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Institut für Prozessinformatik und Leittechnik (Institute of Process Information Technology and Control Systems)Hochschule für Technik Wirtschaft und Kultur Leipzig
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Topologie
Übertragungsmedium
Master
Slave
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Profibus Busaufbau

Topologie

Die Topologie von PROFIBUS ist eine Linienstruktur mit Abschlußwiderständen an beiden Leitungsenden sowie mit kurzen Stichleitungen. Durch Repeater wird die Linienstruktur in Segmente unterteilt. An ein Bussegment können maximal 32 Teilnehmer angeschlossen werden. Die Kabellänge ist bei RS 485 - Terminals auf 1200 m begrenzt. Diese Länge wird bei der niedrigsten Datenübertragungsrate von 9,6 kbit/s erreicht. Bei höheren Datenübertragungsraten verkürzt sich die maximal mögliche Kabellänge. In der maximalen Ausbaustufe können bis zu 124 Teilnehmer angeschlossen werden. Bei der Kopplung mehrerer Bussegmente muß folgendes berücksichtigt werden :

  • jeder Repeater, der an ein Bussegment angeschlossen wird, verringert die maximal mögliche Anzahl der Teilnehmer (32) um jeweils einen Teilnehmer für dieses Bussegment

  • zwischen zwei Koppelpartnern dürfen maximal 3 Repeater in Reihe liegen

Profibus-Topologie

Die Busstruktur bietet die Möglichkeit, einzelne Teilnehmer rückwirkungsfrei an- bzw. abzukoppeln und damit das System schrittweise in Betrieb zu nehmen. Spätere Erweiterungen haben keinen Einfluß auf die Konfiguration bereits installierter Geräte. Dies gilt nur bedingt für LWL, da hier die Teilnehmer aktiv an den Bus gekoppelt sind.

PROFIBUS FMS und PROFIBUS DP können auch auf dem gleichen Bussystem miteinander kommunizieren. Allerdings muss sich PROFIBUS DP dann geringeren Übertragungsraten von PROFIBUS FMS anpassen.

Mit PROFIBUS lassen sich Mono- oder Multi-Master-Systeme realisieren. Bei Mono-Master-Systemen ist nur ein Master am Bus aktiv. Der Master ist die zentrale Steuerungskomponente, die DP-Slaves sind über das Übertragungsmedium dezentral an den Master gekoppelt. Es liegt ein reines Master-Slave -Zugriffsverfahren vor. Mit dieser Systemkonfiguration wird die kürzeste Buszykluszeit erreicht.

Im Multi-Master-Betrieb befinden sich an einem Bus mehrere Master. Sie können entweder voneinander unabhängige Subsysteme bilden, bestehend aus je einem Master und den zugehörigen Slaves, oder als zusätzliche Projektierungs- und Diagnosegeräte fungieren. Die Eingänge der Slaves können von allen Mastern gelesen werden. Das Beschreiben der Ausgänge ist jedoch nur für einen Master möglich. Natürlich können die Master auch untereinander Datentelegramme über FDL-Verbindungen austauschen. Multi-Master-Systeme erreichen eine mittlere Buszykluszeit.

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Übertragungsmedium

Als Übertragungsmedium wird eine geschirmte, verdrillte 2 - Drahtleitung (twisted pair) verwendet. Für höhere Datenübertragungsraten müssen leistungfähigere Übertragungsmedien eingesetzt werden, wie z.B. Koaxialkabel oder LWL.

Aufbau des Profibus

Die folgende Tabelle zeigt die Abhängigkeit der Leitungslänge (Kupfer) von der Übertragungsrate.

Übertragungsrate in kBit/s9,619,293,75187,550015003000600012000
max. Länge in m bei PROFIBUS DP1200120012001000400200100100100
max. Länge in m bei PROFIBUS FMS120012001200600200    

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Master

Master-Geräte kontrollieren den Datenverkehr auf dem Bus. Ein Master darf Nachrichten ohne externe Aufforderung aussenden, wenn er im Besitz der Buszugriffsberechtigung (Token) ist. Bei PROFIBUS DP sind die Master in 2 Klassen definiert:

DP-Master Klasse 1 (DPM1)

Hierbei handelt es sich um eine zentrale Steuerung, die in einem festgelegten Nachrichtenzyklus Informationen mit den dezentralen Stationen (DP-Slaves) austauscht. Konkret werden folgende Master-Slave-Anwendungsfunktionen unterstützt:

  • Erfassen von Diagnoseinformationen der DP-Slaves

  • zyklischer Nutzdatenbetrieb

  • Parametrierung und Konfigurierung der DP-Slaves

  • Steuerung von DP-Slaves mit Steuerkommandos

Diese Funktionen werden vom User-Interface des DP-Masters (Klasse 1) selbständig abgewickelt. Die Schnittstelle zwischen dem User und dem User-Interface ist als Daten-Dienstschnittstelle ausgeprägt. Typische Geräte sind Speicherprogrammierbare Steuerungen (SPS), Numerische Steuerungen (CNC) oder Roboter Steuerungen (RC).

DP-Master Klasse 2 (DPM2)

Geräte dieses Typs sind Programmier-, Projektierungs- oder Diagnosegeräte. Sie werden vorwiegend nur bei der Inbetriebnahme eingesetzt, um die Konfiguration des DP-Systems, bestehend aus der Anzahl der DP-Geräte, der Zuordnung zwischen der Teilnehmeradresse am Bus und der E/ A-Adressen sowie Angaben über Datenkonsistenz, Diagnoseformat und Busparameter festzulegen. Zwischen dem DP-Slave und dem DP-Master (Klasse 2) sind neben den Master-Slave-Funktionen des DP-Masters (Klasse 1) folgende weitere Funktionen möglich:

  • Lesen der DP-Slave-Konfiguration

  • Lesen der Ein- und Ausgabewerte

  • Adresszuweisung an DP-Slaves

Zwischen dem DP-Master (Klasse 2) und dem DP-Master (Klasse 1) stehen folgende Funktionen zur Verfügung (diese werden meist azyklisch ausgeführt):

  • Erfassung der im DP-Master (Klasse 1) vorhandenen Diagnoseinformationen der zugeordneten DP-Slaves

  • Upload und Download von Datensätzen

  • Aktivieren des Busparametersatzes

  • Aktivieren und Deaktivieren von DP-Slaves

  • Einstellung der Betriebsart des DP-Masters (Klasse 1)

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Slave

Als Slave wird ein Peripheriegerät (Sensor/Aktuator), das Eingangsdaten einliest und Ausgangsdaten an die Peripherie abgibt, bezeichnet. Es sind auch Geräte möglich, die nur Eingangs- oder nur Ausgangsinformationen bereitstellen. Typische DP-Slaves sind Geräte mit binären Ein-/Ausgängen für 24 oder 220 V, analoge Eingänge, analoge Ausgänge, Zähler, aber auch z.B.:

  • pneumatische Ventilinseln

  • Codelesegeräte

  • Näherungsschalter

  • Meßwertaufnehmer

  • Antriebssteuerungen

Die Menge der Eingangs- und Ausgangsdaten ist geräteabhängig und darf maximal 246 Byte Eingangs- und 246 Byte Ausgangsdaten betragen. Aus aufwands- und implementierungstechnischen Gründen arbeiten viele der heute verfügbaren Geräte mit einer maximalen Nutzdatenlänge von 32 Bytes. Slaves erhalten keine Buszugriffsberechtigung, d. h. sie dürfen nur empfangene Nachrichten quittieren oder auf Anfrage eines Masters Nachrichten an diesen übermitteln. Sie werden deshalb auch als passive Teilnehmer bezeichnet.

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Dokument-Version: 7 2004-11-08 16:47:54 +0000 (Mon, 08 Nov 2004) mayoXML Quelldatei
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