Introduksjon til Hva er en feltbuss ? Hvilke fordeler gir en feltbussløsning? Feltbusser og IEC61158 standarden PROFIBUS – en oversikt Profiler DP : Distributed Peripherals PA : Prosess Automatisering FMS : Fieldbus Message Specification Del 1 – Introduksjon til PROFIBUS Side Emne Hva er en feltbuss ? Hvorfor innføre feltbuss? Feltbusser og IEC61158 standarden PROFIBUS - oversikt Profiler DP : Distributed Peripherals DP - Eksempel PA : Prosess Automatisering PA - Eksempel FMS : Fieldbus Message Specification FMS - Eksempel Februar 2002, Veslemøy Tyssø

Hva er en feltbuss ? Feltbuss I/O - system Digital, 2-veis kommunikasjon 4 – 20 mA Feltbuss Feltbuss er en digital kommunikasjonslinje som forbinder feltinstrumenter med overvåking/styring- og reguleringssystemet. Et feltinstrument er et instrument montert på en prosess, for eksempel: måleinstrument, ventil, motor, alarmbryter, .. Et feltinstrument som skal kobles til en feltbuss må ha intelligens for busskommunikasjon. En buss er et antall ledere som kan brukes til overføring av digitale signaler. En feltbuss består av to ledere. Det digitale signalet kan overføres som spenningsforskjell mellom lederne eller som strømverdier. Bussen kan også være en optisk fiber. Uten feltbuss må hvert enkelt feltinstrument kobles til I/O for reguleringssystemet. Februar 2002, Veslemøy Tyssø

Hvorfor innføre feltbuss ? redusrt kabling mindre hardware enklere konfigurering enklere vedlikehold bedre pålitelighet større fleksibilitet mer informasjon fra prosessen digital overføring er mer robust mot støy En av de største fordelene med et feltbuss-system er reduksjon i mengde kabler. Dette betyr mindre kostnader og lavere vekt ( viktig på skip og oljeplattformer). Instrumenteringssystemet blir dessuten ryddigere og mer oversiktlig. Siden all Digital/Analog eller Analog/Digital overføring må gjøres i det enkelte instrument, får et feltbuss-system færre komponenter. Derfor vil de totale hardware-kostnadene bli lavere – selv om hvert enkelt instrument er dyrere enn uten intelligensen som feltbusstilkoblingen krever. Færre komponenter og færre kabler gir et system som er lettere å konfigurere og vedlikeholde. Systemet blir også mer pålitelig. Feltbuss-systemene har dessuten spesielle konfigurerings og dokumentasjonsverktøy som forenkler arbeidet. Ved bruk av en standard, åpen feltbuss får systemet stor fleksibilitet. Instrumenter fra forskjellige leverandører kan kommunisere direkte med hverandre (interoperabilitet) over bussen og et feltinstrument kan enkelt byttes ut med et annet (interchangability = utbyttbarhet). Sammenlignet med 4-20 mA strømsløyfe er feltbuss, som er en digital transmisjonsteknikk, mye mer robust mot støy. Februar 2002, Veslemøy Tyssø

Feltbusser og IEC61158 standarden Automatisering Fabrikkledelse Ethernet Styring Profibus FMS Ethernet Ethernet FF HSE OCTOBUS : IEC61158 WorldFIP P-Net Profibus Instrument Interbus Profibus DP ModBus SwiftNet ControlNet DeviceNet SDS FF H1 LONworks Internasjonale standardiseringsorganisasjoner har arbeidet i mange år for å komme frem til en felles feltbuss-standard. Dessverre ser det ut til at dette vanskelig lar seg gjøre. Dette skyldes nok i stor grad at kravene til et slikt feltbuss-system varierer ganske mye fra anvendelse til anvendelse. Høsten 2000 kom det ut et dokument, IEC 61158 – standarden, som egentlig beskriver 8 forskjellige feltbusser i samme standard. Dokumentet kalles derfor for Octobus-standarden og inkluderer: ControlNet FF – H1 (Foundation Fieldbus) FF – HSE (Foundation Fieldbus) Interbus P-Net PROFIBUS SwiftNet WorldFip   CAN Bit / sensor Sensor loop AS-i Seriplex Fabrikkautomatisering Prosess Aplikasjon Februar 2002, Veslemøy Tyssø

PROFIBUS - oversikt  Bildet over er hentet fra ”Technical Description” som kan lastes ned fra PROFIBUS hjemmeside : http://www.profibus.com. PROFIBUS er en forkortelse for PROcess FIeldBUS og er en leverandøruavhengig, åpen feltbuss-standard. PROFIBUS ble utviklet i Tyskland som et samarbeidsprosjekt mellom flere firmaer : Siemens, Klöckner Möller (nå Moeller Electric), og Bosch. Den første spesifikasjonen var ferdig våren 1990. Et år senere ble den tatt inn som en del av den tyske standard (DIN 19245) og ble senere en Europeisk standard (EN 50170). PROFIBUS er nå en del av den nye internasjonale, Octobus standard IEC 61158. PROFIBUS benytter IEC 1158-2, RS-485 eller fiberoptikk som overføringsteknologi. PROFIBUS er i løpet av det siste året utvidet med en ny protokoll, PROFInet, for kommunikasjon over Ethernet. Februar 2002, Veslemøy Tyssø

Communication Profiles Profiler Physical Profiles RS-485 IEC 1158-2 Optical Fiber Application Profiles PA Encoder PROFIDrive PROFISafe Communication Profiles Ethernet TCP/IP FMS I PROFIBUS brukes begrepet Profil om forskjellige : Applikasjoner : Application Profiles (PA, Encoders, Drivers, ..) Protokoller : Communication Profiles ( DP, FMS, TCP/IP) Signaloverføring: Physical Profiles (RS-485, IEC1158-2, O.F., Ethernet) Denne designfilosofien muliggjør kommunikasjon både horisontalt og vertikalt i et anlegg ( se foregående side ). Mens PROFIBUS DP og PROFIBUS FMS er to kompatible protokoller, er PROFIBUS PA en applikasjons-profil som bygger på PROFIBUS DP-protokollen. PROFIBUS DP og PROFIBUS FMS benytter samme transmisjonsteknologi: RS485 (0 / 5V) eller fiberoptikk. PROFIBUS PA benytter IEC1158-2 transmisjonsteknologi ( 0 / 20 mA ). De neste sidene vil gi ytterligere karakteristikker av PROFIBUS PA, DP og FMS DP PROFIBUS EN 50170 Februar 2002, Veslemøy Tyssø

DP : Distributed Peripherals Master PLS PLC DP - RS 486 - 9.6 kBit/s to 12 MBit/s Målsettingen for PROFIBUS DP er rask og effektiv kommunikasjon mellom feltinstrumenter. Den benytter RS 486 (spenningsnivåer 0 og 5 V) eller fiberoptikk. Baudrate kan velges fra 9.6 kBit/s til 12 Mbit/s. Syklustiden vil også være avhengig av mengden av data som overføres.. Hver DP-stasjon (node) må tilordnes en unik adresse, et nummer (0 til 126). En master kan håndtere maksimum 126 slaves. Hver stasjon kan sende eller motta maksimalt 244 bytes pr. telegram. I RS 485, trenger nettverket en repeater for hver 32. stasjon. En repeater trengs også dersom avstanden mellom to stasjoner blir for lang (100m ved 12 Mbit/s, 1200m ved 9.6kBit/s). Den totale lengden i et nettverk kan aldri overstige 10 km. Kommunikasjonen er basert på master/slave prinsippet, med typisk en PLS eller en PC som master og flere ulike stasjoner som slaver: Digtal I/O, Analog I/O, AC eller DC drives, Magnetiske eller pneumatiske ventiler, brukerpanel, osv. Det er mulig å ha flere enn en master i nettverket. Slave Slave Slave Slave Februar 2002, Veslemøy Tyssø

DP - Eksempel PLS Ventil- node Modulær I/O Operatør- panel Bildet over viser noen av instrumentene på vaffelmaskinen VafTec. Det viser en PLS, et operatørpanel, en pneumatisk ventilnode og en modulære I/O – stasjon. PLS-en er master, de andre tre stasjonene er slaver. Den modulære I/O-stasjonen kan utvides med flere digitale og analoge I/O-moduler . Alle tre stasjonene er koblet til samme PROFIBUS kabel. Februar 2002, Veslemøy Tyssø

PA : Prosess Automatisering Process Device Manager H2 PROFIBUS-DP 9.6kBit/s  12 MBit/s + H1 PROFIBUS-PA 31.25 kBit/s Det er to hovedgrunner til å velge en PA løsning : 1. Egensikker utførelse (intrinsically safe): Dette er mulig med PA – men ikke med DP og FMS. 2. Spenningstilførsel over bussen Et PA-instrument kan få spenningstilførsel over bussen, over de samme to lederne som brukes til overføring av data. PA benytter DP-protokollen og kan ikke eksistere uten en DP master. PA-nettverket vil alltid være en del av et DP-nettverk. Transmisjonsteknologien for PA er IEC 1158-2. Baudrate er fast: 31.25 kBit/s , og signalnivåene er 0 og 20 mA. Derfor er det nødvendig med en signalomformer mellom PA- og DP-dele av nettverket. Det finnes to forskjellige signalomformere som kan brukes til dette : Coupler and Link. En Coupler er kun en signalomformer – . Sett fra DP-siden, oppfører alle PA instrumentene seg som DP-stasjoner. Coupleren er fullstendig transparent. Ved bruk av coupler vil baudrate på DP-siden også bli fiksert. En Link er en coupler med intelligens som gøre at baudrate i DP nettverket ikke begrenser. Linken har sin egen DP-adresse og PA-stasjonen har adresser under denne. Segment Coupler / Link Februar 2002, Veslemøy Tyssø

PA - Eksempel Mengdemåler Nivåtransmitter DP/PA Coupler DP På vaffelmaskinen VafTec er det montert to PA-instrumenter: en Nivåtransmitter som får spenningstilførsel over bussen, og en Mengdemåler som har sin egen spenningstilførsel (til feltspolene i den elektromagnetisk strømningsmåleren). Vi benytter en coupler for omformingen DP/PA. De to PA-nodene er koblet til hver sin gren fra coupleren. DP Februar 2002, Veslemøy Tyssø

FMS : Fieldbus Message Specification Master PLS PLC FMS - RS 486 - 9.6 kBit/s to 12 MBit/s Hensikten med FMS er multimaster kommunikasjon på fabrikk-celle-nivå. Den egner seg spesielt til overføring av større datamengder som programmer eller datablokker. Typisk bruker vi FMS mellom PLS-er og PC-er. FMS bruker samme signaltransmisjonsteknologi som DP: Fiberoptikk eller RS 486 med spennings-signal-nivåer. Baudrate for FMS er som for DP : 9.6 kBit/s til 12 Mbit/s. Master Master Slave Slave Februar 2002, Veslemøy Tyssø

PC med CITECT og PROFIBOARD FMS - Eksempel PC med CITECT og PROFIBOARD SIEMENS S300 PLS Moeller PLS Her er også et eksempel fra VafTec. Vi bruker FMS mellom en overvåkings-PC og to PLS-er som styrer hver sin del av vaffelmaskinen. Februar 2002, Veslemøy Tyssø