Sistemi per l automazione industriale

Transcript

1 Corso: Sistemi per l automazione industriale PROFIBUS Ing.. Stefano Maggi Dottore di Ricerca Dipartimento di Elettrotecnica giovedì 19 gennaio 2006

2 Le famiglie di PROFIBUS PROFIBUS: PROcess FIeld BUS Profibus-DP (Dezentrale Pheripherie): è stato sviluppato dalla Siemens prevalentemente per estendere il campo applicativo di Profibus all ambito dei sensori/attuatori. Dal 1993 è disponibile la Norma DIN parte 3. Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification): è il risultato di un progetto congiunto promosso dal Ministero tedesco per la Scienza e Tecnica con queste principali aziende: Bosch, Siemens e Moller. La specifica Profibus, emessa nel 1990, è stata recepita un anno dopo nella Norma DIN parti 1e 2. Profibus-PA (Automazione di Processo): nasce per merito di Siemens (e di altre aziende) per migliorare la sicurezza intrinseca e l interfunzionalità di sistemi nel campo dell industria di processo.

3 Architettura generale del protocollo Profibus Sono solo implementati i livelli 1, 2 e 7.

4 Protocollo Profibus-DP Questo protocollo utilizza i livelli 1, 2 e la User Interface. I livelli da 3 a 7 non sono definiti. La User Interface stabilisce le funzioni applicative utilizzabili, il comportamento del sistema e delle apparecchiature Profibus-DP. Questa snella architettura è adatta alla comunicazione a livello di campo (a basso livello).

5 Protocollo Profibus-FMS Questo protocollo utilizza i livelli 1, 2 e 7. Lo strato applicativo è costituito da FMS (Fieldbus Message Specification) e da LLI (Lower Layer Interface). Il primo contiene il protocollo di utilizzo e mette a disposizione i servizi di comunicazione. Il secondo realizza le diverse relazioni di comunicazione e rappresenta l interfaccia per il livello precedente. FMS si utilizza per lo scambio dei dati a livello di cella (PLC e PC). Profibus-DP e Profibus-FMS utilizzano la stessa tecnica di trasmissione ed un protocollo di accesso al bus comune (possono quindi funzionare in modo simultaneo sullo stesso bus).

6 Protocollo Profibus-PA PA Questo protocollo utilizza, per la trasmissione dei dati, il protocollo ampliato Profibus-DP. Il comportamento dei dispositivi di campo, è comunque definito dal profilo PA. Le apparecchiature Profibus-PA possono essere integrate in modo semplice in reti Profibus- DP, utilizzando semplicemente un accoppiatore di segmenti.

7 Profibus-DP

8 Profibus-DP: sistema single-master

9 Profibus-DP: sistema multi-master master

10 Profibus-DP: sistema multi-master master

11 Profibus-FMS

12 Rete mista: Profibus-DP e Profibus-FMS

13 Profibus-PA PA

14 Caratteristiche generali del protocollo Il meccanismo ibrido di controllo degli accessi al bus, prevede l implementazione del Token passing fra le stazioni attive (master) e del polling fra un master e i rispettivi slave. Il controllo di accesso al bus è chiamato MAC (Medium Access Control). Il MAC è parte integrante del Fieldbus Data Link (FDL) (cioè il livello 2 in Profibus). L autorizzazione all invio (tempo di mantenimento del token) è detenuta dal master che possiede il token. Il tempo massimo di autorizzazione all invio dipende dal tempo di circolazione nominale del token, che va settato come parametro. I messaggi possono essere trasmessi con 2 livelli di priorità distinti. Profibus è in grado di riconoscere i componenti collegati sul bus che si trovano in condizioni di guasto e di contrassegnarli come tali. La Norma prevede come realizzazione fisica del bus, l utilizzo di un doppino schermato e intrecciato. La lunghezza della linea dipende (come sempre) dalla velocità di trasmissione selezionata. L interfaccia è conforme allo Standard RS-485 e pone un limite al numero dei componenti collegati sul bus. La codifica dei segnali utilizza il formato NRZ.

15 I livelli di Profibus Livello fisico (livello 1): per il protocollo DP / FMS con RS-485 per il protocollo DP / FMS con cavo a fibre ottiche Livello data link (livello 2): Fieldbus Data Link Livello applicativo (livello 7): profilo FMS interfaccia utente DP e profilo DP

16 Livello fisico per DP/FMS: RS485 Struttura di un segmento di bus: Questo livello utilizza lo standard RS485 che corrisponde ad una trasmissione dati simmetrica. Il cavo di bus di un segmento è schermato e terminato da entrambi i lati. La velocità di trasmissione è impostabile in un intervallo compreso fra 9.6kbit/s e 12Mbit/s. Questa velocità impostata viene utilizzata da tutte le apparecchiature che si trovano sul bus (segmento).

17 Terminazione del Bus: RS485 Station 1 Station 2 VP (6) RxD/TxD-P (3) (3) RxD/TxD-P Data line B 390 Ω RxD/TxD-P (3) DGND (5) VP (6) RxD/TxD-N (8) (5) DGND (6) VP (8) RxD/TxD-N Data line A 220 Ω RxD/TxD-N (8) Schermatura 390 Ω DGND (5) Il cavo Profibus deve essere terminato ad ogni estremità del bus. Questo per evitare oscillazioni di potenziale e riflessioni di segnale che provocherebbero errori di trasmissione e quindi l interruzione della stessa. In aggiunta alla chiusura dei conduttori di bus A e B su entrambe le estremità (prevista nello standard RS485), la chiusura del bus comprende anche una resistenza di pull-down (verso il potenziale di riferimento dei dati DGND) e una di pull-up (verso il positivo dell alimentazione VP). Queste 2 resistenze assicurano un potenziale definito sul cavo di bus quando nessun nodo trasmette, cioè quando il bus è in stato di Idle.

18 Rete DP: connessione dei nodi al bus Prima stazione Ultima stazione VP Terminazione del bus Terminazione del bus VP B 390 Ω Data line B 390 Ω B A 220 Ω 390 Ω Data line A 220 Ω 390 Ω A DGND DGND A B A B A B A B Stazione 2 Stazione 3

19 Assegnazione dei pin Pin no Signal Description 3 RxD/TxD-P Data line B + (red wire) 5 DGND Signal Ground 6 VP Power for termination (P5V) 8 RxD/TxD-N Data line A - (green wire) Vengono utilizzate prese standard a 9 pin.

20 Cavo del Bus 2 conduttori: Verde = A Rosso = B Schermatura

21 Ottetto: il più piccolo pacchetto di Dati Un ottetto è formato da 1 byte, 1 bit di Start, 1 bit di Stop e 1 bit di parità. Ho 11 bit per ogni pacchetto. La trasmissione RS485 è di tipo half-duplex asincrona. I dati sono trasmessi utilizzando un frame di 11 bit per carattere in codice NRZ (Non Return to Zero). Idle 1 ottetto 2 ottetto LSB MSB LSB Sequenza di bit: Start Parity Stop Start

22 Livello fisico per DP/FMS: trasmissione Durante la trasmissione, un valore logico 1 corrisponde a un livello positivo sul cavo RxD/TxD-P (Receive/Transmit Data-P) rispetto a RxD/TxD-N (Receive/Transmit Data-N). Nella letteratura tecnica i conduttori dati Profibus, vengono spesso denominati anche come conduttore A e B. (Il conduttore A corrisponde a RxD/TxD-N e quello B a RxD/TxD-P).

23 Livello fisico per DP/FMS: cavo del bus La lunghezza massima ammessa del cavo (lunghezza del segmento) in una rete, dipende dalla velocità di trasmissione scelta. Un segmento può contenere al massimo 32 componenti (repeater compreso). Velocità di trasmissione (kbit/s) Lunghezza segmento (m)

24 Stazioni, repeaters e segmenti Terminazione Terminazione Stazione 1 Repeater Repeater Terminazione Ogni nodo ha un unico indirizzo, rappresentato da un numero fra 0 e 126. Non possono esserci più di 127 stazioni in una stessa rete. Se la rete è ampia o il numero di stazioni supera 32, è necessario l utilizzo di repeater ed ogni segmento deve essere terminato.

25 Livello fisico per DP/FMS: cavo a fibre ottiche (1) Un evoluzione del livello 1 di Profibus (secondo le direttive Profibus Nutzer Organisation PNO), è la trasmissione ottica dei dati supportata da cavi in fibra ottica. Con la tecnica Licht Wellen Leiter LWL (Fiber Optic Cables), è possibile raggiungere un estensione massima di 15km fra nodi di rete. La tecnica LWL è raccomandabile contro i disturbi elettromagnetici ed assicura sempre una separazione di tensione fra i singoli nodi. Come mezzo trasmissivo si utilizzano cavi in fibra ottica con fibra di plastica o di vetro. Per il collegamento del nodo al mezzo trasmissivo LWL, esistono diverse tecniche: tecnica OLM (Optical Link Module) tecnica OLP (Optical Link Plug) collegamento LWL integrato nel modulo del nodo

26 Livello fisico per DP/FMS: cavo a fibre ottiche (2) Tecnica OLM: come per i repeater RS485, anche i moduli OLM dispongono di 2 canali elettrici funzionalmente disaccoppiati e di uno o 2 canali ottici. Gli OLM vengono collegati con i singoli nodi tramite il cavo RS485.

27 Livello fisico per DP/FMS: cavo a fibre ottiche (3) Tecnica OLP: con questa tecnica si possono collegare fra loro i nodi slave tramite un anello ottico monofibra. Gli OLP vengono alimentati direttamente dal nodo e quindi non necessitano di una propria alimentazione esterna. E comunque sempre necessario un OLM per il collegamento del master a un anello OPL.

28 Livello Data Link: : formato dei messaggi Status / Request Telegram Data Telegram Token passing Telegram

29 Tempi di trasmissione: esempio Supponiamo di volere trasmettere 2 bytes di dati a 1.5Mbit/s: Tbit = tempo di trasmissione di un bit, 1 bit = µs (1/ ) Ottetto : 11 Tbit = 7.3 µs Token passing t. (3 ottetti): 33 Tbit = 22 µs Status / Request t. (6 ottetti): 66 Tbit = 44 µs Data t. : Head (7 ott.) + Servizio (2 ott.) + Data (n ott.) 2 bytes of data : 11 x 11 Tbit = 121 Tbit = 80.7 µs Idle time del master : typical 75 Tbit = 50 µs Station delay time degli slave : typical 11 Tbit = 7.3 µs In totale per 2 bytes di dati : ( =)Tbit = ms [(306)Tbit]

30 Errori riconosciuti Errore di formato (il più frequente è l errore di parità) Errore di protocollo (errata codifica) Errore di Start e di End Delimiter Errore di byte check frame Errore di lunghezza telegramma Il rilevamento di un errore comporta le seguenti reazioni: le chiamate (telegrammi) riconosciuti come errati sono rifiutati e vengono ripetuti. Esiste la possibilità di impostare la ripetizione dei telegrammi all interno del livello 2 ( retry ) le risposte che presentano disturbi, comportano anch esse la ripetizione della chiamata se un componente collegato sul bus non risponde, viene contrassegnato come non funzionante. Se alla chiamata successiva risponde correttamente, viene riconsiderato automaticamente come funzionante

31 Servizi di trasmissione I servizi di trasmissione dati del livello 2, vengono utilizzati come interfaccia verso il livello 7. SDA (Send Data with Acknowledge) invio dati con conferma SRD (Send and Request Data with Acknowledge) invio e ricezione dati con conferma SDN (Send Data with no Acknowledge) invio dati senza conferma CSRD (Cyclic Send and Request Data with reply) invio e ricezione ciclica di dati con conferma Nel protocollo FMS sono presenti tutti e 4 i servizi. In DP sono solo presenti i servizi SRD e SDN. Sulla base del servizio elementare SRD, il servizio CSRD esegue un polling ciclico al livello 2. Profibus utilizza la trasmissione senza shift: cioè tra l ultimo bit del primo byte ed il primo bit del secondo byte, non c è spazio vuoto. In caso di perdita del token o di errore nella sequenza di token, il master provvede a generare un nuovo token.

32 Livello applicativo: profilo FMS Il livello 7 del modello di riferimento ISO/OSI, mette a disposizione i servizi di comunicazione utilizzabili dall utente. Questo livello applicativo è costituito dall FMS (Field Message Specification) e dall interfaccia LLI (Lower Layer Interface) Profili: sono stati definiti dalla Profibus Nutzer Organization (PNO) al fine di armonizzare i servizi di comunicazione alle funzioni relative ad applicazioni per apparecchiature. Quindi questi Profili garantiscono che apparecchiature di costruttori diversi, possiedono la stessa funzionalità di comunicazione. Per FMS sono stati definiti i seguenti Profili: comunicazione fra controller: questo profilo stabilisce quali servizi FMS vengono utilizzati per la comunicazione fra controllori (PLC). building automation: questo è un profilo di settore ed è un punto di partenza per l applicazione in ambito automazione degli edifici (domotica). Esso descrive come avvengono la sorveglianza, il comando, la regolazione, la supervisione, il trattamento degli allarmi, ecc nei sistemi di automazione degli edifici. apparecchiature di manovra in bassa tensione: anche questo è un profilo di settote. Stabilisce il rapporto applicativo delle apparecchiature di manovra in bassa tensione nella comunicazione.

33 Livello applicativo: profilo DP Non esiste il livello 7, quindi è l interfaccia utente che definisce le funzioni applicative utilizzabili ed il comportamento dei diversi dispositivi Profibus-DP. Questo profilo stabilisce il significato dei dati. I singoli componenti di costruttori diversi, utilizzando il relativo profilo, sono interscambiabili attraverso i parametri definiti in relazione all applicazione. Per DP sono stati definiti i seguenti Profili: profilo per CN/CR: descrive come si possono comandare tramite Profibus-DP robot di montaggio e manipolatori in genere. profilo per encoder: descrive il collegamento al Profibus-DP di encoder di vario genere. profilo per azionamenti a velocità variabile (ProfiDrive): stabilisce come devono essere parametrizzati gli azionamenti, come si devono trasmettere i riferimenti e i valori reali. Si possono quindi scambiare azionamenti di costruttori diversi. profilo per servizio e supervisione HMI (Human Machine Interface): stabilisce il collegamento fra queste apparecchiature-utente ai relativi sistemi di automazione, tramite Profibus-DP. profilo per la trasmissione di dati sicura da errori: vengono qui fissati meccanismi aggiuntivi di sicurezza dei dati per la comunicazione. Esempio, per dispositivi di OFF di emergenza.

34 Topologia del Bus: tecnica RS485 (1) Una rete Profibus è costituita, dal punto di vista topologico, da una struttura di bus lineare chiusa alle due estremità con elementi terminali: questa linea (con i 2 terminali) viene anche chiamata segmento di bus RS485. Ad un singolo segmento di bus è possibile collegare fino a 32 nodi (standard RS485). Repeater: se si devono collegare più di 32 nodi o la dimensione di rete diventa eccessiva, si deve operare con più segmenti di bus. Questi segmenti vengono collegati fra loro attraverso amplificatori di linea (repeater). Il repeater amplifica il livello dei segnali da trasmettere e in alcuni casi realizza anche un rinfresco del segnale. E possibile attivare in serie solo al max 3 repeater (in generale), a causa delle distorsioni presenti e dei ritardi dei bit di segnale. Il numero di repeater che possono essere attivati in serie, dipende quindi dal tipo di repeater e dal costruttore. La max distanza fra 2 nodi, dipende dalla velocità di trasmissione. I repeater possono essere anche utilizzati per strutture ad albero e a stella.

35 Topologia del Bus: tecnica RS485 (2) Esempio di estensione massima possibile di una configurazione Profibus, realizzata con 9 repeater (di Siemens): Velocità di trasmissione (kbit/s) Lunghezza di tutti i segmenti (m) Anche un repeater rappresenta un carico per l interfaccia RS485. Quindi ogni repeater utilizzato riduce di 1 il numero dei nodi gestibili su un segmento di bus. Il repeater non occupa ovviamente nessun indirizzo logico del sistema, l indirizzo appartiene solo ai nodi (master/slave).

36 Topologia del Bus: tecnica RS485 (3) Configurazione con repeater:

37 Topologia del Bus: tecnica RS485 (4) Linee derivate: si riferiscono all inserzione diretta dei nodi al bus (senza l utilizzo di repeater), creando così linee derivate. Sono ammesse linee derivate di lunghezza inferiore a 6.6m per segmento, con una relativa velocità di trasmissione dati di 1.5 Mbit/s. Le linee derivate possono provocare, a seconda del numero e della lunghezza, riflessioni sui conduttori e quindi disturbi nel traffico di rete. Infatti con velocità di trasmissione superiore a 1.5 Mbit/s, le linee derivate non sono più ammesse.

38 Topologia del Bus: tecnica LWL Utilizzando la tecnica LWL (Licht Wellen Leiter) si può realizzare, oltre alle già note strutture di bus (lineare, ad albero, a stella ), la struttura ad anello. Con gli OLM si possono realizzare anche anelli ridondanti (a 2 fibre, non rappresentati in fig.). Con una struttura ad anello semplice, se si verifica un guasto (interruzione del bus o malfunzionamento di un OLM), tutto l anello è soggetto al guasto. Nel caso di un anello ridondante, gli OLM collegati fra loro (ognuno con 2 conduttori LWL) possono riconoscere l interruzione di un tratto e riconfigurare autonomamente il sistema di bus in struttura lineare.

39 Meccanismo di accesso al Bus Il meccanismo di accesso al bus (di Profibus) soddisfa 2 importanti esigenze: da un lato occorre essere certi, per la comunicazione tra apparecchiature, che ogni nodo abbia la possibilità di sviluppare i propri compiti di comunicazione in un definito intervallo di tempo. dall altro viene richiesto, per lo scambio dei dati fra un apparecchiatura complessa ed una semplice periferica decentrata, un veloce scambio dei dati mediante un protocollo il più semplice possibile. Profibus ha un meccanismo di accesso ibrido : >> accesso decentrato (Token-passing) fra i nodi attivi (master) >> accesso centralizzato (master/slave) fra il nodo attivo e nodi passivi (slave) Un nodo attivo che è in possesso del token assume durante questo tempo, la funzione di master del bus per comunicare con i nodi attivi e passivi. Lo scambio dei dati sul bus, avviene tramite un indirizzamento dei nodi: ad ogni nodo è assegnato un indirizzo univoco di bus (l area di indirizzamento max.: 0 126). Le configurazioni di sistema che è possibile realizzare sono: sistemi master-master (token passing) sistemi master-slave (master/slave) combinazione delle precedenti

40 Meccanismo di accesso al Bus: modalità token-bus I nodi attivi collegati al bus rappresentano, nella sequenza numerica crescente del loro indirizzo, un token-ring logico, cioè una sequenza organizzata di nodi attivi, nella quale il token viene passato da un nodo al successivo. Il token (e quindi il diritto di accedere al mezzo trasmissivo) viene inoltrato a tutti i nodi attivi tramite il telegramma di token. Il nodo attivo con il più alto indirizzo di bus, consegna il token solo al nodo attivo con il più basso indirizzo per chiudere l anello logico. Il tempo impiegato per un giro completo del token, viene definito come il tempo di rotazione del token (Time Target Rotation). Il meccanismo di accesso nella fase di inizializzazione e di avviamento, determina anche gli indirizzi di tutti i nodi attivi presenti sul bus, inserendoli in una lista: LAS (List of Active Station). Questa lista serve per la gestione del token ed inoltre, è necessaria per escludere dall anello (in un normale funzionamento) un nodo attivo guasto o per registrare un nuovo nodo aggiunto.

41 Meccanismo di accesso al Bus: modalità master-slave slave Se un anello logico è formato da un solo nodo attivo e si trovano sul bus diversi nodi passivi, si parla in questo caso di un sistema master-slave. Questa modalità consente al master, che in quel momento possiede il diritto di comunicare, di interrogare i nodi slave a lui assegnati. A questo punto il master ha la possibilità di inoltrare dati agli slave o di ricevere dati dagli slave.

42 Struttura DP monomaster E la tipica configurazione DP, nella quale la comunicazione fra master-dp e gli slave-dp avviene secondo il principio master/slave. Gli slave-dp possono diventare attivi sul bus su richiesta del master e vengono interrogati dal master secondo una lista di interrogazione (lista di polling). I dati vengono scambiati ciclicamente fra il master-dp e gli slave-dp senza tenere conto del loro contenuto.

43 Polling del master DP E uno schema di principio dell eleborazione di una lista di polling in un master-dp. La lista di polling contiene l elenco di tutti gli slave di quel master, con i relativi indirizzi fisici (logici). Un ciclo di informazioni fra il master e uno slave è formato da un telegramma di richiesta (request-frame) del master-dp e dal relativo telegramma di risposta (response-frame) dello slave-dp.

44 Struttura DP multimaster Sul cavo bus possono essere collegate più stazioni master-dp, anche con diversa classe. Tutti gli slave vengono collegati al bus, ma ogni master-dp ha i propri slaves. E possibile la coesistenza sullo stesso bus di master-dp e slave-dp, anche di master-fms e di slave-fms e di ulteriori nodi attivi o passivi.

45 Tipi di dispositivi DP (1) Master-DP (classe 1): scambia ciclicamente dati utili con gli slave. Attraverso le funzioni di protocollo, deve eseguire i seguenti compiti: parametrizzazione degli slave nella fase di avvio, di riavvio e di trasferimento dei dati, al fine di trasmettere dati-parametri specifici di slave e di bus. Vengono per esempio, stabiliti il numero di byte di ingresso e di uscita per ogni singolo slave-dp. scambio ciclico dei dati di ingresso/uscita con i relativi slave. lettura delle informazioni diagnostiche provenienti dallo slave, sia durante la fase di avvio, sia durante uno scambio ciclico. informare gli slave del suo stato operativo (per es. controlli sulla sincronizzazione dei dati) Slave-DP: scambia dati con il master-dp che in precedenza lo aveva configurato e parametrizzato. Lo slave può segnalare al master eventi di diagnostica e di processo locali.

46 Tipi di dispositivi DP (2) Master-DP (classe 2): questo master rappresenta le apparecchiature di programmazione, di diagnostica e di gestione del bus. Oltre ai compiti eseguiti dal master di classe 1, si aggiunge: lettura dei dati di configurazione di uno slave-dp. assegnare allo slave-dp un nuovo indirizzo logico di bus. lettura contemporanea allo scambio dei dati in ingresso/uscita provenienti dallo slave con il master-dp (classe 1). In una rete Profibus è possibile la coesistenza contemporanea di questi 3 dispositivi.

47 Scambio dati fra i dispositivi DP Si definisce: Requester (richiedente del servizio): chi attiva una comunicazione con Profibus-DP. Responder (fornitore del servizio): è il corrispettivo partner della comunicazione attivata. Tutti i telegrammi request (telegrammi di richiesta) del master-dp (classe 1) vengono gestiti nel livello 2 con la classe di servizio dei telegrammi high-prio. I rispettivi telegrammi response (telegrammi di risposta) dello slave-dp hanno la classe di servizio dei telegrammi low-prio nel livello 2. Lo slave ha comunque la possibilità di informare il master di un cambio della classe di servizio dei telegrammi di risposta (da low-prio a high-prio ). (Vedi tabella sulla dispensa a pag. 24)

48 Fase di inizializzazione Il master deve parametrizzare e configurare lo slave prima di scambiare con esso dati utili. Questo avviene appena si verifica che uno slave è presente sul bus. Viene verificata l operatività dello slave attraverso i dati di diagnostica richiesti dal master. Se lo slave si annuncia pronto, il master gli invia i dati di parametrizzazione e di configurazione. Successivamente il master può scambiare ciclicamente i dati utili con lo slave. Funzioni di protocollo

49 Dati di parametrizzazione Tramite i dati di parametrizzazione sono comunicati allo slave-dp parametri, caratteristiche, funzioni locali (del nodo) e globali (della rete). Questo si effettua con un tool di progettazione del master e dello slave. I contenuti più importanti di un telegramma di parametrizzazione sono: Station-Status: contiene funzioni e impostazioni specifiche di slave. Per es. viene definito se deve essere attivato il watchdog, se l accesso allo slave è abilitato o vietato da altri master, ecc Watchdog: deve riconoscere il fuori servizio di un master. Se è stato attivato il watchdog e lo slave riconosce il fuori servizio del master, i dati locali in uscita vengono cancellati o temporaneamente posti in un buffer. Ident_Number: è il numero identificativo dello slave, assegnato dal PNO (Profibus Nutzer Organisation) nella fase iniziale di certificazione. Per evitare errori, uno slave accetta un telegramma di parametrizzazione solo se il numero identificativo in esso contenuto, corrisponde al proprio.

50 Dati di configurazione Tramite il telegramma dati di configurazione, il master-dp informa lo slave-dp sull insieme e sulla struttura delle aree di ingresso/uscita da scambiare. Queste aree (moduli) vengono stabilite dal master e dallo slave in forma di strutture a byte. Attraverso queste strutture vengono definite le aree di ingesso, le aree di uscita o le aree di ingresso-uscita (per master e slave). Uno slave può essere dotato di aree di ingresso-uscita statiche, dinamiche o definite da formati specifici del costruttore. Questi dati di configurazione sono registrati in un file che viene creato dal tool di progettazione.

51 Dati di diagnostica Tramite i dati di diagnostica, il master-dp verifica nella fase di avvio se sono presenti slave-dp e se questi sono pronti per la parametrizzazione. Con questi dati di diagnostica, lo slave informa il master sul proprio stato operativo. Uno slave ha la possibilità di segnalare al master un evento locale di diagnostica, tramite la priorità del telegramma al livello 2 high-prio del telegramma di risposta. Nel caso non siano presenti eventi di diagnostica, il telegramma di risposta manda semplicemente un identificativo di low-prio.

52 Dati utili Se non sono presenti errori e se le impostazioni volute dal master-dp sono ammesse, lo slave- DP segnala (tramite i dati di diagnostica) che è pronto per lo scambio ciclico dei dati utili (cioè quelli che portano l informazione vera ). Nello scambio dei dati utili, lo slave reagisce solo al telegramma di richiesta del master che lo ha configurato. Altri telegrammi di dati utili, vengono rifiutati dallo slave.

53 Dati utili ed eventi di diagnostica Lo slave-dp può segnalare al master-dp, variando la classe di servizio del telegramma all interno del telegramma di risposta (da low-prio a high-prio ), che sono disponibili eventi di diagnostica o di segnalazioni di stato correnti. Successivamente le effettive informazioni che devono essere trasferite, vengono comunicate dallo slave tramite il telegramma di diagnostica richiesto dal master. Dopo questo trasferimento, vengono nuovamente scambiati i dati utili con lo stesso slave.

54 Struttura di un ciclo Profibus-DP Telegrammi aciclici Esempio di un sistema bus monomaster. Il ciclo DP è costituito da una parte fissa e da una parte variabile. La parte fissa è rappresentata dal telegramma ciclico contenente il comando di accesso al bus (token-management e stato del nodo) e dallo scambio dati con gli slave. La parte variabile del ciclo è rappresentata da una sequenza di telegrammi aciclici attivati su evento. La durata della sezione aciclica dipende dalla + o presenza di questi telegrammi aciclici. In un ciclo DP è sempre presente una sezione ciclica fissa, mentre può essere assente la sezione aciclica.

55 Struttura di un ciclo Profibus-DP equidistante In certe applicazioni (per es. nel settore automazione) è vantaggioso disporre di un ciclo DP esattamente uguale dal punto di vista temporale ed avere quindi uno scambio dati sempre costante. Questo ciclo è utilizzato per es. per la sicronizzazione di più azionamenti. In questo ciclo viene riservato dal master-dp un definito intervallo di tempo per la sezione aciclica. Il master fa in modo che questo intervallo di tempo riservato non venga superato, consentendo solo un numero definito di telegrammi aciclici. Se il tempo riservato non viene utilizzato, il master annulla la differenza riscontrata, rispetto al tempo di equidistanza impostato, con telegrammi che invia a se stesso (pause). Le differenti durate dalla pausa compensano la variabilità della sezione aciclica, formando una sezione costante.

56 Scambio dei dati con traffico trasversale (1) Un altra possibilità per lo scambio dei dati, è rappresentata dalle relazioni di comunicazione trasversali. In questo caso uno slave-dp risponde al master non con un telegramma one-to-one (slave/master), ma con uno speciale telegramma one-to-many (slave/x). I dati di ingresso dello slave, contenuti nel telegramma di risposta, sono a disposizione non solo del master di appartenenza, ma anche a tutti gli altri nodi presenti sul bus.

57 Scambio dei dati con traffico trasversale (2) Traffico incrociato: comunicazione master/slave Es.: 3 master-dp e 4 slave-dp. Tutti gli slave rappresentati inviano i loro dati di ingresso come telegrammi one-to-many. Il master A, al quale sono stati assegnati gli slave 5 e 6, riceve anche i dati di ingresso degli slave 7 e 8. Il master B, al quale sono stati assegnati gli slave 7 e 8, riceve anche i dati di ingresso degli slave 5 e 6. Al master C, anche se non è stato assegnato nessuno slave, riceve i dati di ingresso di tutti gli slave in funzione sul bus (5,6,7 e 8).

58 Scambio dei dati con traffico trasversale (3) Traffico incrociato: comunicazione slave/slave Utilizzando slave-dp di tipo smart è possibile ricevere dati di ingresso da altri slave. La principale caratteristica dello slave-dp intelligente è che l area ingresso/uscita messa a disposizione per il master, corrisponde non a una periferica reale disponibile, ma a un area di ingresso/uscita mappata da una CPU che preelabora il segnale.

59 Fine