszystkie urzdzenia posiadaj certyfikat FISCO. Model FISCO oparto na nastpujcych załoeniach: zawarto w wersji poprawionej normy IEC ( Entity stanowi inny model zagroenia wybuchem stosowany w USA i krajami współpracujcymi cile z Ameryk.) Ograniczenie mocy w strefie zagroenia wybuchem moe znaczco spowodowa ograniczenie długoci kabla i iloci moliwych do skonfigurowania urzdze na jednym segmencie. Koncepcja transmisji energii - highpower trunk - rozwizuje tego typu problemy przez zastosowanie specjalnego sposobu transmisji energii w sieci i zapewnia zabezpieczenie przed wybuchem. Tego typu koncepcja oparta jest na typowej praktyce, w której prace serwisowe i/lub rozszerzanie dokonywane jest zazwyczaj dla urzdze polowych i ich kabli łczcych oraz rzadko dla głównej magistrali pomidzy sterowni, a dystrybutorem w sieci polowej. Bazujc na tej typowej praktyce, moliwe jest podzielenie instalacji sieci polowej na dwa róne typy ochrony przed wybuchem. segmencie w porównaniu z modelem FISCO. Równie i tu stosuje si koncepcj FISCO lub do kadego z odgałzie weryfikacj bezpieczestwa Ex; kade wyjcie weryfikowane jest oddzielnie przez barier sieciow jako ródło mocy, natomiast urzdzenie polowe jako odbiornik. Z powodu do duej energii zasilania wchodzcej do magistrali zabezpieczajcej Ex-e, koncepcja ta jest równie nazywana jako high-power trunk - magistrala o duej mocy. 2.5 Diagnostyka sieci Diagnostyka sieci umoliwia pomiary warstwy fizycznej w segmencie oraz w urzdzeniach polowych. Diagnostyka w duej mierze ułatwia uruchamianie instalacji. Kiedy instalacja jest gotowa, sprawdzanie ptli moe by wykonane jednym przyciskiem wykorzystujc do tego celu odpowiednie oprogramowanie. Dziki temu przy wdraaniu nie jest ju konieczna rozległa wiedza Kady segment posiada tylko jedno ródło zasilania (zasilacz). Kade urzdzenie polowe zuywa stały prd bazowy minimum 10 ma. Urzdzenia polowe zawsze zachowuj si jako pasywne obcienie prdowe. Nawet, gdy urzdzenie przesyła dane wtedy nie jest podawane zasilanie na sie. Stosuje si pasywny terminator linii na kadym kocu linii. Dopuszcza si topologi sieci linii, drzewa i gwiazdy. T PROFIBUS DP Segment Coupler/Link and Power Supply High Power Supply, non-ex Smart installation technology PROFIBUS PA Trunk, without energy limitation Spur, energy limited Safe Area Ex Area Terminator T Komponenty i urzdzenia rónych producentów mona stosowa na tym samym segmencie, przy załoeniu, e wszystkie spełniaj opisane wymagania. Bezpieczestwo bdzie spełnione jeeli wszystkie stacje w danych obwodzie elektrycznym posiadaj certyfikat zgodnie z FISCO jak zdefiniowano w normie IEC Proste porównanie prdu, napicia i mocy zasilania i urzdze polowych wymagane jest do walidacji zabezpieczenia przed wybuchem. Dla strefy 2, energia moe zosta ograniczona do Ex nl (non-incendive). Obie koncepcje Rys. 4: Bariera sieciowa - High Power Trunk Połczenie pomidzy stref bezpieczn, a rozdzielaczem sieci oznaczona jako Ex-e ( intrinsic safety ) umoliwia w przeciwiestwie do strefy Ex-i ( intrinsic safety ) zasilanie o zwikszonej energii. Jako rozdzielacz w strefie 1 stosowane s bariery sieciowe, które umoliwiaj podłczenie do czterech urzdze polowych. Podłczenie szeregowe kilku barier pozwala na zwielokrotnienie długoci kabla oraz liczby stacji w Field devices ekspertów na temat sieci i moliwych przyczyn błdów. Mimo, e testy w laboratoriach nie wykazały sztucznego zuywania si urzdze, wane jest ich stałe monitorowanie. Najczstsz przyczyn problemów w sieciach polowych s umylne lub nieumylne działania przy pracach serwisowych i montaowych. Wszystkie parametry wpływajce na jako transmisji s monitorowane przy uyciu narzdzi PROFIBUS PA technologia i aplikacje,

10 diagnostycznych dla zapewnienia utrzymania ich w granicach dopuszczalnych wartoci. Przez integracj diagnostyki w technologii zasilania moliwe stało si monitorowanie systemu w sposób cigły, a nie tylko sporadyczny, co pozwala na szybk identyfikacj błdów, które mog wystpi podczas pracy. Pozwala to równie na wykrycie zmian w warstwie fizycznej I zapobiega powstawania awarii, które mog spowodowa błdy w pracy sieci. Diagnostyka sieci równie znacznie ułatwia wykrywania błdów w sieci i ułatwia prace słubom utrzymania ruchu podajc im szczegóły w postaci opisu lub graficznej z wyjanieniem przyczyny i miejsca błdu. (Uwaga: rozdział 4.4 opisuje diagnostyk zwizan ze stanem urzdze polowych). PROFIBUS DP Host DP-Master PROFIBUS DP DP/PA Link (redundant) Active junction boxes PROFIBUS PA Rys 6: Redundantny piercie PA Segment coupler Segment coupler Host Host DP-Master DP-Master PROFIBUS DP Segment coupler Segment coupler 2.6 Redundancja Systemy redundantne generalnie stosowane s dla aplikacji, które wymagaj zwikszenia niezawodnoci, np. procesy cigłe. W tego typu systemach zarówno stacja master, jak i system komunikacji (media i koplery segmentu) posiadaj budow redundantn. Istnieje kilka koncepcji redundancji: Redundancja stacji master: system/sterownik sterowania posiada wykonanie redundantne, np. redundancja aktywna (flying redundancy rys. 5, po prawej stronie). Redundancja medium: połczenia kablowe s wykonane redundantnie. Redundancja koplera segmentu: kopler segmentu wykonano jako redundantny (rys. 5, po lewej stronie). W przypadku gdy jeden z układów DP-PA gateway wypadnie, wtedy drugi przejmuje natychmiast jego funkcje. Nie wpływa to na działanie stacji master i nie zostaje utracona adna ramka przy transmisji. Piercie redundantny: dodatkowo do wykonania redundantnego koplera DP- PA, struktura topologii piercienia pozwala na Segment coupler redundancy with single host redundancj medium równie po stronie PA (rys 6). Redundancja stacji slave: urzdzenie polowe/ łcze PROFIBUS w urzdzeniu wykonano jako redundantne. Koncepcja redundancji stacji slave opisano szerzej w dokumentacji PROFIBUS Slave Redundancy. Urzdzenia polowe w wykonaniu polowym musz same negocjowa, która ze stacji jest aktywna, a która oczekujca. 2.7 Zdalne I/O PROFIBUS PA Urzdzenia w sieci PROFIBUS PA mog by stosowane w licznych aplikacjach. Niektóre urzdzenia maj moliwo wysyłania kilku wartoci mierzonych, co pozwala na redukcj liczby stosowanych urzdze. Zasilanie nastpuje poprzez sie, co pozwala na redukcj okablowania. Transmisja cyfrowa pozwala na zwikszenie dokładnoci systemu i uniknicia problemów skalowania sygnału prdowego 4 20 ma. Urzdzenie PROFIBUS PA Flying Redundancy combined with Segment Coupler Redundancy Rys. 5: Redundantny kopler (po lewej) i redundancja aktywna (po prawej) mona parametryzowa równie poprzez sie. Jednake istnieje kilka sygnałów procesowych i urzdze, które nie posiadaj bezporedniego połczenia do sieci PA, a dla których koszt utworzenia interfejsu sieciowego nie jest opłacalny ze wzgldu na nisk cen samego urzdzenia. W takim wypadku istniejcy system w trakcie modernizacji zachowuje okrelone urzdzenia o ile to jest moliwe, a urzdzenia polowe wprowadza si stopniowo. Technologia zdalnych wej/wyj pozwala na integracj tego typu urzdze do sieci PROFIBUS PA. Wejcia i wyjcia analogowe i cyfrowe zbierane s poprzez zdalne moduły I/O, które połczone s z systemem poprzez sie. Dla zdalnych wej/wyj z protokołem HART, parametry przesyłane s poprzez sie do zdalnych urzdze I/O, gdzie s konwertowane na komendy HART do odpowiednich kanałów wejciowych i wyjciowych. 10 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

11 3. PROFIBUS protokół komunikacji Urzdzenia w sieci PROFIBUS komunikuj si wykorzystujc standardowy protokół PROFIBUS DP (Decentralized Periphery). Podstawowy profil komunikacji stanowi koncepcja wymiany danych znana jako master/slave, gdzie stacja master (stacja aktywna) odpytuje cyklicznie podłczone stacje slave (pasywne stacje). Przy odpytaniu stacja slave moe odpowiednio zareagowa wysyłajc odpowied do mastera. Ramka wysyłana do stacji slave (request) zawiera dane dla wyj, np. prdko zadana dla napdu, natomiast w ramce odpowiedzi zawarte s dane wej, np. ostatnia warto mierzona z czujnika. W jednym cyklu sieci, master odpytuje, np. dane I/O ze wszystkimi podłczonymi stacjami slave. Tego typu odpytywanie cykliczne powtarzane jest moliwie szybko. Równolegle do tego typu komunikacji, która nazywana jest cykliczn i pozwala na regularn wymian danych wejciowych i wyjciowych pomidzy stacj master i slave, mona przesyła parametry, np. ustawienia urzdzenia. Tego typu akcja inicjowana jest przez stacj master (typowo z poziomu programu uytkownika) pomidzy cyklami odczytu I/O w celu zapisania lub odczytu parametrów. Tego typu komunikacja okrelana jest jako komunikacja acykliczna. Podstawowe funkcje poszczególnych wersji obejmuj: DP-V0 obsługuje podstawowe funkcje protokołu PROFIBUS. Obejmuje cykliczn komunikacj I/O oraz diagnostyk. DP-V1 dodatkowo posiada funkcje do acyklicznej komunikacji i obsług alarmów (rozszerzona diagnostyka) w sieci PROFIBUS. DP-V2 dodatkowo obejmuje funkcje dla protokołu PROFIBUS, które s wymagane do obsługi napdów. Zawiera funkcje do komunikacji producerconsumer pomidzy stacjami slave, synchronizacj czasu I stempel czasowy. Stacje polowe zazwyczaj s stacjami typu slave z obsług podstawowych funkcji PROFIBUS - wersja DP-V0 oraz mog obsługiwa komunikacj acykliczn w celu odczytu / zapisu parametrów do urzdzenia - wersja DP-V1 PROFIBUS DP Master Class 1 Token 3.1 Klasy urzdze Urzdzenia PROFIBUS mona podzieli na trzy klasy urzdze: Klasa 1 PROFIBUS DP master Master klasy 1 DP (DPM1) jest to stacja master, która wykorzystuje cykliczn komunikacj do wymian danych procesowych ze swoimi stacjami slave. Master klasy 1 zazwyczaj jest zintegrowany w sterownikach swobodnie programowalnych lub stanowi cz systemu automatyki w systemie sterowania procesem. Klasa 2 PROFIBUS DP master Master klasy 2 DP (DPM2) oryginalnie został zdefiniowany jako master, który był wykorzystywany jak stacja do uruchomienia systemu. Po pojawieniu si funkcji DP-V1 oraz DP-V2, master klasy DPM2 został bardziej szczegółowo okrelony jako master. Który moe zosta wykorzystany do ustawiania parametrów urzdze poprzez acykliczn komunikacj przez kanał MS2. PROFIBUS DP Master Class 2 Moe w sieci PROFIBUS wystpowa wicej ni jedna stacja master. W tego typu systemach, dostp do sieci przekazywany jest od jednej stacji master do drugiej (token passing). Aby wyj naprzeciw wymaganiom stawianym przez róne aplikacje, komunikacja PROFIBUS została rozszerzona o liczne, dodatkowe funkcje specjalne. Obecnie wystpuj trzy wersja protokołu: DP-V0, DP-V1 i DP-V2. Cycle: DP Slave 1 DP Slave 2 DP Slave 3 Slave 1 Slave 2 Slave 3... Slave 3 Cyclic Access of Master 1 Acyclic Access of Master 2 Rys 7: Cykliczna i acykliczna komunikacja DP-V1 PROFIBUS PA technologia i aplikacje,

12 Master klasy 2 stanowi zasadniczo cz systemu inynierskiego stosowanego do konfiguracji urzdze. Master DPM2 nie musi by podłczony cały czas do sieci. Stacja slave PROFIBUS Stacja slave PROFIBUS jest to stacja pasywna, która reaguje na cykliczne odpytywanie ze strony stacji master. Tego typu stacje stanowi urzdzenia polowe (zdalne moduły I/O, napdy, zawory, przetworniki, analizatory), które zbieraj dane pomiarowe lub stanowi cz całego procesu. Istniej dwa róne typy urzdze typu slave- urzdzenia kompaktowe i urzdzenia modułowe. Urzdzenie modułowe składa si ze stacji głównej zawierajcej interfejs sieci polowej oraz liczb slotów do których mog by przyłczane rónorodne moduły. Przez połczenie rónych modułów stacje slave mog by skonfigurowane do specjalnych wymaga I/O uytkownika. Urzdzenia kompaktowe posiadaj stał konfiguracj I/O, podobnie jak urzdzenia modułowe z jednym trwale zainstalowanym modułem. Urzdzenia typu slave dla procesów automatyki w wikszoci wypadków stanowi urzdzenia modułowe, jednak w których poszczególne moduły stanowi nie fizyczne moduły, a jedynie wirtualne moduły oparte na oprogramowaniu zaszytym w urzdzeniu. Aktywacja i deaktywacja poszczególnych modułów wirtualnych, a co za tym idzie przydzielonych do nich danych wejciowych i wyjciowych odbywa si przez stworzenie komunikacji cyklicznej. Dane procesowe I/O (wirtualne moduły) zwizane ze stacj typu slave wyspecyfikowane s w profilach dla urzdze PA. Urzdzenia MASTER PROFIBUS czsto s odpowiednie dla funkcji zarówno DPM1 i DPM2. Istniej take urzdzenia które mog obsługiwa zarówno stacje masters jak i slaves. W praktyce jednak nie zawsze jest moliwe jednoznaczne klasyfikowanie fizycznych urzdze do wymienionych powyej klas funkcjonalnoci. 3.2 Konfiguracja systemu PROFIBUS Podczas konfiguracji systemu PROFIBUS stacje typu slave, które cyklicznie komunikuj si ze stacj master, przypisywane s do klasy 1 stacji master PROFIBUS DP. W czasie procesu konfiguracji przypisywane s adresy stacji slave i master, definiowane s parametry magistrali, specyfikowane s typy i numery modułów (w przypadku modułowych stacji slaves), wybierane s parametry uytkownika itd. Ramki komunikatów protokołów PROFIBUS posiadaj adres ródłowy i adres docelowy, dziki którym moe zosta zidentyfikowany nadawca i odbiorca. Zakres adresów w urzdzeniach PROFIBUS wynosi od 0 do 126 i w ramach danej sieci PROFIBUS adres moe by przypisany jednokrotnie. Adres broadcast 127 moe by uyty do zaadresowania wielu stacji slave jednoczenie. Adres urzdzenia moe zosta ustalony przy uyciu fizycznych przełczników adresowych na urzdzeniu lub przez odpowiedni komunikat PROFIBUS dla ustanowienia adresu, np. wysyłany z narzdzia konfiguracyjnego. Adres fizyczny przypisany do urzdzenia musi by zgodny z adresem przypisanym podczas konfiguracji. Jeeli połczenie DP/PA uywane było jako kopler, wtedy posiada on adres slave po stronie RS485 i adres master po stronie MBP. Adresy po stronie RS485 s niezalene od tych na stronie MBP, to znaczy e dwie strony posiadaj odrbne przestrzenie adresowe. Zakres PROFIBUS PA zazwyczaj ograniczany jest raczej przez właciwoci fizyczne sieci, takie jak długo kabla, czy biece obcienie urzdze, ni przez liczb dostpnych adresów. (patrz rozdział 2). Głównymi parametrami magistrali stanowi: prdko transmisji, watchdog, slot time oraz czas cyklu. Dla stacji masters PROFIBUS, które zazwyczaj posiadaj interfejs RS485, prdko transmisji moe by ustawiona midzy 9.6 kbps a 12 Mbps. Mimo, e wikszo nowoczesnych koplerów moe pracowa na dowolnej prdkoci po stronie RS485, niektóre starsze modele obsługuj tylko jedn prdko kpbs i/lub i czasem wymagaj zmiany parametrów sieci na wartoci zdefiniowane przez uytkownika. Watchdog stacji slave uywany jest do monitorowania komunikacji cyklicznej i musi by ustalony na warto znacznie wysz ni czas wymagany dla jednego cyklu sieci. Jeeli slave nie odpowiada na ramk zapytania przez dłuszy okres czasu ni okrelony w watchdog time, wtedy powróci on do swego pocztkowego, domylnego stanu, a komunikacja cykliczna bdzie wymaga ponownego ustanowienia. Jeeli master nie odbiera prawidłowej odpowiedzi ze slave w cigu ustalonego czasu (slot time), bdzie ponownie wysyłał ramk zapytania tyle razy, a osignie maksymalny limit prób. Target rotation time jest narzdziem konfiguracji kalkulujcym czas potrzebny znacznikom (token) do przejcia cyklu. Powinien on by ustalony w tej samej wartoci dla wszystkich stacji master w systemie. Master oblicza sam czas posiadania zezwolenia do nadawania - token jako rónic pomidzy czasem całkowitym przekazywania tokena (target token rotation time) oraz zmierzonym czasem posiadania token (measured rotation time). W przypadku stacji slave modułowych, naley skonfigurowa poszczególne moduły stacji slave. Skonfigurowane moduły musz odpowiada slot po slocie modułom fizycznie włoonym kolejno w stacji. W przypadku stacji slave PROFIBUS PA powinna posiada ona domyln konfiguracj modułów wirtualnych. Typ i ilo wirtualnych modułów okrelona jest przez dany profil lub przez producenta zalenie od tego czy urzdzenia pracuje w trybie zgodnym z profilem, czy te zgodnie z ustawieniami producenta. Skonfigurowane moduły okrelaj wielko I format danych I/O wymienianych podczas komunikacji cyklicznej. 12 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

13 Odpowiednie narzdzia, zazwyczaj oferowane przez producenta mastera klasy 1 PROFIBUS DP), wykorzystywane jest do opisu magistrali. Narzdzie konfiguracyjne ustawia specyficzne dla urzdzenia parametry, np.: obsługiwan prdko transmisji lub dostpne moduły w pliku konfiguracyjnym (GSD) stacji slave. Plik GSD jest to plik tekstowy ASCII opisujcy parametry wymagane do komunikacji oraz moduły I/O stacji PROFIBUS. Jest on tworzony przez producenta urzdzenia 3.3 Komunikacja cykliczna Po załadowaniu konfiguracji (opis sieci) do mastera klasy 1 za pomoc narzdzi konfiguracyjnych, master ustanawia cykliczn komunikacj z dan stacj slave za pomoc kanału MS0. Podczas tego procesu stacja slave sprawdza dane konfiguracyjne otrzymane od stacji master w dwóch etapach. Po pierwsze, parametry ustawione podczas konfiguracji, np., czas watchdog oraz numer PROFIBUS ID, przesyłane s do stacji slave i sprawdzane. Numer ID jest unikatowy dla kadego typu stacji I jest nadawany przez organizacj PI (PROFIBUS & PROFINET International). Komunikacja cykliczna moe mie miejsce tylko gdy numer ID z konfiguracji pasuje z numerem nadanym dla danej stacji slave. Dalej opis skonfigurowanych modułów I/O przesyłany jest do stacji slave i sprawdzany. Komunikacja cykliczna moe zosta ustanowiona tylko wtedy gdy moduły, które s fizyczne dostpne w stacji zgadzaj si z wyspecyfikowanymi modułami podczas procesu konfiguracji lub w przypadku urzdzenia PA wyspecyfikowane moduły wirtualne zgadzaj si z modułami podanymi podczas konfiguracji. Poprawne otrzymanie danych I/O powoduje ustanowienie komunikacji i weryfikacj danych poprzez diagnostyk. Parametr niezgodne lub złe dane konfiguracyjne zgłaszane s poprzez odpowiedni błd w standardowej diagnostyce PROFIBUS. Jeeli parametry i dane konfiguracyjne s poprawne wtedy stacja master inicjuje cykliczna wymian danych I/O z dan stacja slave.. Diagnostyka PROFIBUS zawiera zarówno diagnostyk standardow oraz opcjonalnie diagnostyk rozszerzon. Np. wyłcznik moe zawiera dane specyficzne diagnostyczne takie jak przepicie, temperatura pracy, zwarcie na wyjciu, itp. Jakakolwiek zmiana danych diagnostycznych spowoduje ustawienie odpowiedniej flagi w ramce odpowiedzi podczas komunikacji cyklicznej. Stacja master odpowie w nastpnym cyklu przez odpytanie danych diagnostycznych zamiast danych procesowych. Stacja DP slave moe pracowa cyklicznie tylko z jedn stacj master klasy DPM1. Zapewnia to to, e otrzymane dane wyj ustawiane s tylko przez jedn stacj master, co zapobiega niespójno sterowania wyjciami. 3.4 Komunikacja acykliczna Kluczowym elementem procesu acyklicznej wymiany danych jest odczytywanie I zapisywanie parametrów urzdzenia na danie urzdzenia master. Parametry mog zosta wykorzystane do dostosowania konfiguracji urzdzenia polowego tak, aby dokładnie dostosowa je do wymaga aplikacji. Dwa róne kanały- MS1 i MS2 wprowadzone s dla komunikacji acyklicznej. Komunikacja acykliczna łczy stacj typu slave ze stacj master (MS1) i moe by ustanowiona jedynie jeeli cykliczna wymiana danych nastpuje midzy stacj slave a master. Poniewa stacja slave moe wymienia cyklicznie dane I/O tylko z jedyn stacj master w danym czasie powoduje to, to e moe mie tylko jedno połczenie typu MS1. Połczenie typu MS1 (okrelone w pliku GSD dla danej stacji slave) ustanawiane jest podczas komunikacji cyklicznej z dan stacj. Konieczne stało si dla stacji slave dodatkowe połczenie typu MS2 z kilkoma stacjami master jednoczenie. Kade połczenie MS2 musi by ustanawiane oddzielnie przez stacje master. Kade połczenie MS2 posiada własny mechanizm monitorowania i moe zosta zamknite tego typu połczenie jeeli nie jest wykorzystywany przez okrelony okres czasu. Przeciwnie ni w komunikacji cyklicznej konfiguracja nie wymaga pliku konfiguracyjnego dla stacji master dla acyklicznej komunikacji. Typowo wymagany jest tylko adres stacji slave do połczenia typu MS2 ze strony stacji master. Parametry stacji adresowane s w stacji slave poprzez numer slotu i indeks. Sloty wirtualne lub fizyczne identyfikowane s poprzez numer slotu (0 254) w stacji modułowej. W stacji PA adresy slotów stanowi bloki funkcyjne (patrz rozdział 4). Indeksy (0 do 254) w danym slocie adresuj parametry w danym bloku funkcyjnym. Urzdzenia PA zgodne z profilem 3.0 I wyszym musz obsługiwa kanał MS2 podczas gdy kanał MS1 jest opcjonalny. W praktyce mało urzdze profilu PA posiada zaimplementowany kanał MS1. Podczas gdy kanał MS2 uywany jest generalnie do acyklicznej transmisji danych ze stacj w automatyce procesowej. PROFIBUS PA technologia i aplikacje,

14 4. Profil PA Profil PROFIBUS dla urzdze PA standaryzuje główne funkcje urzdze w automatyce procesowej. Urzdzenia procesowe s skategoryzowane w poszczególnych klasach urzdze, z tak funkcyjnoci, jaka została okrelona w profilu. Podział urzdze na klasy funkcjonalne daje korzyci uytkownikowi, który korzystajc z urzdze danej klasy moe załoy, e ich funkcjonalno oraz sposób działania jest niezaleny od producenta. Istnieje moliwo integracji urzdze z systemami zarzdzajcymi poprzez wykorzystanie specjalnych programów (patrz rozdział 5). Dziki temu moliwa jest obsługa urzdze rónych producentów za pomoc jednego niezalenego narzdzia 4.1 Struktura Struktura profilu PA odpowiada klasyfikacji funkcjonalnej urzdze automatyki procesowej. Cz 1 zawiera podstawowe specyfikacje. W tej czci model urzdzenia, pokazany na rysunku poniej, oparty jest na blokach funkcyjnych. Dla kadego bloku zdefiniowane s standardowe parametry i funkcje takie jak na przykład: zapisywanie i transfer tablicy linearyzacji. Cz 1 zawiera take tablice z kodem dla okrelenia nazwy producenta, jednostkami pomiarowymi itd. Cz 2 opisuje właciwoci urzdze procesowych zwizane z protokołem PROFIBUS i zalenoci midzy profilem, a protokołem komunikacyjnym PROFIBUS. Ta cz profilu zawiera specyfikacj z punktu widzenia protokołu PROFIBUS, której wykorzystanie przez producenta pozwala na zachowanie jednorodnoci urzdze procesowych. Specyfikacja zawiera min: specjalne bajty konfiguracyjne dla kadej klasy urzdze. Dziki temu urzdzenia PA rónych producentów w obrbie jednej klasy urzdze komunikuj si wykorzystujc ten sam format danych. Format danych okrelony dla nadajników i urzdze wykonawczych składa si z piciu bajtów. Pierwsze cztery bajty zawieraj warto mierzon lub sterujc jako 32-bitow liczb zmiennoprzecinkow, natomiast pity bajt bajt statusowy zawiera informacje o jakoci pomiaru. Cz 2 zawiera take specyfikacje które wymagaj jednolitej obsługi dodatkowych usług komunikacji PROFIBUS, specyfikacj okrelajce sposoby kodowania informacji diagnostycznych specyficznych dla danego urzdzenia oraz list usług komunikacyjnych, które musz by wykorzystane do przesyłania parametrów okrelonych przez protokół. Czci od 3 do 8 nazywane take arkuszami danych, zawieraj bardzo szczegółowe specyfikacje dotyczce funkcjonalnoci takich urzdze jak przetworniki, urzdzenia z wejciami lub wyjciami cyfrowymi, urzdzenia wykonawcze lub urzdzenia z wieloma zmiennymi. Pozostałe czci profilu zawieraj informacje o funkcjonalnoci poszczególnych klas urzdze procesowych. Dodatkowo profil wprowadza take podział na urzdzenia klasy A i klasy B. Urzdzenia klasy B posiadaj dodatkowe funkcje niedostpne w urzdzeniach klasy A. Sensor and sensor signal Transducer Block 4.2 Model blokowy i przepływ sygnału Profil PA wykorzystuje tzw. schemat blokowy do opisu funkcjonalnoci urzdzenia. Model prezentuje poszczególne funkcje jako bloki natomiast funkcjonalno całego urzdzenia pokazana jest poprzez połczenia pomidzy blokami. Wspomniane bloki funkcyjne opisuj przepływ sygnałów pomiarowych lub aktywujcych w urzdzeniu. Na przykład jak przetwarzany jest sygnał pochodzcy z czujnika a przekazywany na interfejs sieci polowej lub z interfejsu sieci polowej do urzdzenia wykonawczego. Rysunek 8 pokazuje przepływ sygnału oraz bloki funkcyjne na przykładzie przetwornika. Sygnał z czujnika cyfrowego jest przetwarzany w bloku przetwornika (TB). Cz profilu powicona przetwornikom składa si z rónych mierzonych zmiennych i metod pomiarowych. Opisuje ona funkcje i parametry przetwornika. Blok funkcyjny TB okrela takie parametry jak zaleno liniowa wykorzystywana do konwersji sygnału z czujnika (która moe by uzaleniona od rodzaju czujnika lub właciwoci procesu), jednostki pomiarowe lub kompensacja zakłóce. Sygnał wyjciowy z bloku TB jest przekazywany na wejcie bloku okrelonego jako Wejcie analogowe (AI), gdzie przetwarzana jest warto mierzona w sposób niezaleny od wykorzystywanej metody pomiarowej. Jeli w wyniku tego procesu nie zostanie otrzymana poprawna warto blok automatycznie wystawi ustalon warto zastpcz lub ostatni poprawn warto mierzon. Function Block Rys. 8: Struktura funkcjonalna urzdzenia PA Digital value 14 PROFIBUS PA technologia i aplikacje, 2009

15 Zakres wartoci mierzonej jest monitorowany w sposób cigły. Jeli zakres zostanie przekroczony automatycznie wystawiany jest alarm oraz odpowiednia informacja w bajcie statusowym. W trybie symulacji przerywane jest połczenie midzy blokami TB i AI i okrelona warto symulowana jest przetwarzana w bloku AI. W przypadku urzdze z wieloma czujnikami na wyjciu bloku AI mog by wystawiane róne wartoci pomiarowe dziki wykorzystaniu parametru okrelajcego numer kanału, który przypisuje blok AI do odpowiedniego bloku TB. W kadym urzdzeniu PA poza blokami przetwornika i wej/wyj zaimplementowany jest take tzw. blok fizyczny (PB). Blok PB nie bierze udziału w przetwarzaniu sygnału pomiarowego, ale zawiera informacje o samym urzdzeniu, takie jak: kod producenta, numer seryjny, data instalacji lub informacje diagnostyczne. Rysunek 9 przedstawia kompletny model blokowy urzdzenia PA z trzema kanałami MS0, MS1 oraz MS2 do transmisji danych. Bardziej szczegółowe informacje zawarte s w ksice PROFIBUS PA. Parametry wyjciowe bloku FB mog zosta połczone z wejciami innych bloków. Mog one by take odczytywane poprzez PROFIBUS, np. w celu dostarczania informacji o aktualnym statusie urzdzenia. Do wewntrznych parametrów bloków s przypisywane wartoci wykorzystywane w wewntrznych obliczeniach bloku FB i zazwyczaj mog by odczytywane poprzez PROFIBUS. Istniej dwa rodzaje parametrów profilu. Pierwszy z nich zawiera parametry, które musz by obsługiwane przez wszystkie urzdzenia danej klasy. Drugi rodzaj parametrów to parametry opcjonalne. Producent danego urzdzenia ma take moliwo zaimplementowa inne parametry charakterystyczne dla jego urzdzenia. Kady blok zawiera take okrelone standardowe parametry okrelajce np. typ bloku lub klas urzdzenia. Profil PA okrela bloki funkcyjne, które musz by zaimplementowane w kadej klasie urzdze. Poza opisem funkcjonalnoci poszczególnych bloków, profil okrela take list wszystkich powizanych parametrów. Lista zawiera wszystkie parametry jak równie ich atrybuty takie jak: format, długo, prawa dostpu, typ parametru (wejciowy, wyjciowy lub wewntrzny), charakterystyk pamici oraz informacj czy parametr jest obowizkowy czy opcjonalny. Profil okrela take czy parametr moe by przesyłany tylko w sposób acykliczny czy take przy cyklicznej wymianie danych. Standardowo przesyłane s tylko indywidualne parametry wyjciowe powizane z blokiem wej cyfrowych lub analogowych, lub parametry wejciowe powizane z blokiem wyj cyfrowych lub analogowych. Adresacja parametrów oparta jest na modelu opisanym przez indeks i slot zdefiniowanym dla acyklicznego czytania i zapisu. Profil okrela tylko wzgldn pozycj (poprzez wzgldny indeks) parametru w danym bloku. Pozostałe informacje takie jak ilo oraz typy zaimplementowanych bloków, slot i indeks pierwszego parametru jak równie ilo parametrów w bloku, s zakodowane w tzw. directory object (DO). Wszystkie urzdzania PA maj moliwo odczytania DO poprzez slot 1 i indeks 0 oraz kolejne indeksy. 4.3 Parametry urzdze Indywidualne arkusze danych profilu PA definiuj zestaw parametrów dla kadej klasy urzdze. Kady z tych parametrów jest powizany z blokiem funkcyjnym. Dla danego bloku FB, w zalenoci od typu parametru, rozrónia si parametry wejciowe, wyjciowe lub wewntrzne. Wartoci parametrów wejciowych mog by przypisane przez parametry wyjciowe z innego bloku funkcyjnego lub przez uytkownika. Parametry wejciowe wykorzystywane s do przystosowania funkcjonalnoci do poszczególnych aplikacji. Zazwyczaj mog one by ustalone przez centraln stacj PROFIBUS i w niej zapamitane. MS0 (cyclic) MS1 (acyclic) MS2 (acyclic) Profibus-DP/PA Function Function Block(s) Block(s) Transducer Block (Physical/Electrical) Physical Block Device Management (Directory) Device = DPV1-Slave Process Profibus Rys 9: Model urzdzenia PA o strukturze blokowej Prozess value, Status Parameterisation Operator views Diagnosis events Directory PROFIBUS PA technologia i aplikacje,