Das Systemverhalten und der Datenverkehr bei Profibus- DP

Ein System, welches sich die Funktionen eines Busses zu Nutzen macht, kann bestenfalls zu einer international anerkannten Größe werden, sodass dieses Ziel auch stets ein Zweck der Arbeit von Entwicklern ist. Auch bei PROFIBUS-DP wurden solche Standardisierungen vorgenommen, um den Effekt des Einsatzes dieser Technologie zu erhöhen. Somit finden sich zum Zwecke einer steigenden Geräteaustauschbarkeit auch Ordnungen, die sich mit dem Verhalten des DP-Systems befassen. Bei dieser Technologie unterscheidet man zwischen einem Mono-Master-Betrieb und einem Multi-Master-Betrieb. Der Kommunikationsaufbau, welcher über mehrere Master verläuft, unterteilt sich dabei abermals in die Master Klasse 1 und die Master Klasse 2. Soll nun das Systemverhalten beschrieben werden, so wird auf Informationen zurückgegriffen, die aus dem Betriebszustand des Masters der ersten Klassifizierung hervorgehen.

Der Datenverkehr beim PROFIBUS-DP im Einzelnen

Möchte der Ablauf einer Datenübertragung zwischen einem Master erster Klasse, im Folgenden nur noch kurz DPM1, und einem Slave beschrieben werden, so können drei wesentliche Schritte aufgezählt werden:

  1. Stop:
    An dieser Stelle des Vorgangs ist ein Datenverkehr zwischen den Teilnehmer nicht existent.

  2. Clear:
    Die DPM1 liest die Informationen über den Eingang der Slaves und bewahrt die Ausgänge dabei in einem sicheren Zustand.

  3. Operate:
    Hierbei handelt es sich um den umfangreichsten Teil des Datenverkehrs, da hier die Datentransferphase realisiert wird. Innerhalb eines zyklisch verlaufenden Prozesses werden die Eingänge der Slaves abermals gelesen und die ermittelten Ausgangsinformationen an alle beteiligten Slaves übermittelt. Die DPM1 sendet anschließend durch ein Multicast-Kommando und während eines konfigurierbaren Zeitintervalls den eigenen Status an die ihm zugeordneten Slaves. Kommt es zum Auftreten eines Fehlers, so reagiert das System, indem es den Betriebsparameter einsetzt, welcher die Störung automatisch bereinigt. Dieser Parameter lässt sich auf zwei unterschiedliche Modi setzen:

a.) True-Modus: 
Liegt dies vor, so werden durch den DPM1 alle Ausgänge der beteiligten Slaves in einen sicheren Zustand versetzt. Dies geschieht, wenn ein Slave nicht mehr zur Übertragung von Nutzdaten bereit ist. Schlussendlich wird in den Clear-Zustand gewechselt, sodass der Kommunikationsvorgang von Neuem starten kann.

b.) False-Modus
Der Master der Klasse 1 verweilt auch beim Auftreten eines Fehlers stets im Operate-Betrieb, sodass der Anwender die Reaktionen des Systems auf die Störung eigenmächtig bestimmen kann.

Der zyklische Datenverkehr zwischen Master und den Slaves

Eine Kommunikation, die zwischen einem Master Klasse 1 und den ihm zugeordneten Slaves stattfindet, verläuft immer zyklisch. Dies bedeutet, dass der Datenverkehr in einer festgelegten Reihenfolge vonstattengeht und immer wieder mit demselben Ablauf wiederholt werden kann. Diese Abwicklung wird seitens des Masters geregelt. Die Funktion der Projektierung wird jedoch durch den Anwender gesteuert, der die Zugehörigkeit zwischen einem Slave und einem DPM1 bestimmt. Zudem wird auch geregelt, welche Slaves bei einem Nutzdatenverkehr zum Tragen kommen und welche von diesem Vorgang ausgeschlossen sind. Wird ein Datenverkehr aufgebaut, so unterteilt sich dieser beim Profibus-DP in drei Abschnitte:

  • Parametrierung
  • Konfiguration
  • Datentransfer

Bevor ein Slave in die Phase des Datentransfers aufgenommen werden kann, kommt es während der beiden vorangegangen Teilbereiche zu einer Prüfung durch den DPM1. Dieser testet die Übereinstimmung zwischen der projektierten Soll-Konfiguration und der tatsächlich aufkommenden Gerätekonfiguration. Hierbei müssen festgestellt werden, dass der Gerätetyp, die Anzahl der Ein-und Ausgänge und die Informationen zum Format sowie den Längen die gleichen Werte aufweisen. Durch diese Überprüfung wird dem Anwender die Sicherheit gegeben, dass ein zuverlässig arbeitender Schutz gegen mögliche Fehler der Parametrierung vorhanden ist.

Der Sync-und Freeze Modus bei Profibus-DP

Der eigentliche Nutzdatenverkehr bei dem DP-System verläuft teilnehmerorientiert und durch eine automatische Abwicklung seitens des DPM1. Jedoch besteht für die Master auch noch die zusätzliche Option, bestimmte Steuerkommandos zu senden, die an einen, eine ganze Gruppe oder direkt alle Slaves des Netzwerks gehen können. Der Fachbegriff für diese Aufrufe ist Multicast. Durch diese Kommandos werden der Sync-und Freeze Mode initialisiert, die eine ereignisgesteuerte Synchronisation von Slaves ermöglichen.

  • Sync-Mode:
    Dieser Zustand beginnt sobald die Slaves das entsprechende Kommando durch den zugeordneten Slave erhalten. Daraufhin kommt es zum Einfrieren der Ausgänge aller angesprochenen Slaves. Kommt es danach zu Übertragungen von Nutzdaten, werden die Ausgangsdaten automatisch gespeichert ohne dabei die Zustände der Ausgänge zu beeinflussen. Erst wenn der Empfang eines darauffolgenden Sync-Befehls als vollständig durchgeführt gilt, kommt es zur Übermittlung der gesammelten Daten an die Ausgänge. Durch die Unsync-Funktion wird dieser Modus dann beendet.

  • Freeze-Mode:
    Dieser wird durch das gleichnamige Kommando ausgelöst und bewirkt abermals bei den adressierten Slaves den Zustand des Einfrierens. Die Werte über die Zustände der Eingänge sind damit festgehalten und werden erst wieder aktualisiert, wenn durch den hierzu befähigten Master ein neues Kommando erteilt wird. Mit Unfreeze lässt sich dieser Modus wieder abschalten.