Контрольні питання

1. Основні властивості стандарту CAN.

2. Як з'єднуються пристрої з CAN-інтерфейсом?

3. Пояснити структуру трансівера CAN.

4. Охарактеризувати поняття «домінантний» та «рецесивний» стани.

5. Які властивості має CAN-передавач?

6. Як відбувається «боротьба» за доступ до шини?

7. Типи фреймів CAN повідомлення.

ЛЕКЦІЯ 4. Промислова мережа Profibus.

4.1. Загальні відомості про Profibus.

4.2. Фізичний рівень.

4.3. Канальний рівень Profibus DP.

4.4. Резервування.

4.5. Опис пристроїв

4.1. Загальні відомості про Profibus.

Слово PROFIBUS отримане з скорочень PROcess FIeld BUS, що приблизно переводиться як «промислова шина для технологічних процесів». Стандарт Profibus був спочатку прийнятий в Германії в 1987 р., в 1996 р. він став міжнародним (EN 50170 і EN 50254).

Мережа Profibus використовує тільки перший і другий рівні моделі OSI. Один з варіантів мережі, Profibus FMS, використовує також рівень 7.

Profibus має три модифікації: Profibus DP, Profibus FMS і Profibus РА.

Profibus DP (Profibus for Decentralied — Profibus для децентралізованої периферії) використовує рівні 1 і 2 моделі OSI, а також призначений для користувача інтерфейс, який в модель OSI не входить. Безпосередній доступ з призначеного для користувача додатку до канального рівня здійснюється за допомогою DDLM (Direct Data Link Mapper — прямий перетворювач для канального рівня). Призначений для користувача інтерфейс забезпечує функції, необхідні для зв'язку з пристроями введення-виводу і контролерами. Profibus DP на відміну від FMS і PA побудований так, щоб забезпечити найбільш швидкий обмін даними з пристроями, підключеними до мережі.

Profibus FMS (Profibus з FMS-протоколом) використовує рівень 7 моделей OSI і застосовується для обміну даними з контролерами і комп'ютерами на регістровому рівні. Profibus FMS надає велику гнучкість при передачі великих об'ємів даних, але програє протоколу DP в популярності унаслідок своєї складності.

Profibus FMS і DP використовують один і той же фізичний рівень, заснований на інтерфейсі RS-485, і можуть працювати в загальній мережі.

Profibus РА (Profibus for Process Automation — для автоматизації технологічних процесів) використовує фізичний рівень на основі стандарту IЕС 1158-2, який забезпечує живлення мережевих пристроїв через шину і не сумісний з R8-485. Особливістю Profibus РА є можливість роботи у вибухонебезпечній зоні.

Останніми роками з'явився стандарт PROFInet, який заснований на Industrial Ethernet і технологіях СОМ, DCCOM. Він легко забезпечує зв'язок промислової мережі Profibus з офісною мережею Ethernet.

Profibus є багатомайстерною мережею (з декількома провідними пристроями). Як слейв-пристрої виступають зазвичай пристрої вводу-виводу, клапани, вимірювальні перетворювачі. Вони не можуть самостійно дістати доступ до шини і лише відповідають на запити головного пристрою.

4.2. Фізичний рівень

На фізичному рівні Profibus DР і FMS використовують стандарт RS-485 при швидкості передачі до 12 Мбіт/с і з розмірами сегментів мережі до 32 пристроїв. Кількість пристроїв можна збільшити за допомогою повторювачів інтерфейсу.

Особливі вимоги встановлені до мережевого кабелю. Він повинен мати хвилевий опір від 135 до 165 Ом при погонній ємкості не більше 35 пФ/м, площа поперечного перетину провідників більше 0,34 мм² і погонний опір не більше 110 Ом/км.. Кабель повинен мати одну або дві виті пари з мідним екраном у вигляді обплетення або фольги.

Стандартом для шини Profibus рекомендується роз'єм D-sub (DB-9) з 9 контактами, цоколівка роз'єму приведена в табл. 4.1. На пристроях встановлюється роз'єм з гніздами, на кабелі — з штирьками. При необхідності мати ступінь захисту IP65/67 рекомендується використовувати циліндровий роз'єм типу М12 (IEC 947-5-2), HAN-BRID або гібридний роз'єм фірми Simens.

Таблиця 4.1 Цоколівка роз'єму DB-9 для Profibus

Контакт	Сигнал	Примітка
1	Shield	Екран
2	М24	-24 В
3	Rх/Тх-DP	Прийом/передача даних (позитивний вивід, В)
4	CNTR-Р	Сигнал для управління напрямом передачі, позитивний вивід
5	DGND	Загальний дріт даних
6	VР	Напруга живлення, «+»
7	Р24	+24 В
8	Rх/Тх-N	Прийом/передача даних (негативний вивід, дріт А)
9	CNTR-N	Сигнал для управління напрямом передачі, негативний вивід

З обох боків лінії передачі підключаються погоджуючі резистори, які конструктивно встановлені у всі мережеві роз'єми і підключаються за допомогою мікроперемикачів. При швидкостях передачі більше 1,5 Мбіт/с для узгодження лінії додатково використовуються плоскі (друкарські) котушки індуктивності.

Для збільшення дальності передачі в Profibus передбачена можливість роботи з оптоволоконним кабелем. При використанні скляного оптоволокна дальність зв'язку може бути збільшена до 15 км. Оптоволоконні інтерфейси виконуються у вигляді змінних модулів для контролерів.

Profibus РА використовує фізичний рівень, відповідний стандарту IEC 1158-2. Дані передаються за допомогою рівнів струму +9 і -9 мА («струмова петля»). Використовується манчестерський код (логічний нуль відповідає зміні негативного струму на позитивний, а логічна одиниця — позитивного на негативний). Швидкість передачі складає 31,25 кбіт/с, як лінія передачі використовується вита пара в екрані або без нього. Один сегмент мережі може містити до 32 пристроїв. Максимальна довжина кабелю досягає 1,9 км. У кожному сегменті з обох боків кабелю підключені RС-кола, що складаються з послідовно сполучених конденсатора ємністю 1 мкФ і резистора опором 100 Ом. Завдяки низькій енергії передаваного сигналу Profibus РА є іскробезпечним електричним ланцюгом і може бути використаний у вибухонебезпечних зонах.

Для передачі даних використовується NRZ-кодування і 11-бітовий формат, що включає стартовий біт (0), 8 біт даних молодшими розрядами вперед, біт паритету (парний) і стоп-біт (1). Біт паритету рівний нулю, якщо число бітів в слові парне, і рівний одиниці інакше. У слові «11000011» число одиниць парне, тому біт паритету встановлюється рівним 0. Такий формат використовується для всіх без виключення слів, включаючи заголовки повідомлень. При передачі слів довше 8 битий старший байт відправляється першим, за ним останні в порядку старшинства.

Кілька років тому для Profibus була розроблена модифікація інтерфейсу RS-485 для вибухонебезпечних зон, яка отримала назву RS-485-IS (Intrinsically — внутрішньо безпечний). Істотною її відмінністю є наявність резисторів, що обмежують струм в лінії до значень, встановлених стандартом на іскробезпечні електричні ланцюги.