Schnelle PROFIBUS-Anbindung für Industrie-PCs

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1 Langfassung PROFIBUS Master-Modul für MODULAR-4/486 High-End-Prozeßsteuerungen im PC-Gewand: Schnelle PROFIBUS-Anbindung für Industrie-PCs Nur mit standardisierter Hard- und Software wird man in der Automatisierung zukünftig den steigenden Anforderungen hinsichtlich Geschwindigkeit, Qualität und Benutzerfreundlichkeit gerecht werden können. Dezentrale Automatisierungsstrukturen mit vermehrter Eigenintelligenz einzelner Anlagenteile sowie Standard-Bussysteme, wie z.b. PROFIBUS, bestimmen das Bild in modernen Betrieben. Industrie-PCs (I-PCs) sind beim Bedienen und Visualisieren längst zur Standardplattform geworden und werden mit intelligenter Zusatzhardware auch beim Steuern und Regeln selbst eine immer zentralere Stellung einnehmen. Eine Schlüsselrolle für den weiteren Siegeszug des PC bilden schnelle Master- bzw. Slavemodule für die Feldbusanbindung auf der Sensor-/Aktor-Ebene. Als weltweit eingesetztes System gehört PROFIBUS (Process Fieldbus) zu den führenden Feldbussen. Der Anwendungsbereich des europaweit nach DIN E genormten Systems ist breit und erstreckt sich von der Leitebene bis zur Feldebene. Mit verschiedenen Busvarianten lassen sich Lösungen optimal auf die jeweiligen Anforderungen zuschneiden. PROFIBUS FMS dient anspruchsvollen Kommunikationsaufgaben auf höherer Ebene, wobei die mögliche Funktionalität wichtiger ist als eine kurze Systemreaktionszeit. Die neueste Entwicklung ist PROFIBUS PA mit eigensicherer Übertragungstechnik, die speziell auf die Anforderungen in explosionsgeschützten Bereichen zugeschnitten ist. PROFIBUS DP schließlich ist für den schnellen, vorwiegend zyklischen Datenaustausch auf der Sensor-Aktor-Ebene konzipiert und erlaubt Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 12 MBit/s. Mit PROFIBUS ist sowohl Mono-Master-Betrieb als auch Multi-Master-Betrieb möglich. Das Multimasterprotokoll nutzt man beim Vernetzen umfangreicher und komplexer Anlagen. Master- Geräte können über den Bus frei verfügen, wenn sie im Besitz der Buszugriffsberechtigung sind. Diese wird als "Token" von Master zu Master weitergereicht. Typische Mastergeräte sind I-PC, SPS, CNC und Zell-Controller. Als Slave-Geräte fungieren Sensoren, Aktoren, Meßumformer usw. Weil sie keine Buszugriffsberechtigung erhalten, können sie nur empfangene Nachrichten quittieren oder auf Anfrage eines Masters Nachrichten an diesen übermitteln. Um mit dem Industrie-PC komplexe Prozeßsteuerungen zu realisieren, erweitert man den Rechner mit einer "intelligenten" Steckkarte. Der PC wird von einem auf Echtzeitaufgaben spezialisierten Subsystem mit eigener 486- oder 586-CPU entlastet, das parallel Meßdaten erfaßt sowie alle Steuer-, Regel- und Kommunikationsaufgaben übernimmt. Für die Prozeßankopplung sor002 1

2 stehen zahlreiche Schnittstellen zur Verfügung. Bei den MODULAR-4/486-Karten von SORCUS, Heidelberg, sind diese Schnittstellen als steckbare Interfacemodule konzipiert (Bild 1: Highway ). Auf eine Basiskarte lassen sich bis zu vier Module und in Verbindung mit dem Modul-Extender bis zu neun Module in beliebigen Kombinationen aufstecken. Damit sind auch komplexe, vielkanalige Steuer- und Regelaufgaben mit hohen Abtastraten realisierbar. In enger Zusammenarbeit mit Siemens hat SORCUS jetzt schnelle PROFIBUS-DP-Master und - Slave-Module entwickelt, die Geschwindigkeiten bis zu 12 MBit/s auf der Feldbusseite unterstützen (Bild 2: SPB-Modul M-DPM-12 ) (Bild 3: SPB-Modul M-DPS-12 ) (Bild 4: M-DPM-12 + ET200 ). Nach Herstellerangaben sind die MODULAR-4-Systeme damit die derzeit einzigen intelligenten PC-Einsteckkarten, die Zugang zu PROFIBUS DP mit sämtlichen Übertragungsraten von 9,6 KBaud bis 12 MBaud bieten. Die physikalische Schnittstelle zum Bus wird über steckbare Mikromodule, sogenannte C-Links, hergestellt. Neben der galvanisch getrennten RS485-Schnittstelle als Standard sind daher auch RS232-, RS422- und 20-mA-Anbindungen möglich. Mit der aufsteckbaren Masterankopplung werden die PC-Karten zum vollwertigen PROFIBUS- Master gemäß DIN E 19245; das Blockdiagramm zeigt den Aufbau (Bild 5: Blockdiagram M- DPM-12 ). Die unteren Schichten des Protokolls werden durch einen Mikro-Controller 80C165 sowie den speziellen Profibus-Controller ASPC2 abgewickelt. Damit sind der PC und das Subsystem komplett vom Protokoll-Handling entlastet. Die Kommunikation zwischen dem Feldbus-Modul und der Basiskarte geschieht über ein interruptfähiges Dual-Ported-RAM, in dem sich ständig ein aktuelles Abbild der Prozeßperipherie befindet. Das flexible Konzept der PC- Einsteckkarten-Serie ermöglicht dabei PC-Konfigurationen von der dezentralen Meßstation bis hin zur mächtigen Prozeßsteuerung. Eine Basiskarte läßt sich nicht nur mit bis zu vier bzw. neun PROFIBUS-Mastern bestücken, sondern es sind auch mehrere Basiskarten in einem PC denkbar. Die Möglichkeiten sind jeweils nur von der Anzahl der zur Verfügung stehenden PC-Slots bzw. Modul-Steckplätze begrenzt. Ein mit dem Slave-Modul ausgerüsteter PC wird unter die Kontrolle eines anderen Masters, z.b. SPS oder PC, gestellt und dient z.b. als Peripheriestation oder zur Rechnerkopplung. Ein Modul stellt zwei unabhängige PROFIBUS-Slave-Kanäle mit Siemens SPC3-Slave-Controllern zur Verfügung und bietet ebenfalls Dual-Ported-RAM, konfigurierbare physikalische Schnittstelle sowie automatische Baudratenanpassung bis einschließlich 12 MBit/s. PROFIBUS-Master und PROFIBUS-Slaves sind komplett über Standardsoftware konfigurierbar. Für eigene Programme stehen Bibliotheken für DOS, Windows 3.1 / 95 / NT sowie OS/2 zur Verfügung. (Bild 6: Blockdiagram M-DPS-12 ) sor002 2

3 Mit leistungsfähiger Zusatzhardware ausgerüstet erobern Industrie-PCs nach und nach alle Hierarchien der industriellen Automatisierungstechnik. MODULAR-4-Karten mit Eigenintelligenz entkoppeln den I-PC vom Prozeßgeschehen, so daß dieser für Visualisierung, Online-Auswertung sowie Datenspeicherung zur Verfügung steht. Der Anwender profitiert von der Offenheit der PC-Plattform sowie den Standardpaketen zur Speicherung und Weiterverarbeitung der Daten. Durch seine Flexibilität kann der I-PC bestens als Bindeglied zwischen Prozeß und firmenweitem LAN fungieren. Durch die schnelle PROFIBUS DP- Schnittstelle ist einerseits Prozeßnähe gegeben, durch Anschluß an das lokale Netzwerk andererseits der Datenfluß zur höheren Ebene gewährleistet. Speichert man die Prozeßdaten auf einem zentralen Server, sind sie an beliebigen Stationen für Analyse, Dokumentation, Qualitätssicherung usw. verfügbar. Bilder: SORCUS, Heidelberg Text: SORCUS, Heidelberg Verwendung honorarfrei SOR002.DOC: 5618 Anschläge Bild 1: Highway-Bild, keine Unterschrift Bild 2: Foto M-DPM-12, "PROFIBUS-DP Master Modul M-DPM-12" sor002 3

4 Bild 3: Foto M-DPS-12, "PROFIBUS-DP Slave Modul M-DPS-12" sor002 4

5 Bild 4: PROFIBUS-Master mit Siemens-Slaves, "PROFIBUS-DP Master Modul M-DPM-12" Bild 5: Blockschaltbild M-DPM-12, "Blockschaltbild des PROFIBUS-Master-Moduls M-DPM-12" P r o f i b u s TMT RCV LED1 LED2 RS232-Buffer LED1 LED2 C165 Mikrocontroller RAM EPROM RAM Flash-Memory Configuration Register Interrupt Register Gate Array Gate Array SPBus A B GND C-Link CL485i/P CTS ASPC 2 Profibus-Master DPRAM EEPROM sor002 5

6 Bild 6: Blockschaltbild M-DPS-12, "Blockschaltbild des PROFIBUS-Slave-Moduls M-DPM-12" LED1 P r o f i b u s C-Link CL485i C-Link CL485i CTS CTS SPC3 PROFIBUS-Slave 1 SPC3 PROFIBUS-Slave 2 Kanal 1 Gate-Array Kanal 2 SPBus LED2 EEPROM sor002 6