Profibus und seine Erweiterung Profibus – DPV1

Grundlagen zu den DPV1- Funktionen

Die Funktionen der PROFIBUS Erweiterung DPV1 bestehen hauptsächlich aus den Leistungen „Read“ und „Write. Durch diese kann der Master auf alle Datenblöcke des Slaves zugreifen und diese lesen oder auch umschreiben. Zudem werden auch Dienste wie „Initiate“ und „Abort“ angeboten, die der Verwaltung der Verbindung und einem Datenaustausch mit einer großen Datenmenge dienlich sind. Zudem gibt es auch entsprechende Leistungen, die den Status eines Systems erfassen und Alarmsignale aussenden können.

PROFIBUS-DPV1 unterscheidet zwei Masterklassen, wobei der Master Klasse 1 im Grunde die zyklischen Prozessdaten verarbeiten sowie die Funktionen der Erweiterung nutzen und der Master Klasse 2 für die azyklisch verlaufende Bedarfsdatenübertragung zuständig ist.

Der Ablauf einer typischen Datenübertragung im Detail

1. Stop: Dies ist der erste Schritt bei einer richtigen Datenübertragung. An diesem Punkt des Ablaufs ist der Vorgang an sich zunächst einmal existent, ein Datenverkehr zwischen den Teilnehmern soll also stattfinden.
2. Clear: Der Master der Klasse 1, kurz DPM1 muss an diesem Punkt der Datenübertragung die Informationen, die ihm über den Eingang der Slaves zur Verfügung gestellt werden lesen und zusätzlich die Ausgänge in einem sicheren Zustand halten.
3. Operate: Der umfangreichste Abschnitt des Datentransfers beinhaltet die Realsierung der eigentlichen Phase, in welcher die Übertragung der Informationen stattfindet. Innerhalb dieses zyklisch verlaufenden Prozesses werden die Eingänge der Slaves ein weiteres Mal gelesen und die ermittelten Ausgangsinformationen anschließend an alle an dem Vorgang beteiligten Slaves übermittelt. Anschließend wird durch die DPM1 ein Multicast-Kommando versendet und während eines konfigurierbaren Zeitintervalls zusätzlich noch der eigene Status an die ihm zugeordneten Slaves. Kommt es zum Auftreten eines Fehlers, so reagiert das System, indem es den Betriebsparameter einsetzt. Dieser bereinigt eine Störung. Auch 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. Am Ende erfolgt der Übergang in den Clear-Modus, sodass anschließend eine neue Kommunikation aufgebaut werden kann.

b.) False-Modus: Hier verweilt der DMP1 auch während der Erkennung eins Fehlers im Operate-Modus, sodass der Anwender die Reaktionen des Systems auf die Störung eigenmächtig bestimmen kann. Diese Variante ermöglicht dem Anwender viel Flexibilität und Kontrollmöglichkeit.

Die Schutzmechanismen von PROFIBUS-DPV1

Gerade bei komplexen Anlagen muss es bestimmte Sicherheitsvorkehrungen geben, um ein System effizient gegen fehlerhafte Parametrierungen oder gar den Ausfall ganzer Übertragungseinrichtungen zu schützen. Hierfür werden verschiedene Mechanismen eingesetzt, welche die Überwachung des DP-Masters und des Slaves übernehmen, indem diverse Zeitkontrollen durchgeführt werden. Wie groß das Intervall einer solchen Überwachung ist, wird während des Vorgangs der Projektierung bestimmt.

 

• DP-Master: Der Master der ersten Klasse überwacht den Datenverkehr der Slaves, indem er sich den „Data Control Timer“ zu Nutzen macht. So wird für jeden einzelnen Slave ein eigener Zeitgeber verwendet, sodass bei Störfällen zurückverfolgt werden kann, bei welchem Slave ein Problem aufgetreten ist. Die Zeitüberwachung wird initialisiert, sobald während des Kontrollintervalls kein Transfer von Nutzdaten erfolgt, der als ordnungsgemäß und vollständig abgeschlossen gilt. falls die automatische Fehlerreaktion freigegeben wird, verlässt der Master der ersten Klasse den Operate Zustand, sodass die Ausgänge aller adressieren Slaves in einen sicheren Zustand geschaltet werden und anschließend in den Clear-Modus übergehen
• DP-Slave: Hier wird die Ansprechüberwachung durch den Slave getragen, sodass dieser dazu in der Lage ist Fehler bei dem Master oder während der Übertragung zu erkennen. Findet während der Zeitspanne, in welcher diese Ansprechüberwachung erfolgt, kein Datenverkehr mit dem Master statt, so wird durch den Slave selbstständig jeder Ausgang in den sicheren Zustand versetzt, damit Daten bei Verlust abermals gesendet werden können

Darüber hinaus existiert in den Multi-Master-Systemen ein Zugriffsschutz für die Eingänge und Ausgänge der Slaves, sodass während des Betriebs der direkte Zugriff nur durch einen hierzu berechtigten Master erfolgen kann. Alle anderen Master bekommen die Ein-und Ausgänge in einem Abbild zur Verfügung gestellt, welches keines Zugriffsrechts bedarf, um darauf zugreifen zu können.

Die azyklisch verlaufende Bedarfsübertragung

Innerhalb der Norm IEC 61158 werden Funktionserweiterungen zu PROFIBUS-DP vorgesehen, die als DPV1 definiert sind. Diese enthalten zur herkömmlichen zyklischen Übertragung eine ergänzende Möglichkeit zur azyklisch verlaufenden Bedarfsdatenübertragung. Eine Notwendigkeit hierfür besteht bei allen Slave-Geräten, die über zahlreiche Parameter und Optionen verfügen, die sich in sich selbst jedoch stark unterscheiden. Diese müssen während des laufenden Betriebs verändert oder gegebenenfalls auch optimiert werden können.

Beispiele hierfür, die schon zum Regelfall zählen, sind die Parameter zum Einstellen und Optimieren von Antrieben, also z.B. die Grenzwerte für die Drehzahl oder auch den Drehmoment oder auch die Betriebsart und Fehlerliste. Die azyklischen Dienste werden zeitlich parallel geschaltet und neben der zyklischen Prozessdatenübertragung abgewickelt, vorausgesetzt, diese hat eine niedrige Priorität. Der zeitliche Einfluss, der von Daten mit einer hohen Priorität ausgeht, soll durch diese Maßnahme möglichst gering gehalten werden.