Profibus

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Profibus
Présentation
Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France
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Profibus
Profibus - réseau de terrain
Club profibus
http//www.profibus.com
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Profibus

• Profibus est un réseau de terrain, adapté à
  l'atelier, avec des passerelles vers Ethernet
  TCP/IP
• Supports RS485, Fibre Optique, CEI 1158-2
• Ouverture vers le réseau AS-i

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Profibus
Spécifications
Profibus Réseau de terrain ouvert, non
propriétaire - Normes Européennes EN 50170 et EN
50254 - Norme Internationale IEC 61158
2 protocoles ou profils de communication - DP
pour la communication de base - FMS pour la
communication entre entités intelligentes

• 3 supports de transmissions physiques
• Câble cuivre paire différentielle RS485
• CEI 1158-2
• Fibre optique

Ouverture vers TCP/IP
Les profils applicatifs définissent des règles de
communication pour différents types d'équipements
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Profibus
Profils
Application
Liaison
Physique

• Profil DP
• Le plus répandu, rapide
• Dialogue entre automatismes et périphérie
  décentralisée
• Profil FMS
• Profil universel, communication évoluée
• Remplacé peu à peu par TCP/IP

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Profibus
Architecture de communication
Modèle ISO
Couche 7 Application
Couche 3 à 6 vides
Couche 2 Liaison
Couche 1 Physique
Profibus est basé sur le modèle OSI de
communication à 7 couches seules les couches 1
Physique, 2 Liaison et 7 Application sont
utilisées
Les profils DP et FMS sont utilisés
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Profibus
Profils DP et FMS
Profil DP - Profil qui n'exploite que les 2
couches basses et l'interface utilisateur -
Rapide et efficace - L'adaptateur DDLM (Direct
Data Link Mapper) facilite l'accès de l'interface
utilisateur à la couche 2 Profil FMS - Met en
œuvre les couches 1, 2 et 7 du modèle ISO. -
Contient la messagerie FMS (Fieldbus Message
Specification) - Fournit un ensemble de services
de communication entre maîtres et entre Maîtres /
Esclaves
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Profibus
Mode d'accès DP
Éléments Maîtres - Stations actives qui pilotent
la transmission des données sur le réseau. -
Peuvent librement émettre des données sous
réserve d'avoir l'accès au bus Éléments
esclaves - Stations passives ou équipements
périphériques qui n'ont pas droit d'accéder au
bus. - Leur action se limite à l'acquittement des
messages reçus et à la transmission de messages
sur demande du maître - Elles n'exploitent qu'une
partie minime du protocole
Maître
Esclave
Esclave
Esclave
Esclave
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Profibus
Supports Physiques
Câble normalisé Profibus RS485
Liaison RS485 adaptée aux application
industrielles
Débit de 9,6 Kb/s à 12 Mb/s
Liaison CEI 1158-2 adaptée au process
(environnement explosif)
Fibre optique, excellente immunité aux parasites
et longues distances
Fibre optique
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Profibus
Débit (Kb/s) 9,6 19,2 93,75 187,5 500 1.500 12.0
00 Distance/segment (m) 1.200 1.200 1.200 1.000
400 200 100
Transmission RS485
Connecteur préconisés en IP65/67
Support privilégié de Profibus Débits de 9,6
Kb/s à 12 Mb/s Raccordement linéaire de 32
stations maxi par segment Résistances de
terminaison Répéteurs possibles entre
segments 126 stations maxi avec
répéteurs Connecteurs Sub-D9 en
IP20 Connecteurs préconisées en IP65/67
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Profibus
Transmission CEI 1158-2
Vitesse fixe à 31,25 Kb/s, sur câble paire
différentielle Pour les industries chimiques et
la pétrochimiques Conforme à la norme CEI
1158-2 Adapté pour les atmosphères explosives
Mode sécurité Intrinsèque et antidéflagrant Mod
èle FISCO () - Fieldbus Intrinsically Safe
Concept
Spécifications du câble de référence CEI 1158-2
6 grands principes régissent la transmission CEI
1158-2 FISCO - Chaque segment possède une seule
source d'énergie, l'unité d'alimentation -
Aucune énergie ne transite sur le bus lorsqu'une
station émet - Chaque instrument de terrain
consomme un courant de base constant, en régime
établi - Les instruments se comportent comme des
collecteurs de courants passifs - La terminaison
de ligne passive est réalisée à chaque extrémité
du câble bus principal - 3 topologies sont
admises linéaire, arborescente et en étoile
() Le modèle FISCO a été élaboré par
l'institut de physique allemand Physikalisch
technische Bundesansalt
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Profibus
Transmission CEI 1158-2
Exemple d'installation d'instruments de terrain
en télé alimentation sur PROFIBUS en transmission
CEI 1158
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Profibus
Transmission Fibre optique
S'impose dans 3 cas - Environnements
électromagnétiques perturbateurs - Assurer une
parfaite isolation électrique - Augmenter le
débit du réseau
Type de fibre portée Verre multimode moyenne - 2
à 3 Km Verre monomode longue - supérieure à 15
Km Plastique Courte - Inférieure à 80
m PCH/HCS Courte - inférieure à 400 m
Exemple de convertisseur RS232-485 / Fibre
optique
Fibre optique
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Profibus
Méthodes d'accès FMS sur Profibus
- La communication intermaître repose sur la
méthode du jeton (FMS) - La communication entre
Maîtres et esclaves repose sur le mode
Maître/esclaves (DP)
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Profibus
Méthodes d'accès sur Profibus
La méthode du jeton FMS - Réservé aux échanges
entre stations complexes - Garantit l'accès de
chaque maître au bus au moins une fois dans un
temps donné - Passage d'un jeton donnant un droit
de parole - Topologie en anneau avec chaînage des
stations La méthode Maître/esclave DP - Le
maître détenant le jeton d'accéder aux esclaves -
Envoi de messages permettant de lire ou d'écrire
des valeurs Cette méthode d'accès permet - Une
configuration Maître - Esclave - Une
configuration Maître - Maître - Une configuration
hybride
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Profibus
Modèle ISO
Couche 7 Profils de
communications DP et FMS
FDL Field Data Link
Couche 2
MAC Medium Access Control
Couche 1
Les deux profils de communication DP et FMS
mettent en œuvre un protocole d'accès uniformisé
géré par la couche 2 du modèle ISO FDL se
charge de la sécurisation des données et de la
gestion des protocoles et des télégrammes de
transmission
Couche 2 - sous-couche FDL
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Couche 2 - sous-couche MAC
La méthode d'accès est assurée par la sous-couche
MAC (Medium access Control) qui veille au partage
du canal de communication en garantissant qu'une
seule station a le droit d'émettre à un instant
donné

• Profibus répond à deux exigences fondamentales de
  la méthode d'accès MAC
• Assurer que tout automatisme complexe (maître)
  connecté au réseau dispose d'assez de temps pour
  effectuer ses tâches de communication dans le
  délai imparti
• Assurer une transmission cyclique, temps réel,
  extrêmement simple et rapide, entre un
  automatisme complexe (maître) et les équipements
  périphériques qui lui sont attachés (esclaves)

MAC détecte les défauts du support de
transmission et du récepteur de ligne, ainsi que
les erreurs d'adressage (multiple affectation) ou
de passage de jeton (multiple possession ou perte
du jeton)
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Profibus
rappels
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Profibus
Vitesse
Indications de temps de cycle du bus dans une
configuration DP monomaître
Diagnostics
DP permet de localiser rapidement les défauts à
l'aide de messages dédiés émis sur le bus et
renvoyés au maître. On distingue 3 niveaux de
messages - Diagnostic de station Renseigne
sur l'état global d'une station. - Diagnostic de
modules Signale l'attente d'un diagnostic sur
une gamme données d'E/S d'une station. -
Diagnostic de voie Précise la cause du défaut
sur un bit d'E/S
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Profibus
Types d'équipements DP
DP peut fonctionner en mode monomaître et en mode
multimaître. Le bus dessert au maximum 126
équipements, maîtres ou esclaves. Chaque réseau
peut héberger 3 types d'équipements Maître DP
de classe 1 (DPM1) Contrôleur de cellule (API ou
PC) échangeant périodiquement des informations
avec les esclaves déportés, dans un cycle de
message paramétré. Maître DP de classe 2
(DPM2) Outil de développement, de configuration
ou de conduite, qui sert à la mise en service, à
la maintenance et au diagnostic du réseau
paramétrage des équipements raccordés, analyse
des valeurs de mesure et de paramètres et
demandes d'informations sur l'état de
fonctionnement des équipements. Esclave C'est un
organe périphérique qui, en entrée, collecte des
informations et, en sortie, les envoie aux
périphériques. Le volume des E/S dépend du type
d'équipement. Profibus autorise un maximum de 244
octets en entrée et 244 octets en sortie.
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Profibus
Configuration DP
En configuration monomaître 1 seul maître gère
tous les esclaves. - Les cycles de dialogues sont
très courts. - D'autres maîtres peuvent lire (et
simplement lire) les données de ces esclaves En
configuration multimaître, plusieurs maîtres se
partagent le bus - Les maîtres gèrent des
sous-réseaux indépendants, chacun constitué d'un
maître DPM1 et d'esclaves - Équipements de
configuration et de diagnostics supplémentaires.
Le réseau DP en configuration monomaître
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Comportement du système DP
DPM1 Contrôleur de cellule
3 états principaux
OPERATE DPM1 est en cycle de transfert.
Transmission cyclique Lecture / écriture des
E/S des esclaves
Si erreur sur le bus
STOP Pas d'échanges entre DPM1 et les esclaves
CLEAR DPM1 lit les entrées des esclaves et
maintient leurs sorties en sécurité positive
Transmission des données
Transmission cyclique des données entre DPM1 et
les esclaves - Automatique, prise en charge
par DPM1, dans un ordre établi et répétitif La
transmission se déroule en 3 temps -
Paramétrage - Configuration - Transfert cyclique
permanent
DP compare la configuration réelle à la
configuration théorique - type d'équipement,
format, longueur de l'information et nombre d'E/S.
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Profibus
Comportement du système
DP
Les 2 trames de transmission cyclique de données
utilisateur dans DP
L'état des esclaves est surveillé périodiquement
par des mécanismes de surveillance qui sont
implantés aux niveau du maître et des esclaves
sous forme temporelle. L'intervalle de
surveillance est fixé à la configuration.
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Profibus
Modes Synchro et Freeze
DP
DPM1 envoie de façon cyclique les trames de
données Il peut aussi envoyer des commandes - à
un seul esclave - à un groupe d'esclaves en même
temps - à la totalité des esclaves en même temps
(multidiffusion) Ces commandes utilisent 2 modes
- Synchro - Freeze
Mode Synchro
Mode Freeze
DPM1
DPM1
Le cycle freeze prend fin sur une commande
Unfreeze
Le cycle de synchronisation prend fin sur une
commande Unsync
Esclaves
Esclaves
Toutes les sorties sont gelées dans leur état
présent
Toutes les entrées sont gelées dans leur état
présent
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Profibus
Surveillance
L'état des esclaves est surveillé périodiquement
par des mécanismes de surveillance qui sont
implantés aux niveau du maître et des esclaves
sous forme temporelle. L'intervalle de
surveillance est fixé à la configuration.
Côté Maître
Si erreur de transmission, DPM1 passe à l'état
CLEAR
Demande attendue, recharge du Watch-dog
Limite
Côté Esclave
t
Chien de garde Watch-dog
Bascule les sorties en sécurité positive
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Adressage par Index et N d'emplacement
0
244 octets maxi par station
DPM1
1.0 1.1 1.2 1.3 1.4
Équipement de base
Module Module Module
Module
INDEX
2.0 2.1 2.2
Esclaves
Numéro d'emplacement
3.1 3.2 3.3 3.4
Station
Une station est composée d'un équipement de base
(accès au bus) et de modules E/S Ils sont
numérotés par Index et Numéros d'emplacements
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Profibus
Adressage et trame
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Profibus
Profil FMS
FMS est réservé à la communication évoluée au
niveau cellule, c'est-à-dire au dialogue entre
automatismes (API et PC) Sa couche application
(couche 7) est constituée de - La messagerie
FMS Fieldbus Message Specification - Interface
LLI Lower Layer Interface
L'unification est réalisée au moyen de relations
de communication - équipement de terrain virtuel
VFD Virtual Field device
Tous les objets figurent dans le dictionnaire
d'objets - Object Dictionnary
Les Objets de Communication Statique sont -
Variable simple - Tableau - Structure - Domaine -
évènements
L'adressage logique s'effectue par un index 16
bits
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Profibus
Services FMS
Les services FMS sont un sous-ensemble de la
messagerie MMS Manufacturing Message
Specification, normalisée ISO 9506
2 types de services - Confirmés mode
connecté - Non Confirmés diffusion générale et
sélective
7 groupes de services - Gestion du contexte -
Accès aux variables - Gestion du domaine -
Gestion des appels de programme - gstion des
évènements - Support VFD - Gestion du
dictionnaire OD
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Profibus
Service FMS Confirmé
Read.req (index20)
Read.con valeur de mesure
Client
Demande
Réponse
Serveur
Index20 Variable de capteur température
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Profibus
Fichiers GSD
Les fichiers GSD contiennent les informations de
configuration du réseau de chaque esclave Il
permet une configuration simple et rapide du
maître
Spécifications générales Nom fournisseur,
désignation équipement, versions matérielles et
logicielles, durée des intervalles de
surveillance, affectation des signaux sur le bus
Spécifications réservées au maître Nombre maxi
d'esclaves, configuration
Spécification esclaves Nombre et types de voies
E/S, définition des messages de diagnostics.
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Profibus
Versions DP-V1 DP-V2
DP-V1 extension communications acycliques,
exécutées en parallèle avec la communication
cyclique
DP-V2 Communication directe entre esclaves en
communication "broadcast"
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Profibus
Evolution vers TCP-IP
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Profibus
Exemple de temps de communication
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Fin de présentation
Merci de votre attention
Patrick MONASSIER Université Lyon 1 France