2 Parte
Short Description
Download 2 Parte...
Description
CURSO COMUNICACIONES INDUSTRIALES BUSES DE CAMPO Fabiana Ferreira Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
Clasificación de buses de campo Fieldbus:
Funciones Ctrl. de Procesos Ctrl Lógico
• • • • •
FIELDBUS DEVICEBUS SENSORBUS Bit
Byte
Información transmitida en palabras o tablas Variables analógicas y algunas digitales Conectan dispositivos, controladores, Pc´s. Función : Repartir la aplicación. FF, Profibus, WorldFIP, ControlNet
Tipo de Paquetes datos
Sensorbus:
Devicebus:
• Información transmitida en bits • Variables digitales • Conectan captadores , actuadores , botoneras, interruptores, etc. con un controlador central • Función : distribuir E/S digitales • ASi, FlexIO
• • • •
Información transmitida en bytes Variables digitales y algunas analógicas Conectan dispositivos, controladores, Pc´s. Función : Compartir dispositivos de campo entre varios equipos de control y comando. • CAN, Device-Net, SDS,DWF
2
Smart Device
Bit I/O Impacc
Seriplex
AS-i
PROFIBUS FMS
ControlNet
Device Bus
SensoPlex
Interbus-S
ECHELON
PROFIBUS PA
Modbus + / DH+
PROFIBUS DP
Block I/O Control Bus
SDS
Process Unit World FIP
Field Bus
DeviceNet
Plant
FOUNDATION Fieldbus
Buses de campo Sensor Bus
3
Normas IEC Fieldbus IEC TC65/SC65C/WG6 • • • •
1993- Norma IEC 1158-2- Capa Física 1996- IEC 61158- 1 Draft de DLL(FIP) Rechazado 12/96 3/1998-Draft DLL aprobado ( similar a ISA TR50.02 partes 3 y 4) 1999 a 2000- Se terminan de aprobar las restantes partes
• •
IEC 61158-1, Introduction IEC 61158-2, Physical Layer Specification and Service definition IEC 61158-3, Data Link Service Definition IEC 61158-4, Data Link Protocol Specification IEC 61158-5, Application Layer protocol Specification IEC 61784, Profile Sets for Continuos and discrete manufacturing
• • • •
•
Tipos norma IEC: 1- FOUNDATION Fieldbus 2-ControlNet ( ControlNet, Ethernet/IP) 3- Profibus (DP y FMS) 4- P-NET (multipoint, point to point) 5- FOUNDATION Fieldbus HSE 6- SwiftNet (openAL, real Time AL) 7- WorldFIP (MPSy MCS, subsetMMS, part of MPS) 8- Interbus ( generic, extended, reduced 6/2) 4
Consorcios y organizaciones Problemas en normalización ===> especificaciones de distintos proyectos: •Fieldbus Foundation •ISP : Interoperable System Project ( desaparecido) •PTO: Profibus Trade Organisation •ODVA: Open Device Net Vendor Association •World FIP.Organisation......Etc. ASi CANbus DeviceNet FIPIO P-Net LonWorks InterBus-S BAC-net
WorldFIP PROFIBUS FOUNDATION Fieldbus Control – Net Swift-Net HART Modbus 5
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
Actuator Sensor Interface (ASi) Fabiana Ferreira •Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica
AS-i en automatización • Para conectar sensores y actuadores con controladores
Nivel de control Maestro
Nivel de campo: CAN
DeviceNet
FIP
Interbus Profibus etc.
Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo
Sensores y actuadores 7
Ahorro de cableado • Con AS-i
• Cableado tradicional M1
M2
M3
C1 C2
C3
Maestro C4
8
•
Caracteristicas del bus AS-i Maestro Esclavo Hasta 31 esclavos por maestro Host
4 entradas y 4 salidas digitales por esclavo
Master
4 bits de parametros adicionales por esclavo
• Max. 248 I/O digitales • Posibilidad de I/O analógicas • Direccionamiento electrónico de los esclavos • Equipamiento : Master PLC o Gateway Esclavos Modulos para conexión de I/O Dispositivos con chip AS-I integrado Fuente de 30,5 VDC
AS-i Power Supply
Slave Slave
Slave
Slave Slave
Slave Slave
Slave Slave Slave
9
Maestro-Esclavo • • •
El Maestro realiza un ciclo de polling Envía los valores de las salidas y recibe los valores de las entradas en el mismo ciclo Ciclo del orden de 5ms para 31 esclavos
En la versión 2.1 se pueden direccionar dos esclavos A y B en cada nodo oero se chequea uno por ciclo
Host
M a s t e r Calls
M a s te r
SL 1
1
SL 2
SL31
2
31
SL 1
1
S l a v e Answers 10
Extensión de la red Longitud máxima de todos los cables AS-i en un segmento : 100m Se puede extender la red hasta 300m usando extender o repeater
Solution A: 1 extender and 1 repeater Supply
Supply
!
Master
Supply
Extender
Repeater Slave
Slave
!
Segment max. 100 m
Slave
Slave
Segment max. 100 m
Slave
Segment max. 100 m
Max. number of slaves over all is 31 !
11
Direccionamiento y parametrización de esclavos
• Direccionamiento individual por terminal
•
Direccionamiento automático por el maestro
Master
Addressing unit
Programming and service unit
AS-Interface Master projected parameter Slave 1 1 1 1 0 Slave 2 1 1 1 1
•
actual parameter 1110 1111
Parametrización a distancia
Up to 31x 4 data bits Slave 20 1 1 1 0
1100
Slave 1
Slave 31 1 1 0 0
AS-i Slave 20 actual parameter 1110 1100
Slave 31 1 0 1 0
1010
12
Cableado •
•
Cable Plano mechanical coded flat cable
Cable standard 1.5 mm²
standard round cable
2,9 mm
piercing connectors
AS-Interface electric-mechanics
6...10 mm
shielded round cable
13
Topología
Estrella
Linea
Rama
Controlador
Controlador
Controlador
Maestro Maestro
Maestro Maestro
Arbol Controlador
Maestro Maestro
Maestro Maestro Esclavo
Esclavo
Esclavo
Esclavo
Esclavo Esclavo
Esclavo
Esclavo Esclavo
Esclavo Esclavo
Esclavo
Esclavo
Esclavo
Esclavo
Esclavo
Esclavo Esclavo
Esclavo
Esclavo
14
Conexión de sensores y actuadores convencionales: Modulos IP67 o IP20 D0 = Señal de sensor
una toma
D1 = Señal de sensor D2 = Señal de actuador
IC esclavo AS-Interface 1 Carcasa de módulo
D3 = Señal de actuador P0
Watchdog
Alimentación eléctrica
Hasta 4 sensores y/o 4 actuadores
15
Señales analógicas
16
AS-i y el modelo OSI
17
Algunas fotos
18
Safety • • • •
Los dispositivos de seguridad no participan del polling normal. Un Safety Monitor reside en el bus para escuchar sólo a los dispositivos de seguridad Cuando ocurre un evento de seguridad actua sobre los dispositivos de seguridad para ir a estado seguro (fail-safe). Se alcanza SIL3.
19
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
Controller Area Network (CAN) Fabiana Ferreira Gerardo Stola •Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica
CAN (Controller Area Network) •
Creado a mediados de 1980, con el objetivo de brindar conexión y disminuir los costos de cableado entre dispositivos dentro de automóviles. Se difundió posteriormente a otras áreas, por ejemplo control de plantas industriales, aplicaciones domésticas, control de ascensores, control de sistemas de navegación, etcétera.
• Estándar ISO. • Amplia disponibilidad de dispositivos comerciales. • Alta difusión en la CEE (Alemania), Japón y EEUU • -http://www.can.bosch.com
21
CAN y el modelo OSI Aplicación Presentación Sesión Transporte
CAL CAN Documentos Device •CANopen SDS King de CiA Net •PCAL dom
Red Enlace Física
Especificación CAN ISO 11898 CAN Phy (ISO 11898)
22
Especificación CAN - El protocolo abarca las capas física (parcialmente) y de enlace de datos. - Velocidad hasta 1 Mbps. - Protocolo de comunicaciones orientado a los mensajes - Arbitraje por prioridad de mensajes (CSMA/AMP) - Resolución de colisiones. - Alta probabilidad de detección de errores. - Capacidad de implementar control en tiempo real. - Escalabilidad. - PDU (protocol data unit): tramas(frames) de datos/ remotas/ de error/ de sobrecarga
Especificaciones
CAN 1.2 2048 (211) identificadores de objeto formato de tramas estándar CAN 2.0 más de 500 millones (229) de identificadores formato de tramas extendido 23
Arbitración Dos estados lógicos definidos dentro del bus: recesivo y dominante. Equivale a una compuerta lógica AND: Nodo 1
“1” lógico y “0” lógico
Nodo 2 A B
A.B
N1 N2 Bus
A
B A.B
D D R R
0 0 1 1
0 1 0 1
Bus
D R D R
D D D R
0 0 0 1 24
Trama de datos RTR
Delimitadores
recesivo dominante 1
11/29
1
6
Identifi_ cador de objeto
0 ... 64
Campo de datos
Segmento Campo de control CRC Campo de Campo de CRC Arbitraje
Inicio de trama Trama de datos
15
111
7
Campo de fin de trama
3
Espacio inter-trama
Ranura de ACK
Campo de Acknowledge
Tamaño mínimo de la trama de datos: 44 bits Tamaño máximo de la trama de datos: 111 bits ⇒ Throughput = 58% del bitrate
25
Detección de errores ∀⇒ Cuando una estación transmite una trama de error, el resto de las estaciones activas en la red replican con sendas tramas de error. ⇒ La señalización del error queda formada por la concatenación de tramas de error de todas las estaciones activas. ⇒ “Globalización del error” • Distintas condiciones desencadenan la transmisión de una trama de error (errores detectables por protocolo): error orientado al transmisor
errores simples
errores de bit error orientado al receptor errores de bitstuff errores de CRC errores de formato (en delimitadores del CRC y del ACK, y EOF) errores de ACK errores de sobrecarga errores de formato de la trama de sobrecarga errores por condición de sobrecarga inconsistente (detectables como errores de bittuffing, deCRC o de formato)
errores consecutivos múltiples errores múltiples
errores sucesivos múltiples 26
Capa Física CAN Implementada en los controladores basadas en normas y especificaciones propietarias ISO11898
PMA
27
ISO 11898-2 -Topología
A 1Mbit/s LdCAN_L + 0.9V
29
Nodo ISO 11898-2
•
La tensión diferencial en un nodo está dada por la corriente en la resistencia diferencial
30
Transceivers
31
Relación Velocidad-longitud bus
•
•
ISO 11898 especifica dist máx 1 km y permite usar bridges o repeaters. Distancia máxima definida por: demora de los nodos y del bus diferencias entre el bit time quantum debidas a la diferencia entre los osciladores de los nodos Caída de señal por resistencia de cable y nodos
32
Velocidades recomendadas CiA DS -102 • •
•
Todo módulo debe soportar 20 kbits/s Para más de 200m se recomienda el uso de optoacopladores Para longitud de más de 1 km se requiere bridge o repeater
33
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
DeviceNet Fabiana Ferreira •Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica
Qué es DeviceNet? Es un enlace de comunicación de bajo costo para conectar dispositivos industriales a una red y eliminar cableado costoso DeviceNet es una solución simple de •Fines de carrera comunicación en red que reduce el costo •sensores fotoeléctricos y tiempo para cablear e instalar •sensores inductivos dispositivos de automatización industrial, •válvulas al mismo tiempo que provee • arrancadores de motores intercambiabilidad de componentes •lectores de código de barras similares de distintos fabricantes • •
La especificación y el protocolo son abiertos
variadores de frecuencia •paneles e interfases operador
No hay que comprar licencias , HW o SW para conectar dispositivos La especificación se compra por u$s 250. Da licencia ilimitada para desarrollar productos. Cualquiera puede participar de ODVA
•
Basado en CAN Usa los chips CAN Standard 35
Capas OSI
ISO Layer 7 -Application ISO Layer 2 -Data Link
ISO Layer 1 -Physical ISO Layer 0 -Media
{
{ { {
Application Layer Data Link Layer Physical Signaling Transceiver Transmission Media
}
DeviceNet Application Layer Specification
} }
CAN Protocol Specification
DeviceNet Physical Layer Specification
36
Especificación DeviceNet Prestaciones del protocolo de comunicación - Peer-to- peer -Master-Slave -Productor- Consumidor -Hasta 64 MAC ID’s (nodos) cada nodo infinitas I/O
Modelo de Objetos -Cada nodo se modela con una colección de objetos - Un objeto provee una representación abstracta de un componente particular de un producto
Perfiles de Dispositivos para obtener interoperabilidad e intercambiabilidad entre productos similares •
Para Capa Física y medio la especificación define: topologías/ puesta a tierra/ Medios físicos/ Terminadores/ Distribución de potencia
37
Productos DN •
Hardware Interfaces para controladores Scanner Modulo de comunicación Gateway I/O distribuidas Interfases con otras redes Interfases para PC’s Sensores y actuadores Interfases operador
•
Software Monitores y gestionadores de red Herramientas de diagnóstico
•
Medio Físico 38
Medio Físico •
Señal y potencia (24VDC) en el mismo cable: Pares trenzados separados para para señal y potencia
• • • • •
Cable fino o grueso en cualquier tipo de tramo Los nodos se pueden conectar y desconectar sin desconectar la potencia. Se pueden adicionar derivadores (Tap ) de potencia en cualquier punto de la red: posibilidad de fuentes redundantes Se pueden conectar dispositivos con alimentación externa Terminador de 121Ω en cada fin de tronco
• •
Admite varias Topologías Básica : Tronco (trunk)- rama (drop line -spurs) 39
Distancias punta a punta
40
CAN y DeviceNet • •
usa sólo la data-frame de CAN Requisitos para que los controladores CAN sean compatibles con DN Deben soportar tramas de 11 bits Velocidades de 125, 250 y 500 kBauds múltiples objetos de mensajes ( buffers y centros de mensajes) Posibilidad de mascaras en la trama Debe soportar el protocolo de fragmentación de DN
41
Uso de CAN ID 11 bits 10
9
IDENTIFIER BITS 8 7 6 5 4 3
0
MAC ID
1
1
Group 3 Message ID
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0 HEX RANGE
IDENTITY USAGE
000-3ff
Message Group 1
400-5ff
Message Group 2
Source MAC ID
600-7bf
Message Group 3
Group 4 Message ID (0-2f)
7c0-7ef
Message Group 4
7f0-7ff
Invalid CAN Identifiers
0 Group 1 Msg ID 1
2
Source MAC ID Group 2 Message ID
1
1
•Hay 4 grupos de mensajes con distinta prioridad •Grupo1 y Grupo 3 para emisión •Grupo 2 : emisión y recepción
31 ID´s por cada nodo N
X
X
X
X
•Grupo 1: ID 0 a1023 •Para establecer quien y •Grupo 2: ID 1024 a 1535 cuando usa los ID´s •Grupo3: ID 1536 a 1983
•Total de ID´s: 2048 •Sobran: 64 ID´s
CONEXIONES 42
Master Slave predefinido • •
Es un conjunto de identificadores de conexión Los objetos de conexión están preconfigurados en el momento de inicializar el sistema Lo único que falta es que el maestro se declare propietario de las conexiones
• • •
Se utilizan mensajes del grupo 2 Permite usar 8 bits Permite usar todas la conexiones de I/O
10 0 0 0 0
9
1 1 1 1 1 1 1 1 1
0 0 0 0 0 0 0 0 0
IDENTIFIER BITS
8 7 6 Group 1 Message ID 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1
5
4
3
2
1
0
DESCRIPTION
Source MAC ID
Group 1 Source MAC IDSlave's I/O Change of State or CyclicMessage Messages
Source MAC IDSlave's I/O Bit-Strobe Response Message Source MAC Slave's I/O Poll Response Message ID Group 2 Group 2 Messages MAC ID Message ID Source MAC ID I/O Bit-Strobe Command Message 0 0 Master's 0 Source MAC ID for Master's Use -- Use is TBD 0 0 Reserved 1 Source MAC ID of state/cyclic acknowledge msgs 0 1 Master'sChg 0 Source MAC ID Slave's Explicit Response Messages 0 1 1 Destination MAC ID Connected Explicit Request Messages 1 0 Master's 0 Destination MAC ID I/O Poll Cmd/Chg of State/Cyclic Msgs 1 0 Master's 1 Destination MAC ID 1 1 Group 0 2 Only Unconnected Explicit Req.. Msgs 43 Destination MAC ID 1 1 1Duplicate MAC ID Check Messages
Fragmentación
• Para mensajes más largos de 8 bytes • Se incluye 1 byte de protocolo de fragmentación tanto en mensajes de I/O como explícitos
44
Control and Information Protocol (CIP)
• •
Modelo Objetos protocolo de mensajería perfiles de dispositivos Servicios Gestión de datos
• • •
• • •
Figura 11 de CIP White paper
CIP es un protocolo orientado a conexión Una conexión CIP provee un camino entre múltiples aplicaciones Cuando una conexión se establece , se le asigna a la transmisiones asociadas un conexión Id (CID) si es unidireccional o dos CID si es bi direccional 45
Modelo de Objetos • Cada nodo se modela como una colección de objetos representación abstracta de un componente particular dentro de un producto lo que no está descripto como objeto no es visible a través del CIP
46
Tipos de conexiones Conexiones de I/O o de mensajería implícita proveen caminos dedicados entre una aplicación productora y una o más aplicaciones consumidoras Para datos orientados a control, de tiempo crítico.
• De mensajería explícita Provee un camino punto a punto multipropósito entre dos dispositivos Tipo REQ-ANS 47
Objetos aplicación Register Object Discrete Input Point Register Object Discrete Input Point Object Discrete Output Point Object Analog Input Point Object Analog Output Point Object Presence Sensing Object Group Object Discrete Input Group Object Discrete Output Group Object Discrete Group Object Analog Input Group Object Analog Output Group Object Analog Group Object Position Sensor Object
Position Controller Supervisor Object Position Controller Object Block Sequencer Object Command Block Object Motor Data Object Control Supervisor Object AC/DC Drive Object Overload Object Softstart Object Selection Object S-Device Supervisor Object S-Analog Sensor Object S-Analog Actor Object S-Single Stage Controller Object S-Gas Calibration Object Trip Point Object 48
Perfiles de dispositivos •
Todos lo dispositivos del mismo tipo deben tener una identidad común e igual modo de comunicación . Interoperabilidad e Intercambiabilidad Definición del los Definición del modelo Definición del formato parámetros de objetos de datos de I/O configurables y de las •Esquema con tipo y •Definición del objeto interfaces públicas cantidad de objetos de ensamblado a esos parámetros •Como cada objeto –Dirección de •Esta información se modifica el comporlos componentes incluye en la EDS tamiento de datos deseados •Interfases de cada objeto
49
Perfiles de dispositivos definidos •
Los desarrolladores de dispositivos deben usar un perfil Si un dispositivo no cae en un perfil especializado debe usar el perfil de dispositivo genérico o el especifico de fabricante El perfil usado y que partes de él están implementados debe ser descripto en la documentación usuario del dispositivo
•
Cada perfil consiste en un conjunto de objetos Define uno o más formatos de I/O incluyendo el significado de cada bit o byte en la trama Generic Device AC Drives Motor Overload Limit Switch Inductive Proximity Switch Photoelectric Sensor General Purpose Discrete I/O Resolver Communication Adapter ControlNet Programmable Logic Controller -- Position Controller
DC Drives Contactor Motor Starter Soft Start Human Machine Interface Mass Flow Controller Pneumatic Valves Vacuum Pressure Gauge ControlNet Physical Layer 50
Electronic Data Sheet (EDS) Archivo ASCII Provee una descripción de los atributos del dispositivo Atributos públicos correspondientes al perfil de dispositivo Atributos específicos del fabricante
PERFIL DE VARIADOR CA A-B Según perfil de start/stop Dispositivo fwd/rev accel/decel Adicional Fabricante
A-B eng. units power calc.
Mitsubishi start/stop fwd/rev accel/decel
Magnetek start/stop fwd/rev accel/decel
Mitsubishi foreign lang. temp. calc.
Magnetek (none) 51
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
FOUNDATION Fieldbus
Fabiana Ferreira •Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica
Fieldbus Control System (FCS)
53
Distribución del Control DCS with AMS
Fieldbus Host
I.S.
Controller
Fieldbus I/O Subsystem
AMS System
HF
HF
HF
I.S.
I.S.
I.S.
4-20 mA + HART I.S. = Intrinsically Safe AI = Analog Input AO = Analog Output PID = Proportional Integral Derivative Controller
54
FF y el modelo OSI
55
Redes FF •
H1 - Baja velocidad para control de procesos
•
(Reemplaza la tecnología 4-20 mA) • • • •
•
HSE - Alta velocidad para supervisión y otros niveles 100 Mbit/s HIGH SPEED ETHERNET
31.25 Kbit/s Alimentación por el bus Opción Seguridad Intrínseca Hasta 1900 metros
56
Niveles de señal
57
Codificación
58
Partes de la trama
59
Conexiones físicas
• TOPOLOGÍAS Bus con derivaciones Punto a punto Daisy-Chain Árbol
• Alimentación
• Dispositivos 32 dispositivos con alimentación separada. 12 dispositivos alimentados por el bus, más una interface. 4 dispositivos por barrera Intrínseca. • pueden conectarse o desconectarse en funcionamiento.
9-32 VDC Filtro adaptador de impedancia permite la utilización de fuentes convencionales • Regula la tensión en el fieldbus, para mantenerla estable ante la conexión y desconexión de dispositivos • • • •
18 +/-2 V., salida 300 mA. Terminador incluído. Montaje en riel o panel. 60 Indicación de falla
Limitaciones
61
• Por Arbitraje controlado : Link Active Scheduler (LAS) o Arbitrador de Bus
• Determinístico y centralizado • Dos tipos de dispositivos: Básicos: no pueden ser LAS Link Master ( pueden ser LAS)
• Dos tipos de comunicaciones: cíclica o sincrónica (scheduled) aciclica o asincrónica( unscheduled)
• Modelo Editor-Suscriptor (publisher-Suscriber)
MAC
• LAS • Gestión Comunicación cíclica : con lista de los datos cíclicos Variable Periodicidad Tipo (ms) A 5 INT-8
Tiempo (microseg) 170
B
10
INT-16
178
C
15
OSTR-32 418
D
20
UNS-32
E
30
SFPOINT 290
194
• Pasaje del Token • Mantenimiento Live List • Sincronización de tiempo La comunicación cíclica es la tarea prioritaria Las demás tareas se hacen en el tiempo que 62 queda libre entre intercambios cíclicos
Comunicación Comunicación cíclica
Comunicación acíclica
63
•
Scan del LAS
Si el LAS cae, alguno de los otros nodos Link Master se convierte en LAS: BLAS (Backup LAS)
• Sincronización temporal •
•
Periódicamente el LAS distribuye un mensaje Time Distribution (TD ) para que todas las estaciones se sincronicen
Lista de vivos (Live List) • Incluye todos los dispositivos que responden al PT ( si luego de tres intentos no responden se los saca de la lista) • Periódicamente se manda un mensaje de prueba de nodo (PN) • Si la estación emite una respuesta (Probe Response- PR), se agrega a la64lista.
Fieldbus Access Sublayer • Los servicios de la FAS son descriptos por VIRTUAL COMMUNICATION RELATIONSHIPS (VCRs) •
CLIENTESERVIDOR pto a pto por colas
1- El cliente recibe el PT y envia la REQ 2-El servidor envia la ANS cuando recibe el PT • Uso: para ajustes de variables y gestión de alarmas
•
DISTRIBUCION DE REPORTES uno a muchos
1- Cuando el emisor recibe el PT, envía el reporte a una “dirección de grupo” 2-Los nodos de ese grupo reciben el reporte. • Uso: notificaciones para HMI
•
EDITORSUSCRIPTOR uno a muchos por buffer
1- El CD puede ser gestionado por el LAS o por una estación suscriptora con el Token • Uso: Datos de control
65
Capa Usuario
• La aplicación del usuario accede a la red mediante bloques que representan diferentes funciones de aplicación • Bloque de recursos: Describe características del dispositivo:Nombre, fabricante, numero de serie Uno por dispositivo
• Bloques Función (FB)
Definen la estrategia de control Sus I/O se vinculadan en el bus Su ejecución está “scheduled” Varios FB en una UA
• Bloques Transductores Uno por cada bloque de I/O :.(Fecha de calibración/ Unidades de conversión/ 66 Precisión
Bloques función • Las funciones de un dispositivo se determinan por los FBs
67
Ejemplo estrategia de control
68
Descripción de Dispositivos (DD) •
Se utiliza para agregar a los bloques función Standard parámetros y definiciones de comportamiento. Provee una descripción extendida de cada objeto en un VFD Provee información al sistema de control o al host para interpretar los datos del VFD Es como un “driver” para conectar el dispositivo
•
Estan escritos en un lenguaje denominado Device Description Langage (DDL) Se convierten con una herramienta de soft llamada “tokenizer” 69
Scheduling de bloques función • •
Para generar los schedules de los FB y el LAS se utiliza una herramienta de implementación. Macrociclo: es una ocurrencia del schedule completo para cada dispositivo Bloque AI (Transmisor)
Offset desde el tpo de arranque 0
Comunicación AI (LAS)
20
PID (valvula)
30
Ao (válvula)
50
70
Macrociclo
71
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
PROFIBUS P R O C E S S F IE L D B U S
Fabiana Ferreira •Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica
Rango de aplicación • Red abierta para procesos ( Process Fieldbus) • 3 protocolos: • • Decentralized Peripheral (DP) • Field Messaging Specification (FMS) • Process Automation (PA)
1987 : proyecto para fieldbus único -Alem. Siemens, RobertBosch y KlocknerMoeller, ...
•
FMS se emitió en 1990, DP en 1993 y PA en 1995 Asociaciones de usuarios •
• •
16 grupos regionales unidos bajo PROFIBUS International -PI PROFIBUS Nutzer Organization (PNO) PROFIBUS Trade Organization (PTO) U.S. 73
Comunicación • Maestros o estaciones activas Pilotean la transmisión de datos Un maestro puede emitir libremente cuando posee el token
• Esclavos o estaciones pasivas Equipos periféricos ( bloc de E/S, válvulas, actuadores) No tiene derecho por sí mismos a acceder al bus Adquieren mensajes emitidos por otros o transmiten a requerimiento del maestro
Tres opciones para Medio Físico: RS-485 Fibra óptica IEC 1158-2
74
Capa Física con RS485
Hasta 32 nodos sin repetidores en un único segmento Extendible a 127 nodos con repetidores Distancias hasta 12 km 9.6 kbit/sec (1200 m), 1.5 Mbit/sec (200 m), 12 Mbit/sec (100 m) Usa conectores Standard de 9-pin D • Dispos. Trunkline/Dropline Dispositivos aislados • • • •
Max segment Max segment Baud Rate length in meters length in feet
9.6K 19.2K 93.75K 187.5K 500K 1.5M 3M 6M 12M
1200 1200 1200 1000 400 200 100 100 100
3900 3900 3900 3250 1300 650 325 325 325
A maximum of 9 RS-485 repeaters can be connected in series, but the use of more than 3 repeaters in series is not recommended
Tiene terminadores en cada extremo del bus. cable type-A :• Impedance: 135 to 165 ,• Conductor area > 0,34 mm² El blindaje debe ser conectado a masa mecánica en cada extremo Los conectores pueden retirarse y conectarse sin interrumpir el intercambio 75 de datos
Fibra óptica • Tipos de conductores disponibles
• • • • •
Permite mayores distancias con mayores velocidades Evita problemas de EMI Segmentos en estrella o anillo Hay fabricantes que permiten la redundancia Existen acopladores RS485- FO 76
Capa Física PA- IEC 1158-2
Instrum. p/ acoplador • 9 (Eex) • 32 (no ex)
•
Acopladores de segmento: son convertidores de RS485 a IEC 1158-2 transparentes al protocolo Su utilización limita la velocidad máxima del segmento a 93.75 kBits/s
•
Acopladores de Enlace: Agrupan el conjunto de aparatos del segmento en un único esclavo RS485 La velocidad del segmento no está limitada 77
•
Hasta 32 nodos por segmento
PA
Se extiende hasta 126 nodos con 4 repetidores
•
Velocidades 31.25 Kbits/sec, 1.0Mbits/sec and 2.5Mbits/sec 31.25 Kbits/sec permite seguridad intrínseca
• • • •
Doble par trenzado (blindado y no blindado) Varias topologías Seguridad intrínseca definida por modelo FISCO Para seguridad intrínseca una derivación puede tener como máximo 30 m
Longitud de línea
78
Profibus DLL (FDL) • DP, FMS y PA usan FDL ( Field Data Link layer) • Requerimientos: Comunicación entre dispositivos complejos con suficiente tiempo para ejecutar sus tareas Comunicación rápida para dispositivos de I/O sencillos
• Funciones de la FDL MAC, Seguridad de datos, Gestión de protocolos y telegramas de transmisión
Servicios ofrecidos por la FDL
79
MAC • • •
Token ring:Reservado para estaciones complejas Acceso de cada master al bus por lo menos una vez cada cierto tiempo (config) Maestro- esclavo: Permite al maestro con el token acceder a sus esclavos para enviarles mensajes o leer sus mensajes. Logical Token Ring PROFIBUS Master
PROFIBUS Master
PROFIBUS Master
Maestro esclavo puro maestro-maestro puro (token) híbrida Passive Stations (Slave Devices)
80
Características DP •
Destinado a comunicaciones cíclicas e intercambios rápidos, entre controladores de celda 1 ms (a 12 Mbits) para (PLC o PC) o sistemas de supervisión y periferia transmitir 512 bits de entrada descentralizada. y 512 bits de salida a 32 • Funciones de base y Funciones extendidas estaciones Transmisión de todas las entradas salidas en un sólo ciclo Se transmiten los datos con el el servicio SRD
• Velocidad:
• Diagnóstico: a través de mensajes dedicados Diagnóstico de estación Diagnóstico de módulo Diagnóstico de una vía 81
Configuración del sistema DP
• Máximo de estaciones servidas: 126 • Tres tipos de equipos: Maestro DP clase 1 (DPM1) Controlador de celda que intercambia información periódicamente con esclavos Maestro DP clase 2 (DPM2) Herramienta de desarrollo o configuración Esclavo Aparatos con E/S Máximo de E/S: 244 entradas y 244 salidas
• DP puede funcionar en modos: monomaestro multimaestro
•
Mono maestro Un único controlador controla el intercambio con los esclavos Tiempo de ciclo ultra corto
•
Multi maestro Varios maestros comparten el bus Puede haber varias sub redes independientes cada una dependiendo de un master DPM1 Las E/S de los esclavos pueden ser leídas por todos los maestros Un sólo master (DPM1) puede escribir las salidas 82
Configuración monomaestro
•
Estado del sistema = estado DPM1 Stop: no hay transmisión entre el DPM1 y los esclavos Clear: DPM1 lee las entradas de los esclavos y mantiene sus salidas en seguridad positiva Operate: DPM1 en fase de transferencia en transmisión cíclica
• •
DPM1 transmite periódicamente su estado a todos los esclavos Cuando un esclavo no está en condiciones de transmitir DPM1 pasa a Clear (si el parámetro auto-clear es verdadero)
83
Transmisión cíclica
• •
En la configuración el utilizador afecta o no cada esclavo a DPM1 Etapas de transmisión: parametrización configuración transferencia de datos
•
El utilizador puede reparametrizar los esclavos a través de DPM1 84
Funciones DP Extendidas •
•
•
•
Permiten la transmisión acíclica de datos Permite utilizar una herramienta de desarrollo (DPM2) sin perturbar la red Se utilizan para la explotación en línea de instrumentos PA Se debe aumentar el tiempo de token para que el maestro pueda ejecutar los dos tipos de intercambio Funciones: Direccionamiento de datos por numero de ubicación e índice Transmisión acíclica de datos Longitud máxima del bloc de datos : 244 bytes 85
PROFIBUS FMS Se utiliza para la comunicación a nivel de célula entre API y PC Privilegia la riqueza funcional y no el tiempo de respuesta Unifica procesos de aplicación repartidos en un único proceso común utilizando relaciones de comunicación. Dispositivo de campo virtual (VFD): Parte de una aplicación (en un dispositivo de campo) accesible a la comunicación
Perfiles aplicativos • Perfiles Aplicativos Describen la interacción de los perfiles de comunicación y perfiles físicos en ciertas aplicaciones o equipos: Automatización de procesos Gestión de edificios Control de velocidad Encoders Definen el comportamiento de los equipos de campo en el bus Profibus PA: describe los parámetros y los bloques función de instrumentos de procesos ( transmisores, válvulas, posicionadores) Variación electrónica HMI
87
Perfil PA • •
Para automatización de procesos: utiliza el soporte físico IEC 61158-2 Define Parametrización y comportamiento de instrumentos independientemente del fabricante Descripción de funciones y comportamiento del instrumento Bloques función
Comunicación con funciones de base DP Instrumentos se comunican en forma cíclica con un master DPM1 En forma acíclica con DPM2 •
Definiciones aplicativas Unidades de valor de medida Significado de los valores de estado
•
Especificaciones independientes del instrumento: Unidad de medida Alcance mínimo y máximo
•
Posibilidad de simular los valores en el transmisor de medida.
88
Parámetros de transmisor
89
•
Se compone de
Perfil PA
Una especificación general Contiene las definiciones aplicables al conjunto de instrumentos Fichas técnicas de equipos Informaciones propias de cada tipo de instrumento Equipos: Captadores de presión, nivel, temperatura y caudal, Entradas y salidas analógicas y TON, Válvulas , posicionadores, analizadores
• •
Bloques función PA
Representan funciones usuario Se complementan con dos bloques sobre el equipamiento: Bloque transmisor Datos propios de la aplicación , como por ej. Parámetros de reglaje Bloque físico Identidad del equipo: nombre, fabricante, versión , número de serie
• •
Los parámetros de entrada y salida de los bloques pueden ser enlazados por el bus Una aplicación contiene varios bloques función integrados en el instrumento 90
Perfil seguridad (PROFISafe) •
Define la conexión de equipos de seguridad (paradas de emergencia , barreras , enclavamientos ) a los automatismos programables Para alcanzar niveles SIL 3 o AK6 ( categoría 4 )
• •
Acepta cualquier capa física Tiene en cuenta todos los errores que se pueden filtrar en una transmisión serie Repetición, pérdida, error de secuencia, retardo, corrupción de datos
•
Define mecanismos complementarios de seguridad Numeración de tramas, seguimiento temporal con ACK, identificación fuente destino, control de redundancia cíclica, monitor SIL 91
Archivos GSD
•
Especificaciones generales Fabricante, versión, velocidades posibles, afectación de señales
•
Especificaciones para estaciones maestras Numero máximo de esclavos, posibilidades de carga remota
•
Especificaciones en los esclavos Numero y tipo de vías de E/S Definición de mensajes de diagnóstico
92
Facultad de Ingeniería Universidad de Buenos Aires
ControlNet
Fabiana Ferreira •Laboratorio de Electrónica Industrial- Dto. de Electrónica
Características • •
Red simple y de instalación económica Ofrece instalación flexible Soporta cualquier topología ( bus, estrella, árbol) Los taps se pueden conectar en cualquier punto de la red
• •
Redundancia de medio físico de bajo costo Combina intercambio de I/O cíclico con mensajería peer-to peer Ej: 32 nodos con 8 bits I/O en 2 ms
• • •
permite configuración y carga y descarga de programas on line Modelo Productor- Consumidor Sincronización con precisión de 10 ms
•
Máximo 99 nodos
•
Desarrollada por Rockwell Automation/Allen-Bradley y introducida en Noviembre 1995 Disponible para terceros en Diciembre 1996 Formación de Asociación independiente en Mayo 1997 Especificación ControlNet International Norma IEC 61158 tipo 2
• • • •
94
Posicionamiento
95
Protocolos
96
• Medio Físico •
Capa Física
Tres variantes: RG6 ( cable TV) coaxial con conectores BNC en bus Fibra óptica en punto a punto NAP (Network Acces Port ): conexión local RS422 que permite acceso temporal par instalación, programación y mantenimiento.
•
RG6 y coaxil permiten seguridad intrínseca
• •
Hasta 99 nodos Distancias: 1000 m con dos nodos 250 m con 48 nodos 25 km con repetidores
• • •
5 Mbits/s Codificación Manchester Paquetes incluyen CRC de 16 bits 97
Arquitectura • hardware Controladores (PLC, PC) Terminales de programación Terminales operador Racks de I/O
• Software de programación herramientas de configuración de interfase operador
98
Acceso al medio •
CTDMA ( Concurrent Time Domain Multiple Acces) División de tiempo en ciclos repetitivos denominados NUT (Network Update Time) . 2 a 100 ms
•
Cada nodo accede al medio dentro del NUT mediante un token Los nodos acceden al medio y difunden sus datos Si no tiene nada que transmitir mandan un trama null No hay arbitrador central: todas las estaciones están sincronizadas Rotación de token por Round Robin Si se pierde el token el nodo con el siguiente MACID retoma
99
MAC • Comunicación asincrónica: Se realiza en el intervalo que queda libre en el NUT después que todas las estaciones se pasaron el token una vez Al final del NUT hay un periodo para sincronización “Guardband”
• NUT Tiene tres partes: intercambio cíclico : NUI ( Network Update Interval) cada nodo tiene oportunidad de transmitir una vez en esta parte intercambio acíclico mecanismo round robin la rotación se repite hasta que alcanza el tiempo – determinado por la carga de tráfico cíclico y el tiempo de NUT – Se garantiza que al menos 1 nodo pueda transmitir
mantenimiento: el nodo de menor dirección transmite trama de sincronización 100
Tramas MAC •
Para incrementar la eficiencia, los diversos paquetes de datos (Lpacket) provenientes de la aplicación se ensamblan dentro del nodo en una trama MAC • Los paquetes de datos no contienen dirección de emisor y receptor sino sólo un CID ( Connection ID): Modelo Productor Consumidor
101
Capas superiores • • • •
Usa el modelo objetos de DeviceNet (CIP) Requiere una conexión formal entre entidades Conexiones: peer-to-peer/ multicast data trigger: cíclico/ cambio de estado/ strobe/ Pool
•
Modelo objetos : igual que DeviceNet + tres objetos específicos Control Net Object ( por DN Object) ControlNet Keeper Object: contiene información sobre estructura de toda la red ControlNet Scheduling Object
Otros Objetos Control Net Object
102
ControlNet •
4 tipos de dispositivos desde el punto de vista de transmisión: Servidores de mensajería explícita Sólo pueden responder a mensajes explícitos Servidores de mensajes de I/O ( o adaptadores) No pueden iniciar conexiones de I/O Una vez iniciadas las conexiones de I/O pueden enviar mensajes múltiples de I/O con diferentes triggers Adaptadores con clientes de mensajería explícita dispositivos full (scanners):
• Gestión de red • Provee re-scheduling dinámico cada nodo tiene una copia de los parámetros de enlace e información de scheduling propia Nodos específicos (Keeper nodes) tienen una copia del scheduling y parámetros globales Keeper primario : asegura la consistencia general de la configuración en arranques y reconfiguraciones on line Keepers secundarios: son backup del primario
103
View more...
Comments
