Das Feldbussystem Profibus- DP und seine Funktionsweise

Bei der PROFIBUS-Variante Profibus-DP handelt es sich um eine Technologie, die ebenfalls auf einem Bussystem basiert und für den Datentausch innerhalb der Feldebene entwickelt wurde. Bei dieser Art der systeminternen Kommunikation gilt der Nachfolger als äußerst effizient und zuverlässig. Profibus-DP stellt eine Verbindung zwischen den zentral gelegenen Geräten der Automationstechnik und den dezentralen Feldgeräten her. Dies geschieht über eine seriell verlaufende Verknüpfung beispielsweise eines PCs mit einem Ventil. Wurden beide Komponenten aneinandergeschlossen, entsteht eine Leitung, bei welcher die Übertragung von Daten zyklisch verläuft. Allerdings bietet dieses Feldbussystem auch Kommunikationsdienste, die unter den DPV1-Funktionen zusammengefasst sind, die in ihrem Verlauf als azyklisch angesehen werden müssen. Alle anderen Kommunikationsformen lassen sich anhand der DP-Grundfunktionen definieren, in welchen die Arten festgelegt wurden.

Die Funktionsweise von Profibus-DP

Die Art der Kommunikation, die hier zum Tragen kommt, wird in Fachkreisen als Master-Slave-System bezeichnet. So steht der Master stellvertretend für die Steuereinheit, die sich im Netzwerk zentral gelegen befindet. Von diesem Netzwerkteilnehmer werden die Informationen, die von den Slaves bereit gestellt werden, zyklisch gelesen. Auch das anschließende Verfassen der Ausgangsinformationen übernimmt der Master, der diese wiederum zyklisch an den Slave zurückgibt. Die zyklisch ablaufende Übertragung von Nutzdaten ist die hauptsächlich angewandte Methode bei Profibus-DP. Allerdings ist diese Technologie auch dazu befähigt diverse leistungsstarke Funktionen bereitzustellen, die der Diagnose einer Kommunikation und ihrer Inbetriebnahme dienlich sind. Hierbei wird der Datenverkehr stets von beiden Seiten, also sowohl von Master als auch Slave, überwacht, damit Fehlerquellen und Störungen erkannt und diagnostiziert werden können.

Die Diagnosefunktion von Profibus-DP

Der Sinn einer Funktion zur Diagnose liegt in der zeitnahen Lokalisierung von Fehlern. Zu Beginn des Vorgangs werden alle verfügbaren Diagnosemeldungen über den Bus geschickt und an den Master weitergeleitet. Dieser erfasst sie und unterteilt sie in drei unterschiedliche Kategorien:

  • Stationsbezogene Diagnose – hierbei handelt es sich um alle Meldungen, die mit der Betriebsbereitschaft der Teilnehmer einer Netzwerktopologie zu tun haben, wozu beispielsweise die Übertemperatur zählt
  • Modulbezogene Diagnose – Bei dieser Form der Analyse werden jene Meldungen mit einbezogen, die sich auf Fehler innerhalb des E/A-Teilbereichs beziehen, also zum Beispiel bei einem 8 Bit Ausgangsmodul vorkommen
  • Kanalbezogene Diagnose – diese letzte Form der Fehlerlokalisierung stützt sich auf die Meldungen über Störungen bei den jeweiligen Ein-und Ausgängen.

Die Systemkonfiguration beim Profibus-DP

Mit dem Profibus-DP System lassen sich Master-Slave-Systeme realisieren, die entweder nur über eine zentrale Steuereinheit oder gleich mehrere solcher Netzwerkteilnehmer verfügen. Durch diese Möglichkeit der aufgabenorientierten Realisierung kann ein hohes Maß an Flexibilität gewährleistet werden, welches sich hauptsächlich anhand der Systemkonfigurationen zeigt. Insgesamt lassen sich bis zu 126 Geräte über einen Bus zu einer Topologie zusammenschließen. Die Konfigurationen des Systems beinhalten dabei bestimmte Festlegungen, die unter anderem folgende Dinge umfassen:

  • Anzahl der verwendeten Stationen
  • Informationen zum eingesetzten Busparameter
  • Die Zuordnung der Stationsadresse zu den E/A-Adressen
  • Informationen zum Format der Diagnosemeldungen
  • Die Datenkonsistenz der E/A-Daten

Die möglichen Gerätetypen

Bei jedem Profibus-DP gestützten System lassen sich drei verschiedene Gerätetypen vorfinden:

  • Slave
    bei diesem handelt es sich zunächst einmal um ein Peripheriegerät, dessen Aufgabe im Lesen von Eingangsinformationen und dem Abgeben von Ausgangsinformationen besteht. Dabei ist die Menge der versandten und verarbeiteten Informationen davon abhängig, welches Gerät genau verwendet wird. Die maximale Datenmenge liegt jedoch sowohl bei den Eingangs-als auch Ausgangsinformationen bei 246 Bit.
  • Master Klasse 1 und Klasse 2
    diese beiden Gerätetypen schließen die vorhandenen Möglichkeiten bei Profibus-DP ab. Über sie wird der zyklische Datenverkehr geregelt, sodass die Hauptfunktion in der Übertragung von Prozessdaten an den Slave liegt. Die hier definierten zentralen Steuereinheiten sind in der Regel Engineering-Geräte und Bedienelemente, die zyklisch auf den Bus zugreifen können, um eine Konfiguration sowie Parametrierung der intelligenten Feldgeräte zu bewirken.

Die Master-Systeme bei Profibus-DP

Wie bereits erwähnt, kann zwischen einem System mit nur einem Master oder mehreren Mastern gewählt werden. Das Mono-Master-Netzwerk verfügt während der Betriebsphase nur über einen am Bus aktiven Master. Die Stellung der zentralen Steuerungskomponente wird durch die SPS-Steuerung übernommen, wobei die Slaves zu diesem mittels eines Übertragungsmediums eine Verbindung aufbauen. Diese Verknüpfung ist jedoch dezentral. Die Konfiguration mit einem Mono-Master-System zeichnet sich durch eine extrem kurze Buszykluszeit aus. Der Multi-Master-Betrieb teilt sich entweder in mehrere voneinander unabhängige Subsysteme oder zusätzliche Projektierungs-und Diagnosegeräte auf. Bei den Subsystemen handelt es sich um eine Verbindung zwischen einem DPM1, also einem Master der Klasse 1, und dem dazugehörigen Slave. Bei dem Multi-Master-System lassen sich die Ein-und Ausgangsbilder durch alle Master lesen, doch das Schreiben der jeweiligen Ausgänge übernimmt nur ein einziger Master. Wer diese Aufgabe übernimmt wird während des Vorgangs der Projektierung festgelegt, sodass demnach ein Master aus Klasse 1 diese Funktion innehat. 

PROFIBUS-DP Analysegerät NetTEST II

Profibus Fehlerbehebung

Funktioniert die Kommunikation einem Profibus Netzwerks einmal nicht, liegt es häufig an der Verkabelung. Die Ursache des Fehlers ist meistens nicht offensichtlich. Besonders aufwändig kann sich die Suche bei sporadischen Fehlern gestalten. Abhilfe schafft hier ein spezielles Testgerät, wie das NetTest II PROFIBUS Analysegerät, welches auf Profibus Netzwerke spezialisiert ist.

Das Testgerät prüft die Installation und lokalisiert Fehlerstellen, wie beispielsweise Unterbrechung der Schirmung oder Kurzschlüsse. Schleichende Änderungen durch Alterung der Profibus Installation können über Regelmäßige Messung und Vergleich der Messwerte ermittelt werden und Problemstellen rechtzeitig vor dem Fehlerfall beseitigt werden. Im laufenden Betrieb können Fehler durch passives Mithören aufgespürt werden.