Průmyslová automatizace, odborné texty, recenze

Topologie sítě:

PROFIBUS je založen na komunikačním standardu RS485, který spojuje stanice buď lineárně, nebo do hvězdice. Nejčastěji se používá lineární spojení, tzn. stanice jsou propojené PROFIBUS kabelem jedna za druhou a síť je na obou koncích zakončena zapnutými odpory.

Příklad zapojení do hvězdice přes PROFIBUS Hub A5/B5. Tento Hub umožňující hvězdicové zapojení PROFIBUS najdete u společnosti Foxon zde.

Kabely pro PROFIBUS:

Používá se kroucená-stíněná dvojlinka, přičemž stínění slouží zároveň jako uzemnění. Dvě hlavní žíly jsou barevně odlišeny zelenou a červenou barvou. Zelený je označován jako linka A (přenos/příjem), červený jako linka B (přenos/příjem). Při připojení konektorů je nutné dodržovat stejné uspořádání kabelů (barev) v celé síti.

Různé rychlosti sítě PROFIBUS jsou omezeny maximální délkou jednoho segmentu. Pokud instalace vyžaduje větší délku segmentu, je třeba použít repeater (opakovač). Doporučené délky segmentu PROFIBUS pro všechny rychlosti najdete v tabulce.

Kabelů PROFIBUS existuje celá řada a liší se zejména způsobem jejich použití a umístění. Univerzální kabel PROFIBUS DP má fialovou barvu a je určen pro běžnou instalaci ve vnitřních prostorách. Ne vždy se kabel pokládá do žlabů, kde je konstantní suché prostředí, stálá teplota, nulové elektromagnetické rušení, žádné mechanické namáhání apod. Z těchto důvodů je třeba zohlednit okolní prostředí kabelu a použít správný typ kabelu pro instalace typu:

- kabel se zvýšenou odolností proti elektromagnetickému rušení (EMC)
- kabel se zvýšenou odolností proti ohybu (pro pohyblivé přívody apod.)
- kabel s ochranou proti hlodavcům
- kabel se zvýšenou odolností proti žáru
- kabel do potravinářských prostor
- a další.

Profibus kabely od firmy Leoni najdete tady.

Musím si vyptat kousek toho odolného proti hlodavcům a zkusím to dát k micákovi. 

Schéma 1 – síť s jedním segmentem:

Na obrázku vidíte jednoduchou síť PROFIBUS DP, která je tvořena jedním segmentem. Segment je na obou koncích zakončen tzv. zapnutým odporem. Tento odpor je vestavěn v konektoru PROFIBUS a je možné ho zapnou i vypnout. Pro správnou funkci zakončovacího odporu je nutné, aby poslední konektor byl napájený, tzn, že poslední zařízení se zapnutým odporem musí být neustále pod proudem!

PLATÍ PRAVIDLO:

- Konektory na koncích segmentu mají vždy zapnutý odpor
- Ostatní konektory uvnitř segmentu mají odpor vypnutý

Druhý a další segment vznikne nejen při překročení zapojení max. 32 stanic /segment, ale také zapojením tzv. opakovače (repeateru) nebo OLM modulu (optického modulu) apod. Zapojením těchto zařízení dojde k rozdělení sítě na dva segmenty, které jsou od sebe galvanicky odděleny.
Repeater obecně zesiluje přenášený signál na síti PROFIBUS, galvanicky oddělí dva segmenty a navíc pomocí něho rozdělíme síť na jednotlivé segmenty.

Základní důvody použití repeateru:

- máme v segmentu více než 32 stanic.
- potřebujeme zvýšit povolenou délku kabelu mezi jednotlivými stanicemi.
- potřebujeme galvanicky oddělit nějaké zařízení od sítě (např. frekvenční měniče, z důvodu elektromagnetického rušení).

Repeater Procentec jsme měli v našem testu, viz odkaz na konci článku, v nabídce jej najdete tady.

Už jsem zažil situaci kdy, tento repeater zachránil stroj s výpadky sítě, které se řešily bezvýsledně už rok. Každý servis by jej měl mít v autě.

Schéma 2 – síť s více segmenty (ve schématu máme 2 segmenty):

Použitý repeater rozdělí síť na více segmentů, a rovněž plní funkci zakončení segmentu/sítě (zapnutý odpor). Všimněte si zapnutého odporu na obou stranách opakovače.

Schéma 3 – oddělení jednoho zařízení od segmentu, kde na následujícím schématu si všimněte dvou zajímavostí:

- Stanice MASTER není na konci segmentu, ale uprostřed. Není to chyba, záleží vždy na návrhu zapojení projektanta sítě.
- Repeater (opakovač) odděluje frekvenční měnič od zbytku stanic a to z důvodu odstranění elektromagnetického rušení v síti PROFIBUS. Díky galvanickému oddělení obou segmentů opakovačem neprochází rušení od měniče do prvního segmentu. V tomto případě opakovač není koncová stanice segmentu č.1, kabel z něho dále pokračuje a tudíž zakončovací odpor segmentu 1 na opakovači je vypnutý, na straně segmentu 2 naopak zapnutý. Daná topologie má tedy 2 segmenty.

Schéma 4 – využití aktivního zakončení:

V předchozích schématech jsme používali poslední stanice v segmentu jako zakončovací, tzn. že v konektoru PROFIBUS byl zapnutý odpor. Víme také, že tento konektor musí být napájený, napětí si bere z portu daného zařízení. V praxi však může nastat situace, kdy je třeba vyměnit koncové zařízení za jiné. Odpojením konektoru dojde ke vzniku odrazů v síti a síť přestane pravděpodobně správně fungovat. Z tohoto důvodu se na konec segmentu doporučuje použít tzv. aktivní zakončení.

Aktivní zakončení je de facto poloviční repeater (opakovač), tzn. signál PROFIBUS zde končí, dále již nepokračuje. Je to malá krabička, do které připojíme kabel PROFIBUS a externí napájení 12-24V. Toto zařízení nevykonává žádno jinou činnost a je velmi pravděpodobné, že bude správně fungovat po celou dobu provozu sítě PROFIBUS (což se o koncových stanicích v segmentu PROFIBUS nedá vždy tvrdit). Výhoda je jasná - mezi aktivními zakončeními je možno odpojit libovolnou stanici aniž bychom způsobili odrazy signálů v síti. Navíc se můžeme přes aktivní zakončení připojit např. testerem ProfiTrace2 do sítě PROFIBUS a provést diagnostiku sítě.

Stejně jako repeater najdete aktivní zakončení zde. 

Mimochodem tohle bývá častý zdroj poruch a nestability sítě, a sice vyvedený nezakončený konec sběrnice třeba pro programátora.

Otevřený programovací port v každém segmentu (piggy port):

Pro diagnostiku sítě PROFIBUS by měl každý segment obsahovat nejméně jeden programovací port (PG port), na který připojíte programovací zařízení a nebo tester ProfiTrace2 kterým změříte signál v síti. Programovací port je vyveden z druhé strany konektoru PROFIBUS, na aktivním zakončení, na repeateru, OLM modulu apod.