05 / Teil D / Seite 28. 05.013.01. Profibus. Process Field Bus. Entwicklungsziel:
Schaffung eines offenen, herstellerunabhängigen. Universal-Feldbussystems.
Profibus Process Field Bus
Profibus ab 1987
Entwicklungsziel: Schaffung eines offenen, herstellerunabhängigen Universal-Feldbussystems.
1991
Innovation:
Entwicklung des Profibus-Systems durch die PROFIBUS User Organization. Organisationsmitglieder sind Hersteller, Anwender und Forschungsinstitute. Normung als DIN 19245 Teil 1 und 2. Normung als EN 50170.
Multi-Master-Betrieb mit Token Passing.
1999
weltweit mehr als 3 Mill. Feldgeräte installiert.
1999
weltweit mehr als 300.000 Applikationen, installiertes Volumen von rund 6,5 Mrd. DM.
1999
Profibus gehört zu den führenden Feldbussystemen in Europa. 05.013.02
05.013.01
Profibus Dreiteilung
Profibus Einordnung Profibus-FMS Unternehmensleitebene
SPS
Produktleitebene Prozeßleitebene InterBus-S CAN ASI
Steuerungsebene
IPC
Profibus-FMS Profibus-DP
Sensor- / Aktuatorebene
Profibus-DP 05.013.03
05 / Teil D / Seite 28
Profibus-EX 05.013.21
Profibus Logische Netzstruktur
Profibus Physikalische Netzstruktur Profibus-Systeme haben eine Busstruktur:
Logischer Token-Ring, umfasst alle Master
Master (übergeordnete Steuerungen)
IPC, Master Gerät
SPS, Master Gerät
Profibus-Kabel
Profibus
Sensoren
... Aktuatoren
Aktuator Sensor Aktuator Sensor
Aktuator Aktuator
05.013.04
05.013.05
Profibus Buseigenschaften
Profibus
serielle Datenübertragung nach RS 485;
Die Grundlagen für den Profibus schufen:
Übertragungsrate 9,6 kBaud/1200m - 12 MBaud/100m;
Firmen:
hohe Datenraten
hohe Anfordungen a. d. Kabel;
Sonderverkabelung und -protokolle für explosionsgefährdete Bereiche (z.B. Bergbau, Chemie);
ABB, AEG, Bosch, Honeywell, Kloeckner-Moeller, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-Cumulus, Schleicher, Siemens Forschungsinstitute:
Lichtwellenleiter (LWL) einsetzbar; max. 32 Busteilnehmer; Teilnehmerzahl kann mit Repeatern erhöht werden.
Forschungszentrum Informatik (Karlsruhe), Fraunhofer Inst. f. Informations- und Datenverarbeitung, Lehrstuhl f. Prozeßrechner (TU München), Inst. f. Luft- und Raumfahrtechnik (TU München), WZL Aachen
05.013.06
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05.013.07
Profibus Multi-Master-Betrieb
Profibus Token-Ring-Verfahren
Alle Master sind beim Buszugriff gleichberechtigt.
Es wird ein Token (Gutschein) T festgelegt. Der Master mit dem Token hat allein das Recht, den Bus zu benutzen.
Master (übergeordnete Steuerungen)
Master Profibus-Kabel T
...
Slaves Aktuator Sensor Aktuator Sensor
Profibus-Kabel Aktuator Aktuator
Besondere Zugriffsregeln erforderlich, um Kollisionen zu vermeiden.
...
Slaves
05.013.09
05.013.08
Profibus Token-Ring-Verfahren
Profibus Token-Ring-Verfahren
Das Token wird von einem Master in Form eines speziellen Telegramms an den nächsten weitergereicht.
Der Tokenhalter erhält alle Busrechte.
T Profibus-Kabel T
Profibus-Kabel
...
... 05.013.10
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05.013.11
Profibus Token-Ring-Verfahren
Profibus Token-Ring-Verfahren
Insgesamt entsteht ein Ring, in dem das Token umläuft: der Token-Ring.
Aufbau des Tokens (Beispiel):
Stopbit Start- Empfängerbit adresse
Absenderadresse
Tokencode
Profibus-Kabel T
Es darf zu jeder Zeit nur ein Token umlaufen.
...
05.013.13
05.013.12
Profibus Token-Ring-Verfahren
Profibus Telegrammaufbau Master - Slave - Kommunikation benutzt Telegramme.
Regeln für das Token-Ring-Verfahren: 1. Zu jeder Zeit nur ein Token. 2. Laufen mehrere oder kein Token um: alle Token löschen und ein neues erzeugen. (Protokollüberwachung)
T
3. Systemstart: ein definierter Teilnehmer erzeugt das Token.
Profibus-Kabel Slaves
4. Laufender Betrieb: Teilnehmer müssen herausund hineingenommen werden können.
...
Profibus-Protokoll kennt drei Telegrammarten.
Einzelheiten: Norm IEEE 802.5 05.013.14
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05.013.15
Profibus Telegrammaufbau
Profibus Telegrammaufbau
1. Telegramme ohne Datenfeld Startbyte Art 1
Absenderadresse
Empfängeradresse
2. Telegramme mit Datenfeld fester Länge Startbyte Art 2
Prüfbyte
Kontrollbyte
Endebyte
Absenderadresse
Empfängeradresse
Jedes Feld umfasst 8 Datenbit. Übertragung pro Feld: 1 Startbit, 8 Datenbits, 1 Paritätsbit, 1 Stopbit
8 Datenbytes
Prüfbyte
Kontrollbyte
Endebyte
Jedes Feld umfasst 8 Datenbit. Übertragung pro Feld: 1 Startbit, 8 Datenbits, 1 Paritätsbit, 1 Stopbit 05.013.17
05.013.16
Profibus Telegrammaufbau
Profibus Weitere Informationen
3. Telegramme mit Datenfeld variabler Länge 2x Startbyte Art 3
2x Länge des Datenfeldes (in Byte)
Absenderadresse
Empfängeradresse
max. 246 Datenbytes
Kontrollbyte
www.profibus.com Prüfbyte
Endebyte
Bei den Herstellern Profibus-kompatibler Geräte Gerhard Schnell: Bussysteme in der Automatisierungstechnik
Jedes Feld umfasst 8 Datenbit. Übertragung pro Feld: 1 Startbit, 8 Datenbits, 1 Paritätsbit, 1 Stopbit 05.013.18
05 / Teil D / Seite 32
05.013.19
Profibus Zusammenfassung Master/Slaves mit mehreren Mastern; Zahl und Art der Ein- und Ausgänge variabel; Ein- und Ausgänge digital (ein/aus) oder analog; Token-Ring-Protokoll zwischen den Mastern; Protokoll ist echtzeitfähig; zweiaderiges Buskabel, LWL, EX-Verkabelung; maximale Busausdehnung 1200m bei 9,6kBaud; EN-Norm, herstellerunabhängig. 05.013.20
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