Bus de terrain Profibus

Présentation

• PROcess FIeld BUS.
• Projet allemand : Bosch, Siemens, …
• Standardisation : DIN 19245 (1991), EN50170 (1996), IEC 61158 (1999).

Variantes

• Profibus FMS – Fieldbus Message Specification (Messagerie industrielle entre automates), le premier à avoir été utilisé.
• Profibus PA – Process Automation ( Alimentation et signal sur un même câble, jusqu’à 31.25 kbits/s.)
• Profibus DP – Decentralized Periphery (Jusqu’à 12 Mbits/s.)

Câble

Paire torsadée blindée, soigneusement isolée par une feuille conductrice et une tresse. Avec 2 conducteurs nommés A et B.

• Fil vert : A, transporte le signal RxD/TxD-N
• Fil rouge : B, transporte le signal RxD/TxD+N

Terminaison de ligne

Résistances de terminaison équivalentes à l’impédance du câble pour polariser la ligne en l’absence de signal. En général, intégrées dans le connecteur et activables par un Interrupteur.

Débit et distance de Profibus

La distance maximale et le débit sont liés, le bus accepte jusqu’à 32 équipements sans répéteur et 126 équipements avec répéteur. L’utilisation d’un répéteur régénérant le signal permet de cascader les segments. Il ne doit pas y avoir plus de 9 répéteurs entre un équipement et le maître.

Codage du signal

Codage NRZ

• 1 bit de start
• 8 bits de donnée
• 1 bit de parité paire
• 1 bit de stop

Ordre des bits : LSB d’abord.

Lors de la transmission de données composées de plusieurs octets (Word 16 bits, DWord 32 bits).  Les octets de poids fort sont transmis d’abord.

Structure commune des télégrammes

Exemple :

Norme

Les divers types de télégrammes, identifiés par leur SD et les fonctions possibles pour chaque type, identifiées par FC.

Exemple

Ecriture des sorties : SD = 68h, FC = 6h, pas de SSAP ni DSAP et DU : contient les valeurs des sorties.

Adressage

Plage d’adresses de 0 à 127

• 0 : en général utilisée par les outils de diagnostic.
• 1 à 125 : adresses librement utilisables pour les maîtres et

esclaves.

• 126 : réservée pour les équipements dont l’adresse est définie

par le bus.

• 127 : adresse de diffusion (message reçu par tous les esclaves)

La configuration de l’adresse d’un esclave est en général, faite par des interrupteurs sur le boîtier.

Fonctionnement maître esclave

• Le maître envoie une requête à un esclave.
• L’esclave renvoie une réponse en retour.
• Ainsi, pas de risque de collision.
• Polling successif des différents esclaves
• Fonctionnement cyclique
• Le temps de cycle dépend du du nombre d’esclaves et de la taille des données échangées

Fonctionnement multi maître

 Les différents maîtres accèdent à tour de rôle au bus et Ils s’échangent un « jeton ». Le propriétaire de ce jeton à le droit d’utiliser le bus. Lorsqu’il a fini son cycle, il envoie un télégramme au maître suivant.  Les règles suivantes s’appliquent

• Un seul maître peut écrire vers un esclave.
• Tous les maîtres peuvent lire tous les esclaves.

Machine d’état des esclaves

Au démarrage, le maître demande l’information de diagnostic, paramètre l’esclave et définit le mode de fonctionnement.

Configuration du maître

Le maître profibus peut être un automate programmable équipé de l’interface adéquate ou un ordinateur (PC) équipe d’une carte dédiée.

Le maître doit connaître la liste des esclaves à gérer. Il doit aussi connaître la taille des données à échanger. Ces informations sont communiquées lors d’une

phase de configuration. Pour chaque esclave, le fournisseur livre un fichier décrivant ses possibilités.

Le format du fichier est normalisé :

• fichier GSD : General Station Description

Les maîtres Profibus sont livrés avec un logiciel de configuration capable d’interpréter les fichiers GSD, une collection de fichiers GSD de matériel connu. Le fichier GSD est un fichier texte contenant les possibilités de l’esclave : Débits de transmission supportés, numéro de version, …et la description des données de l’esclave

Exemple :

Cycles asynchrones

La norme Profibus n’impose pas de synchronisation entre les cycles automates et bus de terrain.

Conséquence

• Les cycles sont en général asynchrones.
• Les différents temps de cycle engendrent
• Des latences cumulées
• Une gigue importante.

Comparaison entre Profibus et le câblage traditionnel

• Avantages

• Tous les avantages d’un bus de terrain.
• Bien adapté à la gestion d’entrées sorties.

• Inconvénients

• Latence, gigue.
• Mal approprié pour la commande de mouvements synchronisés.
• Complexité de mise en œuvre.
• Risque de défauts plus élevés.
• Outils et compétences requis beaucoup plus élevés.