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Dispensa Bus Isocroni - Università degli studi di Pavia

1. attivo durante la fase operativa Solo in questo tipo di configurazione possibile ottenere i pi corti cicli di bus permessi dal protocollo PROFIBUS DP quindi le prestazioni migliori in termini di velocit di trasferimento dati Possono essere collegati fino a 125 slave DP in una rete fi DF master class 1 Ly 5 Decentralized inputs and outputs DP slaves Fig B 3 Struttura di un sistema mono master 134 Appendice B PROFIBUS DP Nei sistemi multi master Fig B 4 pi stazioni attive sono collegate al bus in fase operativa L accesso al mezzo consentito alla sola stazione attiva che possiede il token il quale viene trasmesso tra i master presenti in rete lungo un anello logico definito in fase di inizializzazione del sistema Ciascun master insieme agli slave che pu indirizzare rappresenta un sottosistema indipendente C da precisare che gli ingressi e le uscite degli slave possono essere lette da qualsiasi master Le restrizioni esistono solo in fase di scrittura operazione permessa al solo master DPM1 a cui uno specifico slave stato assegnato durante la configurazione di sistema Le prestazioni non eguagliano quelle ottenibili con una configurazione mono master soprattutto se il numero di master supera le tre unit E possibile collegare fino a 126 dispositivi tra master e slave in una rete DP master jelase 2 MOON swel I i II A Ss Decentralized inputs a
2. Chiude le estremit di una dorsale con un collegamento supplementare e produce una struttura d anello Le topologie d anello sono usate nei sistemi con alti requisiti di disponibilit per proteggere la rete da linee danneggiate o componenti difettosi 57 PROFIBUS DP V2 Capitolo 3 PROFIBUS DP V2 3 1 PROFIBUS DP V2 Nei paragrafi seguenti verranno descritte in dettaglio le caratteristiche della versione 2 di PROFIBUS Le funzionalita di PROFIBUS DP V2 sono state definite come un estensione della norma principale IEC 61158 in supporto alle esigenze di controllo del movimento DP V2 un estensione delle funzionalit di DP V1 Per una descrizione delle funzioni base del protocolli DP VO e DP V1 si rimanda all appendice B Vediamo alcuni esempi di funzionamento nel campo degli azionamenti campo per il quale stato sviluppato 3 1 1 RETE CON FUNZIONALIT DI BASE PROFIBUS DP DP V0 DP V1 Sulla rete PROFIBUS si possono connettere fino a 126 dispositivi master o slave in una configurazione a singolo master oppure a pi master In questo modo differenti dispositivi come azionamenti o periferiche di I O possono operare sullo stesso bus Possiamo catalogare i dispositivi come Master DP di Classe 1 DPM1 PLC Master DP di Classe 2 DPM2 Dispositivi per la programmazione dispositivi per la configurazione pannelli operatori 59 PROFIBUS DP V2 Slave DP Dispositivi periferici I O azionamenti
3. attuatori sensori Nel caso di configurazioni multimaster alcuni master DPMI possono costituire dei sottosistemi che sono indipendenti uno con l altro ogni master ha un certo numero di slave assegnati a se stesso Oltre a questi dispositivi ci possono essere sul bus master DPM2 Il processo di scambio del Token assicura l autorizzazione per l accesso al bus ai vari master all interno di una finestra temporale ben definita Attraverso il meccanismo di global control un gruppo di slave o tutti gli slave possono essere sincronizzati con un evento di controllo SYNC attivazione simultanea dei valori di setpoint FREEZE congelamento simultaneo dei valori attuali Appendice B B 4 11 Non tuttavia possibile uno scambio di dati realmente isocrono ci dovuto a ripetizioni di telegrammi causati da interferenze 0 dai meccanismi di diagnostica inseriti durante lo scambio dati ciclico Nella figura 3 1 mostrata una tipica rete PROFIBUS DP contenente delle periferiche di I O e degli azionamenti di classe 1 e di classe 3 2 3 che non necessitano per il funzionamento uno scambio di dati isocrono e un dispositivo DPM2 DPM1 DPM1 DPM2 PLC NC PC PLC NC PC PLC OP a q hi E PROFIBUS DP r 2 APPLICAZIONE APPLICAZIONE DI CLASSE 1 DI CLASSE 3 Figura 3 1 Tipica rete PROFIBUS DP 60 PROFIBUS DP V2 3 1 2 RETE ISOCRONA MONOMASTER Si utilizza questo tipo di configurazione quando gli azio
4. azionamento Il PLC si preoccupa di tutte le funzioni per automatizzare il processo Il bus di campo semplicemente il mezzo trasmissivo tra il sistema di automazione e l azionamento In PROFIBUS DP si utilizza la comunicazione ciclica standard per lo scambio dati Questo tipo di approccio usato principalmente per applicazioni poco critiche con il PLC normalmente impiegato come sistema di automazione ed eventualmente di controllo di processo a pi alto livello L utilizzo della sincronizzazione del clock e della comunicazione da slave a slave non necessaria per questa classe di applicazioni 33 Protocolli Isocroni 2 2 1 2 CONTROLLO DI INTERPOLAZIONE DELLA TRAIETTORIA E DI POSIZIONE CENTRALIZZATO CLASSE 4 APPLICAZIONE DI CLASSE 4 Sistema di Automazione Gestione del processo Controllo della posizione Dati di controllo Setpoint vel CLOCKY A Dati di Stato Posizione Attuale SINCRONISMO DI CLOCK Azionamento Azionamento Azionamento Controllo di velocita ad Controllo di velocita ad Controllo di velocita ad anello chiuso anello chiuso anello chiuso Encoder Figura 2 3 Azionamento di classe 4 Gli azionamenti per manipolatori o per applicazioni nel campo della robotica spesso richiedono una sequenza di movimenti coordinati per i vari bracci Il controllo del moto implementato principalmente in una unit di automazione centralizzata L unit calcola per ogni azionamento s
5. utente viene informato e se l opzione di reazione automatica del sistema agli errori stata attivata il master DPMI che si trova nello stato Operate porta le uscite di tutti gli slave assegnati a 0 e modifica il proprio stato in Clear Le stazioni passive parimenti controllano che la comunicazione con la stazione attiva abbia luogo entro un intervallo di tempo stabilito e se questo non accade portano le proprie uscite a 0 In aggiunta a questi meccanismi che controllano l attivit delle differenti stazioni lo standard garantisce la protezione degli accessi agli ingressi e alle uscite degli slave nella configurazione multi master questo fa si che solamente le stazioni master abilitate possano eseguire un accesso diretto alle uscite e agli ingressi delle stazioni slave ad essi assegnate tutti gli altri moduli master possono solamente consultare una immagine degli ingressi e delle uscite che non possono alterare B 4 14 COMUNICAZIONE ACICLICA PROFIBUS DP V1 Diversamente dalla comunicazione ciclica lo scambio dati ciclico avviene solo quando necessario La comunicazione aciclica tra 1 master di classel DPMI e uno slave anche chiamata connessione MS1 Master Slave PROFIBUS DP V1 Lo scambio di dati ciclico DP V0 permette solo di indirizzare il dispositivo di campo nel suo complesso La versione del protocollo DP V1 permette di indirizzare i singoli moduli di uno slave Questo permette ad esempio di cambiare il
6. 105 4 2 6 3 SUDDIVISIONE TEMPORALE DEL CANALE DI COMUNICAZIONE IRT ciaccricnoniana ndo aaa 106 4 2 6 4 PIANIFICAZIONE DELLA TEMPISTICA IRT BASATA SULLA TOPOLOGIA D IMPIANTO iii 107 4 2 6 5 CONFIGURAZIONE DI UNA RETE IRT ii 108 4 2 6 6 INTEGRAZIONE DI UNO SWITCH NEI DISPOSITIVI PROFINETAO cranio aaa ia 109 4 2 7 CALCOLO DELLE PRESTAZIONI DI UN SISTEMA PROFINET IRT 111 INDICE 4 2 7 1 TEMPO DI TRASMISSIONE DATI DI OUTPUT A TUTTII DISPOSITIVI E TEMPO DI AGGIORNAMENTO DI UN SISTEMA TE 112 Appendice A idiota 118 IL MODELLO ISO OSI lalla 118 A 1 DESCRIZIONE DEL MODELLO 118 A 1 1 LIVELLO 1 LO STRATO FISICO iii 119 A 1 2 LIVELLO 2 COLLEGAMENTO DATI in 120 A 1 3 CNR 121 A 1 4 LIVELLO 4 TRASPORTO 121 A 1 5 EK Ek 122 A 1 6 LIVELLO 6 PRESENTAZIONE ire 122 A 1 7 LIVELLO 7 APPLICAZIONE 123 App dic E 126 PROFIBUS DP DEVICE PERIPHER AL Visusdccsscsanncnnsseonensciasmeliansndsecsesaneatbescaceandns 126 BA IL PROTOCOLLO PROFIBUS ssaa 126 B 2 ARCHITETTURA DEL PROTOCOLLO 127 Bo MODELLO DICOMUNICAZIONE p lla 128 B 4 PROFIBUS DP CARATTERISTICHE DI BASE 131 B 4 1 CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA E TIPOLOGIA DEI DISPOSITIVI lee leali 133 B 4 2 PROCEDURA TRASMISSLY Ain sisescsrerossansutensanavenoteandenectaasenanaesaee 136 B 4 3 TOKEN PASSING eene 137 B 4 4 TEMPO DI POSSESSO DEL TOKEN soccissccscnrasacsuatasentaansiacansanccnes 138 B
7. DPM2 E un dispositivo di programmazione utilizzato durante la fase di allestimento per configurare e monitorare il sistema Appartengono a questa classe i dispositivi di configurazione come i personal computer ed i pannelli di controllo 133 Appendice B PROFIBUS DP e DP Slave E un dispositivo periferico dispositivo di input output pilota valvola Human Machine Interface che riceve dati in ingresso richieste ed invia informazioni in uscita al controllore centrale risposte Uno slave DP indirizzabile da entrambi i tipi di master Profibus DP gestisce sistemi mono master slave o multi master slave e implementa tipiche forme di comunicazione uno a uno o uno a molti Pu essere utilizzata una modalit di comunicazione multicast uno a molti solo per diffondere comandi di controllo globali da parte di entrambi i tipi di master verso un gruppo di slave DP o da parte di un dispositivo DPM2 verso un gruppo di DPMI In una comunicazione di tipo master slave il master DPM1 o DPM a possedere il controllo mentre in una comunicazione master master il dispositivo DPM2 e gestire l interazione Non definita nessuna forma di comunicazione tra dispositivi della stessa categoria La quantit di informazione scambiata tra stazioni dipende dai tipi di dispositivi in comunicazione al massimo si possono trasferire 246 byte di dati sia in input che in output Nei sistemi mono master Fig B 3 un solo master
8. LLI comunica sopra 11 Sistemi di comunicazione industriali con FMS e sotto con lo strato di collegamento dati livello 2 implementa relazioni di comunicazione che permettono a FMS di accedere al livello 2 indipendentemente dal tipo di dispositivo Il livello 2 implementa il controllo per l acceso al bus e garantisce la sicurezza dei dati Per la trasmissione fisica il protocollo FMS permette di utilizzare sia la tecnologia basata su RS 485 codifica del bit tramite segnale su tensione differenziale che le fibre ottiche PROFIBUS DP Device Peripheral nato nel 1994 DIN 19245 parte 3 ottimizzato per collegamenti economici ad alte prestazioni Questa versione PROFIBUS che la pi utilizzata rivolta soprattutto alla comunicazione tra sistemi di controllo e dispositivi distribuiti di I O PROFIBUS DP utilizza gli strati 1 PHY e 2 FDL del modello a 7 strati ISO OSI Gli strati dal 3 al 7 non sono definiti per motivi di efficienza e le funzioni di comunicazione previste dal protocollo e messe a disposizione dell utente attraverso l interfaccia utente vengono mappate sul livello 2 da un applicativo denominato DDLM Direct Data Link Mapper Quest architettura assicura una trasmissione veloce ed efficiente Per la trasmissione fisica vale lo stesso discorso fatto con FMS DP e FMS utilizzando la stessa tecnologia trasmissiva e lo stesso protocollo d accesso al bus possono operare simultaneamente sullo stesso cavo
9. anche se alle prestazioni del protocollo pi lento FMS PROFIBUS PA Process Automation nato nel 1995 DIN 19245 parte 4 e progettato principalmente per l automazione di processo consente di collegare sensori ed attuatori su una linea di comunicazione comune in aree a sicurezza intrinseca Con il protocollo PA possibile trasmettere dati e alimentazione su un bus a due conduttori in accordo con lo standard internazionale IEC 61158 2 codifica del bit tramite segnale di corrente che consente di operare in condizioni di sicurezza intrinseca permettendo ai dispositivi di essere alimentati direttamente sul bus A livello fisico PROFIBUS PA pu essere interfacciato con DP per mezzo di un bridge accoppiatore PA utilizza per la trasmissione dei dati un protocollo DP esteso oltre ad un Profilo PA nel quale viene definito il comportamento dei dispositivi di campo 12 Sistemi di comunicazione industriali 1 1 7 2 DISPOSITIVI IN RETI PROFIBUS Per quanto riguarda i dispositivi PROFIBUS distingue tra e Dispositivi MASTER che controllano la comunicazione sul bus Un master pu spedire messaggi senza richiesta esterna quando detiene il controllo della linea di comunicazione possesso del token Vengono anche chiamati stazioni attive e Dispositivi SLAVE sono unit periferiche che non possono accedere al bus direttamente se non per divulgare informazioni diagnostiche che lo riguardano Possono solamente riconoscere m
10. bus presente a livello di User Interface nei DPM1 Se a questo parametro stato assegnato il valore 1 il DPMI porta le uscite di tutti i DP slave assegnati nello stato di fail safe e modifica il proprio stato in Clear Se il parametro Error_Action_Flag ha valore 0 DPMI rimane nello stato Operate e sar l utente a definire il comportamento del sistema B 4 9 COMUNICAZIONE CICLICA TRA MASTER DPMI E SLAVE MS0 Lo scambio di dati ciclico tra i master di classel DPMI e uno slave anche chiamato connessione MSO Master Slave PROFIBUS DP V0 La trasmissione dati tra DPM1 e DP slave gestita dal dispositivo master attivo fig 3 5 secondo un ordine definito dall utente durante la fase di progettazione del sistema Sempre in questa fase l utente specifica quali DP slave devono essere assegnati ai DPMI e quali devono essere inclusi o esclusi dalla trasmissione ciclica col master Ogni dispositivo master DPM1 deve possedere una base di dati contenente parametri e valori di configurazione es tipo di dispositivo formato e lunghezza delle informazioni numero di ingressi e di uscite ecc relativi ai dispositivi passivi a lui assegnati ed al bus Durante la fase di parametrizzazione e configurazione ciascuno slave DP confronta le informazioni ricevute dal dispositivo attivo con quelle proprie memorizzando 1 risultati sulla diagnostica interna Il master DPMI verifica la compatibilit tra le due versioni richiedendo le info
11. descrizione dell hardware indirizzo IP accesso ai dati diagnostici download delle connessioni descrizione della funzionalit del software assegnazione del software all hardware interfaccia componente propriet delle variabili come i loro nomi tipi di dati e direzione input o output buffer dei componenti del progetto le librerie dei componenti sono organizzate per permettere la riutilizzabilit dei componenti C 1 4 XML L Extensible Markup Language XML una lingua di descrizione flessibile di dati Questi contengono testo normale arricchito con informazioni di struttura Un documento di XML si compone degli elementi e degli attributi Gli elementi possono contenere ulteriori elementi Gli attributi sono assegnati agli elementi La struttura si presenta con la scelta degli elementi e degli attributi 154 Appendice C PROFINET CBA Uno schema definisce cos una lingua per la struttura dei dati in una area specifica di uso La creazione dei documenti XML degli schemi e della convalida e dell elaborazione dei file supportata da numerosi strumenti Oggi XML supportato praticamente su tutti i sistemi C 1 4 1 REALIZZAZIONE DI UNA APPLICAZIONE PROFINET CBA COMPLETA Un applicazione viene generata in tre fasi 1 Creazione dei componenti I componenti sono generati come un immagine dei moduli tecnologici presenti nell impianto La programmazione e la configurazione dei dispositi
12. e i tempi di ciclo sono nell ordine della decina di ms Un approccio di questo tipo presenta i seguenti svantaggi Devo passare attraverso strati software prima attraverso l incapsulamento poi attraverso TCP IP ecc e tutto questo crea dei ritardi che oltretutto non sono costanti 48 Protocolli Isocroni Sono quindi stati sviluppati altri protocolli per applicazioni in tempo reale i cosiddetti protocolli isocroni real time 2 3 4 PROFINET Particolarmente completo risulta l approccio di PROFINET che introduce il concetto di oggetti per l automazione Come protocollo di comunicazione PROFINET presenta due diverse tipologie di prodotto per coprire le molteplici esigenze un protocollo PROFINET CBA poco adatto al tempo reale ma basato su standard di accesso molto diffusi quali RPC DCOM OPC e un protocollo pensato per il campo e il tempo reale PROFINET IO A livello applicativo PROFINET CBA introduce il concetto di modulo tecnologico La funzione di un impianto automatico o di una macchina in un processo di manufacturing effettuato con l interazione tra meccanica parte elettrico elettronica e parte di controllo logico software Lavorando a questo principio PROFINET CBA definisce le parti meccaniche elettriche elettronica e logica di controllo software in termini funzionali per formare un unico modulo tecnologico Un modulo tecnologico permette quindi di fornire al progettista esattamente l hardware e
13. interno dell anello logico costituito da tutti i dispositivi attivi Durante la fase operativa i master malfunzionanti o spenti devono essere tolti dall anello logico mentre quelli attivati successivamente devono essere inseriti nell anello logico Un altro compito importante del livello 2 FDL riguarda la sicurezza dei dati Il formato delle trame utilizzato nel protocollo PROFIBUS assicura elevata integrit dei dati grazie a telegrammi caratterizzati da distanza di Hamming HD 4 ottenuti secondo le norme dello standard IEC 870 5 1 Livello DDLM Lo strato di collegamento dati DDLM permette il trasferimento delle informazioni anche in modalit broadcasting utilizzata per l invio di trame a tutte le stazioni attestate sul bus e multicasting per l invio di dati ad un gruppo di stazioni 1 1 7 4 TECNOLOGIE TRASMISSIVE Il protocollo PROFIBUS al fine di soddisfare diverse esigenze in termini di velocit di trasmissione distanza raggiungibile sicurezza e possibilit di alimentazione lungo il bus supporta diverse soluzioni tecnologiche trasmissione RS 485 per DP FMS trasmissione con fibre ottiche per DP FMS trasmissione IEC 1158 2 conforme per PA RS 485 la tecnologia trasmissiva pi utilizzata nelle applicazioni Profibus e il suo impiego include tutti quei casi in cui si rende necessaria una trasmissione ad alta velocit 14 Sistemi di comunicazione industriali implementabile in maniera semplice Util
14. interpolazione della traiettoria posizione e velocit Applicazione di Classe 3 e Controllo di posizione e interpolazione della traiettoria centralizzato Applicazione di Classe 4 e Controllo di posizione distribuito con interpolazione della traiettoria centralizzata Applicazione di Classe 5 e Controllo del movimento per processi sincronizzati Applicazione di Classe 6 Per chiarire il concetto di automazione distribuita vengono di seguito riportate tre applicazioni una che utilizza la comunicazione ciclica di PROFIBUS per comandare un azionamento standard e due che necessitano per il funzionamento l utilizzo di un protocollo isocrono come PROFIBUS DP V2 32 Protocolli Isocroni 2 2 1 1 AZIONAMENTO STANDARD CLASSE 1 APPLICAZIONE DI CLASSE 1 Sistema di Automazione Gestione del processo Dati di controllo setpoint vel A Dati di Stato Valori reali Azionamento Azionamento Azionamento Controllo vel Anello aperto Controllo vel Anello aperto Controllo vel Anello aperto Controllo vel Anello chiuso Controllo vel Anello chiuso Controllo vel Anello chiuso Encoder Opzionale Encoder Opzionale Encoder Opzionale Figura 2 2 Azionamento Standard Nei casi pi semplici l azionamento controllato tramite l invio di un setpoint attraverso il bus per esempio inviando il setpoint di velocit La regolazione della velocit implementato direttamente nell
15. presenti nella LAS non succede nulla allora vuol dire che il master considerato l unico nell anello logico 137 Appendice B PROFIBUS DP B 4 4 TEMPO DI POSSESSO DEL TOKEN L intervallo temporale in base al quale ogni stazione attiva autorizzata a mantenere il possesso del token TTH Token Holding Time individuato dalla differenza di altri due parametri TTR Target Rotation Time e TRR Real Rotation Time TTH TTR TRR TRR la differenza temporale tra l ultima e la penultima volta in cui il DPMI considerato ha ricevuto il token TTR un valore predefinito in fase di inizializzazione e per quanto riguarda i dispositivi DPM1 obbedisce alla seguente espressione TTR DPM1 TSLP TS TTR DPM2 TADD dove TSLP TS tempo assegnato al ciclo di polling relativo al dispositivo considerato TS TTR DPM2 Target Rotation Time riferito ai dispositivi DPM2 gt TSLP TADD tempo considerato come margine di sicurezza per eventuali ritrasmissioni dei messaggi Determinato il tempo di possesso del token TTH esso viene decrementato ogni Tbit tempo necessario per trasmettere un bit 1 bit rate Terminato un ciclo di messaggio il master che detiene il token potr proseguire nell utilizzo del bus solamente se TTH gt 0 138 Appendice B PROFIBUS DP BAS INSERIMENTO E RIMOZIONE DI STAZIONI DALL ANELLO LOGICO Stazioni master e o slave possono essere connesse disconnesse al dal
16. 1 n Frame Offset lt __ _ _ _ _ Figura 4 6 Scambio di dati ciclico Non tutti i dati devono essere trasmessi con la stessa frequenza se ci avvenisse la stazione pi lenta determinerebbe la velocit di spedizione dei dati Per esempio i valori di temperatura non devono essere spediti durante ogni ciclo di bus La soluzione a questo problema fornita dal Reduction Ratio rapporto di riduzione che deve essere considerato come un fattore moltiplicatore del ciclo di invio o di ricezione e determina in quale ciclo di quelli successivi verranno trasmessi i dati Il rapporto di riduzione specificato durante la configurazione per ogni relazione di comunicazione I O CR 94 PROFINET I O 4 2 3 MODELLO DEI DISPOSITIVI Ad ogni dispositivo deve essere assegnato un numero di identificazione Device Ident ID Number univoco Questo numero a 32 bit diviso in due parti i primi 16 bit rappresentano il numero identificativo del produttore i rimanenti 16 bit il numero identificativo del dispositivo E stato specificato un modello uniforme per i dispositivi IO Device PROFINET che permette una configurazione dei singoli moduli del dispositivo Questo modello simile alle caratteristiche del modello PROFIBUS DP Un dispositivo di campo pu essere modulare cio includere slot fisici per l inserzione dei moduli oppure non espandibile e allora gli slot possono essere considerati virtuali In o
17. Active Station nella quale sono segnati fra gli altri il proprio indirizzo TS This Station e quelli dei dispositivi immediatamente precedente PS Previous Station e successivo NS Next Station Se un master riceve per la prima volta il token da una stazione diversa da PS viene prodotto un messaggio di errore ma se la cosa si ripete nel ciclo di messaggio immediatamente successivo allora il destinatario assume che l anello logico sia stato modificato e memorizza la stazione mittente come nuove PS Trasmissione del token dopo aver concluso il proprio ciclo di messaggio il master che detiene il token lo passa alla stazione attiva successiva NS A trasmissione avvenuta e trascorso un certo intervallo temporale TSYN Syn Time all interno dello Slot Time il mittente pu ricevere o un messaggio di convalida valid frame a garanzia del buon esito dell operazione oppure pu riceverne uno alternativo invalid frame dal quale desume che un altro master DPM2 ha preso nel frattempo il controllo del bus L azione successiva da parte del master che inizialmente aveva trasmesso il token di verificare l effettivo utilizzo della linea di comunicazione il tutto all interno dello stesso Slot Time iniziale In caso di bus idle il mittente replica l intera procedura al massimo per altre due volte e se i risultati non cambiano spedisce il token alla stazione successiva a quella individuata da NT nella LAS Se per tutte le stazione
18. IEC 11801 2 4 1 LE TOPOLOGIE DELLA RETE Le topologie della rete pi frequenti includono le strutture a stella a linea ad albero e ad anello In pratica un sistema consiste di una miscela delle strutture che sono descritte pi nei particolari qui sotto Queste strutture possono essere implementate attraverso una coppia di cavi in rame o attraverso fibre ottiche Topologia a stella La struttura a stella caratterizzata da un distributore centrale del segnale switch con i diversi collegamenti ai terminali di tutta la rete Le applicazioni per le strutture della rete a forma di stella sono zone ad alta densit di dispositivi e corto raggio di espansione per esempio piccole cellule di manufacturing o una singola macchina di produzione Topologia ad albero La topologia ad albero deriva dall unire insieme parecchie reti stella per formare una rete Una miscela di fibra ottica e di cablaggio di doppini twistati possibile ove necessario Tale topologia utilizzata per la divisione di installazioni complesse in sotto installazioni di minor complessit 56 Protocolli Isocroni Topologia a linea La struttura a linea realizzata per mezzo di uno switch vicino ad ogni dispositivo da collegare o da uno switch integrato in ogni dispositivo la struttura pi utilizzata nel settore dei bus di campo perch la pi economica dal punto di vista dell istallazione dei cavi Topologia ad Anello ridondanza
19. OSI ISO OSI TCP IP Collegamento dati Host Rete Figura 2 8 Gli stack ISO OSI e TCP IP I livello fisico e collegamento dati sono sostituiti dal livello Host Rete A livello 3 Rete troviamo il livello IP mentre a livello Trasporto possiamo trovare il livello TCP o il livello UDP Per ragioni di efficienza non sono presenti i livelli Sessione e Presentazione Troviamo infine il livello applicazione Il livello IP La trasmissione con Internet Protocol software IP rappresenta una tecnica di commutazione a pacchetti non afffidabile o un servizio di datagram non affidabile fra una sorgente e una destinazione IP I datagrammi IP possono essere persi a causa di interferenza sul canale di trasmissione o per il sovraccarico della rete e possono arrivare parecchie volte o in un ordine differente rispetto a quello in cui sono stati trasmessi 42 Protocolli Isocroni Puo essere presupposto tuttavia che un datagramma se arrivato sia corretto Gli errori nel pacchetto possono essere identificati con una probabilita molto alta dal controllo totale dei 32 bit del pacchetto di Ethernet cheksum Il protocollo IP in grado di supportare anche livelli fisici diversi da ETHERNET quali per esempio linee telefoniche e fibre ottiche Il pacchetto IP 64 Kb pu essere frammentato in modo diverso a seconda del livello fisico con il quale dialoga Come facile notare se la dimensione massima del datagramma IP di 65535 b
20. Questo mi permette fino a quando non saturo il buffer di non perdere nessun pacchetto Il costo di uno switch in genere proporzionale alla dimensione di questi buffer 2 3 3 5 INCAPSULAMENTO L idea pi semplice per utilizzare ethernet con i protocolli di bus di campo esistenti stata quella di incapsulare i protocolli esistenti all interno del campo dati del pacchetto ethernet Un esempio di incapsulamento Ethernet Ip Ethernet Industrial Protocoll Si incapsulato all interno del pacchetto ethernet un bus di campo quale DeviceNet DeviceNet in questo caso diventa uno dei tanti protocolli applicativi oltre a Http e Ftp Sotto il livello applicativo ci si avvale ancora del protocollo TCP IP EtherNet IP mantiene invariati il livello fisico ed il metodo di accesso CSMA CD Standard Ethernet IEEE utilizza i servizi offerti dai protocolli TCP IP e integra tutte le funzioni del protocollo applicativo CIP Control and Information Protocol cuore della tecnologia di comunicazione NetLinx di Rockwell Automation L impiego di EtherNet IP permette in pratica di realizzare soluzioni di controllo distribuite con prestazioni paragonabili a quelle di ControlNet Un altro degli standard pi diffusi grazie alla sua semplicit Modbus over TCP In tutti questi standard si tende a preservare il livello applicazione rispetto al bus di campo adottato Si tratta di protocolli in genere poco adatti ad applicazioni di motion control
21. Soft Real Time SRT per dati di processo critici rispetto al tempo utilizzata nel campo dell automazione aziendale 3 Isochronous Real Time IRT per particolari applicazioni come per applicazioni di Motion Control 87 PROFINET I O omunicazioni Automazione Applicazioni di Standard aziendale Motion Control Figura 4 1 I tre livelli della comunicazione PROFINET Il grafico sottostante fig 4 2 evidenzia la distribuzione dei tempi di risposta dei tre diversi approcci PROFINET alla comunicazione 0 25 1 0 10 1 msec msec msec IRT isochronous real time hardware TCP IP RT real time Figura 4 2 Distribuzione dei tempi di risposta dei tre approcci PROFINET alla comunicazione 88 PROFINET I O La comunicazione standard attraverso il protocollo TCP IP da tempi di risposta medi attorno ai 100 ms La comunicazione tramite SRT Channel evidenzia un miglioramento dei tempi di trasmissione di un fattore 10 1 tempi di risposta si attestano infatti attorno ai 10 ms Anche la varianza subisce una riduzione che si attesta attorno ad un fattore che oscilla tra le 5 e le 8 volte quello della comunicazione standard Pertanto i tre livelli di prestazioni di PROFINET coprono l intero campo delle applicazioni per l automazione e di conseguenza le caratteristiche fondamentali dello standard PROFINET sono le seguenti e Uso in contemporanea di comunicazioni basate su TCP e comunicazioni real time e Prot
22. Un ulteriore beneficio si ha considerando che la potenza del processore necessario nel dispositivo per la comunicazione notevolmente ridotto PROFINET distingue diverse classi realtime che si differenziano in funzione delle performance richieste R7 chiamato anche SRT e IRT Viene utilizzata anche la seguente terminologia Real time locale per la comunicazione RT e Real time sincronizzato per la comunicazione IRT 91 PROFINET I O 4 2 PROFINET IO Con PROFINET IO l integrazione di dispositivi di campo decentralizzati implementata direttamente su Ethernet Per questo scopo la metodologia di accesso Master Slave di PROFIBUS DP stata convertita al modello provider consumer PROFINET prevede tre tipi di dispositivi IO Controller dispositivo controllore sul quale gira il programma di automazione IO Device dispositivo di bus di campo remoto che viene assegnato a un IO Controller IO Supervisor dispositivo PC di programmazione con funzioni di configurazione e di diagnostica Dal punto di vista della comunicazione tutti i dispositivi su Ethernet sono trattati allo stesso modo Tuttavia durante il processo di configurazione i vari dispositivi sono assegnati ad un controllore centralizzato 1O Controller Per la configurazione viene utilizzata la stessa interfaccia di PROFIBUS Durante il funzionamento i dispositivi periferici IO Device trasferiscono le informazioni di input al controller il controller elabora
23. caricati nelle varie stazioni 4 2 6 6 INTEGRAZIONE DI UNO SWITCH NEI DISPOSITIVI PROFINET IO Per sfruttare al massimo le prestazioni di IRT sono stati progettati degli ASIC con controllore Ethernet con funzionalit di switch e funzionalit IRT integrate Questi nuovi ASIC permettono diverse opzioni di cablaggio per interfacciare dispositivi di campo con Ethernet tra cui l economica struttura a linea tipica degli impianti PROFIBUS fig 4 17 Questo permette una riduzione dei costi considerevole perch in molti casi non necessario l utilizzo di switch esterni e il cablaggio di un sistema di automazione in una struttura a linea permette una notevole riduzione dei costi dei cavi e del loro posizionamento 10 Controller 10 Device 10 Device 10 Device 10 Device Figura 4 17 Struttura a linea Attualmente Siemens offre due ASIC che possono essere sia ASIC Ethernet quanto ASIC PROFINET ERTEC 400 e ERTEC 200 L ERTEC 400 Enhanced Real Time Ethernet Controller un controllore Ethernet ad alte prestazioni con integrato uno switch a 4 porte e un microprocessore per applicazioni industriali a 32 bit ARM 946 L ERTEC 200 funzionalmente identico ma prevede una struttura con 2 porte 109 PROFINET I O 110 PROFINET I O 4 2 7 CALCOLO DELLE PRESTAZIONI DI UN SISTEMA PROFINET IRT Per valutare le prestazioni di un sistema PROFINET IRT stata analizzata un applicazione in un imp
24. dell interfaccia di comunicazione standardizzata Al fine di utilizzare nelle applicazioni di motion control bus di campo con automazioni distribuite gli standard dei bus di campo sono stati dotati di nuove funzionalit tra le quali e Sincronismo del ciclo di clock Se per gestire l interpolazione e il controllo ad anello chiuso della posizione di un asse viene utilizzato un sistema di motion control centralizzato allora l anello di controllo deve essere chiuso attraverso il bus Affinch il guadagno di anello sia abbastanza alto per soddisfare le prestazioni dinamiche il ritardo deve essere minimo e specialmente costante L applicazione che controlla il movimento richiede il coordinamento di diversi assi i valori di posizione reali dei diversi assi devono essere acquisiti in modo preciso nello stesso istante di tempo e valutati in sincronismo dal controllore inoltre i valori di setpoint devono essere applicati a tutti gli assi nello stesso istante di tempo I valori reali acquisiti trasferiti e l attivazione dei setpoint sono sincronizzati con il ciclo di clock insieme al controllo di posizione ad anello chiuso 27 Protocolli Isocroni e Comunicazione da slave a slave Rappresenta lo stato dell arte nel campo dell automazione attraverso la comunicazione slave to slave gli azionamenti possono utilizzare il concetto di automazione distribuita Nel campo dell automazione distribuita le applicaz
25. di computer 2 edizione Hall amp Jackson 6 PROFIBUS Technical Overview www PROFIBUS com 7 PROFINET Technical Overview www PROFIBUS com 8 PROFIBUS day 26 giugno 2003 Antonio Augelli SIEMENS s p www PROFIBUS com 9 Flammini A Dispensa Sistemi per l automazione e PLC yoda ing unibs it Materiale_didattico Sistemi_per_l automazione_e_PLC 160 BIBLIOGRAFIA 10 Zantedeschi Corrado Tesi di laurea Progettazione e realizzazione a microprocessore di un interfaccia PROFIBUS per applicazioni industriali anno accademico 97 98 11 Zanetti Damiano Tesi di laurea Realizzazione di una rete in Profibus DP anno accademico 2002 2003 12 Barbo Sauro Tesi di laurea Realizzazione e caratterizzazione di una rete PROFINET anno accademico 2002 2003 13 P Ferrari A Flammini D Marioli A Taroni Experimental evaluation of PROFINET performance WFCS 2004 Proceedings Ed Thilo Sauter and Francisco Vasques 14 J Feld PROFINET Scalable Factory Communication for all Application WFCS 2004 Proceedings Ed Thilo Sauter and Francisco Vasques 15 F Bertozzi M Di Natale L Almeida Amission control and overload handling in FTT CAN WFCS 2004 Proceedings Ed Thilo Sauter and Francisco Vasques 16 M Calha J Fonseca Approaches to the FTT based Sheduling of task and message WFCS 2004 Proceedings Ed Thilo Sauter and Francisco Vasques 17 G Rodriguez Navas J Rigo J Proenza J Ferr
26. di comunicazione industriali Tipicamente in questo ambito il livello 1 costituito dai trasduttori finecorsa sensori encoder e attuatori rel motori elettrovalvole spie di segnalazione posti sull impianto di produzione a livello 2 ci sono i controllori di cella PLC CNC che controllano sensori e trasduttori ai quali sono collegati direttamente o tramite bus di campo Tutti i PLC che coordinano le varie celle di un reparto di produzione sono collegati fra loro tramite rete locale alla quale si connette anche un sistema SCADA Supervisory Control And Data Acquisition Sistema centralizzato di supervisione e controllo di sistemi distribuiti di supervisione livello 3 Il livello 3 viene anche detto livello di sistema e o celle e i sistemi di comunicazione vengono detti bus di processo o di cella A livello 4 detto anche livello di controllo e di servizio ho in generale i sistemi CAD CAM e utilizzando una terminologia pi moderna i sistemi ERP MES Enterprise Resource Planning Manufactoring Execution Systems Tali sistemi elaborano 1 dati di produzione e li presentano in una forma adeguata al management prelevandoli da tutti i sistemi SCADA della fabbrica ai quali sono connessi sempre tramite LAN Salendo nella piramide aumenta la quantit di dati e diminuiscono i requisiti in termini di aderenza stretta al tempo reale 1 1 3 ISISTEMI DISTRIBUITI I sistemi distribuiti sono sistemi composti da un gran numero di
27. dovuto ad una temporanea situazione di sovraccarico In questo caso il provider salta completamente la spedizione dei pacchetti RT per l intero ciclo e riprova con il prossimo ciclo Tuttavia gli altri pacchetti aRT e NRT possono essere spediti all interno del ciclo se questo possibile 4 2 6 COMUNICAZIONE ISOCRONA IN TEMPO REALE IRT IN PROFINET IO 103 PROFINET I O Uso di applicazioni di motion control richiede la sincronizzazione dei cicli di applicazione Tramite l Isochronous Real Time possibile controllare cicli di bus di durata minore di ms con jitter inferiore ad 1 us Si tratta in questo caso di una soluzione hardware In questo caso in PROFINET non c soltanto uno stack di comunicazione minimizzato anche la trasmissione dei dati nella rete viene gestita attraverso particolari switch Canale Canale Canale aperto Canale aperto Canale sin TCP IP sl TCP IP pi Ciclo 1 Ciclo 2 Ciclo n Figura 4 14 Suddivisone temporale del ciclo di bus In un sistema IRT il ciclo di bus deve essere diviso in una parte IRT e una parte non IRT durante la configurazione PROFINET IRT usa gli stessi protocolli visti precedentemente in aggiunta ha un protocollo di comunicazione per la sincronizzazione e un gestore della comunicazione temporale Lo scopo principale di IRT la sincronizzazione della comunicazione attraverso un controllo preciso della comunicazione Questo pu essere implementato att
28. half duplex Sistemi di comunicazione industriali tuttavia vi un decremento delle prestazioni in quanto non vi pu essere trasmissione e ricezione simultanea MASTER MASTER k ty Tx Rx i is tt 7 I IT IT SLAVE SLAVE SLAVE SLAVE SLAVE SLAVE Figura 1 3 Tipi di trasmissione full duplex half duplex La presenza di tanti protocolli diversi tra loro costringeva ad un notevole lavoro di implementazione sul sistema a pi alto livello PLC PC impedendo di fatto l intercambiabilit tra componenti di differenti costruttori Per evitare di dover ogni volta implementare i vari protocolli proprietari sul PLC spesso si ricorreva a dei convertitori di protocollo ossia dei sistemi che agivano come master della rete proprietaria dei trasduttori e come slave della rete nota al PLC Alcune di queste reti proprietarie master slave sono evolute verso architetture multimaster altre hanno modificato la strategia di accesso al bus per cui viene a cadere la distinzione tra utente master e utente slave Nel primo caso accesso al bus di tipo deterministico i master sono autorizzati alla trasmissione per un tempo prestabilito tempo di mantenimento del token scambiandosi l autorizzazione a trasmettere token secondo una sequenza prestabilita Tale soluzione si dice deterministica perch possibile calcolare un tempo massimo entro il quale l
29. il tempo di ciclo dell applicazione sul master che controlla gli slave 67 PROFIBUS DP V2 Tsapc Tempo di ciclo dell applicazione sullo Slave Rappresenta il tempo di ciclo dell applicazione sullo slave che legge gli ingressi e scrive le uscite Valori differenti di TMAPCs Tpp Tsapc Nel caso si utilizzino pi cicli DP possibile specificare dei valori differenti di Tmapc Tsapc Tmapc gt Tpp gt Tsapc Tmapc n Tp n 1 14 Tempi di trasmissione Dipendono dal modello usato valori pertinenti del tempo di trasmissione possono essere Master gt Slave 1 2 Tpp dipende da To Slave gt Master 1 3 Tpp dipende da Ty e Tm Master lt gt Slave ritardi aggiuntivi dovuti al passaggio attraverso interfacce HW e SW Nel caso di funzionalit tecnologiche quali interpolazione di assi richiesto lo stesso tempo di trasmissione per tutti gli slave 68 PROFIBUS DP V2 3 1 5 2 CICLO DP SEMPLICE Nel ciclo DP semplice si usa il cosiddetto buffered synchronized isochronous mode La figura mostra un esempio di controllo di posizione In questo esempio sono necessari quattro cicli DP per una reazione nell anello di controllo della posizione 1 ciclo Acquisizione del valore di posizione slave 2 ciclo Trasmissione del valore di posizione slave gt master 3 ciclo Elaborazione dell algoritmo di controllo posizione master 4 ciclo Trasmissione del setpoint mas
30. informazione di qualsiasi utente verr trasmessa infatti il master avr il token tipicamente ogni N T allocazione round robin del token dove N il numero dei master e T il tempo di mantenimento del token per ogni master Lo svantaggio di una simile configurazione che manca una logica di priorit e cio le segnalazioni urgenti possono essere inoltrate solo previo ottenimento del token L affidabilita di una simile rete ottima purch si preveda un meccanismo di sorveglianza del token e di eventuale reinizializzazione della rete Nel secondo caso accesso al bus di tipo casuale ogni utente verifica se la rete libera quindi accede alla rete e in caso di collisione tipicamente interrompe la trasmissione e attende nuovamente la Sistemi di comunicazione industriali condizione di rete libera retry Tale strategia di accesso non deterministica in quanto il tempo che intercorre tra l esigenza di inoltrare un messaggio e l effettiva presenza del messaggio in rete non nota a priori ma dipende dal traffico sulla rete 1 1 5 IL CONCETTO DI REAL TIME Come abbiamo visto determinismo significa che un sistema reagisce entro un intervallo di tempo prevedibile lt 100 msec Il tempo reale nel contesto dei bus di campo legato al concetto di determinismo Un sistema in tempo reale reagisce in un arco di tempo definito pi ristretto lt 10 msec In una rete isocrona il trasferimento dati avviene in tempo real
31. l uscita dello slave Ciclo completo lettura del segnale d ingresso tempo di ciclo dell ET 200S tempo di ciclo DP elaborazione del programma da parte della CPU tempo di ciclo dell ET 200S 21 Sistemi di comunicazione industriali emissione del segnale d uscita Vi sono almeno tre processi ciclici ET 200S ciclo PROFIBUS DP CPU non sincronizzati fra loro Come tempo di reazione si intende il tempo intercorrente tra il verificarsi di un evento e l emissione di una reazione da parte di una unit di uscita Questo tempo di reazione pu essere pari alla somma dei singoli cicli e raggiungere anche il doppio 1 2 2 CICLIDI LAVORAZIONE SINCRONIZZATI ISOCRONISMO I protocolli isocroni garantiscono un trasferimento dati a intervalli di tempo di uguale lunghezza equidistanti E importante come oltre al protocollo anche le applicazioni siano isocrone cio sincronizzate fra loro e a tempo di ciclo costante Con riferimento all esempio precedente di figura 1 11 si avrebbe tempo di reazione costante Isocronismo ha le seguenti propriet e il programma applicativo sincronizzato con l elaborazione della periferia Sincronismo significa che tutte le operazioni sono armonizzate tra loro nel tempo tutti 1 dati in ingresso vengono prelevati in un istante definito Anche 1 dati di uscita diventano attivi in un momento definito I dati di ingresso e di uscita sono sincronizzati sul clock di sistema fino ai mor
32. le informazioni e trasferisce l output ai dispositivi periferici Le varie informazioni possono essere trasferite tra gli IO Controller e gli IO Device attraverso i seguenti canali Dati ciclici di IO Questi dati sono trasferiti sul canale real time Allarmi Sono trasferiti sul canale real time Parametrizzazione configurazione lettura delle informazioni diagnostiche Questi dati sono trasferiti attraverso canali standard sulla base di UDP IP 92 PROFINET I O Canale Real Time Dati di processo Canale Real Time Allarmi Canale Standard H Configurazione Record data CR H IO data CR 8 EE IO Controller IO AR Device IO Figura 4 5 I canali di comunicazione Alla partenza vengono stabilite le istanze di relazione IO AR tra gli IO Controller e gli IO Device attraverso in canale UDP IP L istanza di relazione IO AR contiene diverse relazioni di comunicazione CR attraverso le quali sono trasferite la configurazione 1 dati di processo e gli allarmi Il dispositivo IO Controller trasferisce i dati di parametrizzazione e di configurazione del dispositivo IO Device assegnato sulla Record data CR La trasmissione ciclica dei dati di ingresso e di uscita implementata sulla IO CR Gli eventi aciclici sono trasmessi sulla Alarm CR al IO Controller In PROFINET esistono diversi tipi di allarme unplug plug in diagnostici di stato e allarmi di aggiorn
33. line nessuna forma di trasmissione permessa Sincronizzazione e Comandi di controllo consentono la sincronizzazione degli ingressi e delle uscite e Modalit Sync le uscite sono sincronizzate e Modalit Freeze gli ingressi sono sincronizzati Funzionalit e Trasmissione ciclica di dati utente tra DP master e DP slave e Attivazione e disattivazione dinamica di singoli DP slave e Verifica della configurazione dei DP slave e Potenti funzioni diagnostiche 3 livelli gerarchici di messaggi diagnostici e Sincronizzazione degli ingressi e o delle uscite e Assegnamento degli indirizzi ai DP slaves sul bus e Configurazione dei DP master DPM1 sul bus per mezzo dei DP master DPM2 e Massimo 246 byte di dati in ingresso e in uscita per DP slave Funzioni di protezione e sicurezza e Tutti i messaggi sono trasmessi con distanza di Hamming HD 4 e Watchdog timer per i dispositivi DP passivi e Protezione d accesso in ingresso e in uscita per Master DPMI e per Slave e Funzioni di controllo dei dati utente trasmessi Data_Control_Timer Tipi di dispositivi e DP master di classe 2 DPM2 dispositivi di programmazione configurazione diagnostici e DP master di classe 1 DPM1 controllori programmabili come PLCs PCs ecc e DP slave dispositivi con ingressi e uscite analogiche o digitali trasmettitori ecc Tab B 1 Caratteristiche generali del protocollo DP V0 132 Appendice B PROFIBUS D
34. sta cercando di introdurre la rete Ethernet anche a livello di campo La rete Ethernet molto diffusa a livello mondiale e l introduzione di Ethernet a livello industriale pu portare diversi vantaggi Vantaggi economici perch le cose diffuse costano poco Un altro vantaggio consiste nella possibilit di utilizzare internet a livello industriale Ethernet esisteva gi a livello industriale ma solo fino a pochi anni fa era concentrata solo a livello amministrativo Era la rete che collegava i vari uffici dell amministrazione oppure collegava gli impianti di produzione a livello di area non era la rete su cui viaggiavano i dati critici dell automazione con cui vengono ad esempio controllati gli azionamenti Con il termine Industrial Ethernet ci si riferisce in genere a quelle applicazioni che utilizzano Ethernet per le comunicazioni a livello di campo ossia di PLC e periferia Per capire come stato possibile utilizzare Ethernet a livello di bus di campo si deve analizzare il suo funzionamento 2 3 2 1 LA COMUNICAZIONE CSMA CD Ethernet usa come modello di comunicazione il tipo CSMA CD Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection le cui caratteristiche fondamentali sono Carrier Sense Tutte le stazioni Ethernet prima di iniziare la trasmissione sono obbligate a verificare che nessun altra stazione stia comunicando sulla rete Multiple Access Pi di due stazioni possono trasmettere quando la rete disp
35. stesso tempo un subscriber e viceversa Un publisher pu essere uno slave DP VO che supporta il byte 1 di stato del telegramma di parametrizzazione di DP V1 Un subscriber deve operare come uno slave DP V1 deve quindi supportare i tre byte di stato del telegramma di parametrizzazione di DP V1 e l elaborazione di stato strutturata come per il protocollo DP V1 Nel paragrafo 3 1 7 verr descritto in dettaglio il significato dei bit dei byte di stato 3 1 6 1 COME OPERA IL DxB La figura mostra l esempio di un publisher e due subscriber Uno slave abilitato come un publisher da un master di classe 1 attraverso il telegramma di parametrizzazione Durante lo scambio dati ciclico il master di classe 1 invia i suoi dati allo slave inserendo nell intestazione del telegramma uno speciale Function Code FC x7H Il publisher risponde con i suoi dati di processo inserendoli in un telegramma di broadcast con indirizzo di destinazione 127 Questi dati di processo possono essere ricevuti dai subscriber abilitati per quel publisher Un subscriber deve essere abilitato come tale durante la fase di start up e preleva solamente i dati dal publisher assegnato In pratica il tipo di struttura che definisce questi parametri la Subscribertable che viene caricata dal master di classe 1 tramite la parametrizzazione strutturata 73 PROFIBUS DP V2 Telegrammi di Data Exchange Figura 3 8 Comunicazione Slave to Slav
36. tipo di 145 Appendice B PROFIBUS DP misura o i valori di fondo scala durante il processo produttivo attraverso la parametrizzazione dei singoli moduli La comunicazione aciclica e normalmente una comunicazione non critica dal punto di vista del tempo Quindi lo scambio dati aciclico avviene dopo lo scambio di dati ciclico Nel trasferimento dati ciclico DP V0 i dati sono trasferiti con brevi telegrammi all interno del ciclo di bus In DP VO la lunghezza del telegramma sempre collegata alla lunghezza dei dati utente che devono essere trasferiti Quindi procedendo all ottimizzazione di questa lunghezza a seconda del processo si pu ottenere un sostanziale aumento delle prestazioni I servizi aciclici per DP V1 hanno portato ad una estensione della struttura sei telegrammi DP VO Sono stati perci definiti nuovi Service Access Points SAPs che implementano il nuovo meccanismo di indirizzamento per lo scambio dei dati utente Function_Num Slot_Number index lenght La figura mostra la struttura di un ciclo di bus in DP V1 in Ciclo di BUS DP V1 Te bk Scambio dati Ciclico Scambio dati Aciclico Figura B 6 Ciclo di bus DP V1 B 4 15 COMUNICAZIONE ISOCRONA PROFIBUS DP V2 La comunicazione sincronizzata al ciclo di clock e implementata attraverso un segnale di clock isocrono Questo ciclico isocrono impulso di clock e trasmesso come un telegramma di global control dal master a tutte le stazioni del bu
37. traffico Per questo motivo i produttori di sistemi Ethernet real time hanno proposto delle integrazioni allo standard Per esempio PROFINET ha introdotto il concetto di bypass clock associato ai suoi ASIC ERTEC Questi componenti si comportano come degli switch per quanto riguarda il traffico di rete normale mentre per quanto riguarda il traffico PTP sono in grado di correggere al volo il contenuto dei messaggi di Sync Infatti le correzioni dei timestamp saranno in grado di compensare le asimmetrie nei ritardi di comunicazione 31 Protocolli Isocroni 2 2 1 ISOCRONIA NEL CAMPO DEGLI AZIONAMENTI L AUTOMAZIONE DISTRIBUITA Il concetto di automazione distribuita prevede che le applicazioni di controllo ad anello aperto o ad anello chiuso implementate nel passato da un unit centrale possono essere distribuite tra azionamenti intelligenti Questo comporta un trasferimento dei dati direttamente tra gli azionamenti In PROFIBUS vengono definite sei classi di applicazioni per l integrazione degli azionamenti in sistemi automatizzati e Azionamento Standard con funzioni di automazione nell unita di controllo centrale Applicazione di Classe 1 e Azionamento Standard con funzioni di automazione distribuite anche negli azionamenti Applicazione di Classe 2 e Azionamento distribuito per singoli assi e funzioni di automazione nell unita di controllo centrale Ogni asse controllato da un azionamento che controlla
38. 4 5 INSERIMENTO E RIMOZIONE DI STAZIONI DALL ANELLO LOGICO 139 B 4 6 INIZIALIZZAZIONE DELL ANELLO LOGICO 139 B 4 7 PRIORIT DEI MESS AGG lea 140 B 4 8 COMPORTAMENTO DI SISTEMA DEI MASTER DPM 1 140 B 4 9 COMUNICAZIONE CICLICA TRA MASTER DPMI E SLAVE MSO 141 B 4 10 DIAGRAMMA DI STATO DELL INTERFACCIA UTENTE DI UNO SLAVE IDPS E 142 B 4 11 SINCRONIZZAZIONE DEGLI SLAVE DP V0 COMANDI SYNC EE 143 B 4 12 FUNZIONI DIAGNOSTICHE 144 B 4 13 MECCANISMI DI PROTEZIONE lira 145 B 4 14 COMUNICAZIONE ACICLICA PROFIBUS DP V1 145 B 4 15 COMUNICAZIONE ISOCRONA PROFIBUS DP V2 146 B 4 16 COMUNICAZIONE SLAVE TO SLAVE PROFIBUS DP V2 147 B 4 17 DEVICE DATABASE FILE GSD ui 148 BAAS PROFILI PROFIBUS DB aaa 148 INDICE APpeldice Cir red se nesasonunusademaneeseeusees 150 PROFINET CBA Lella 150 Cl PROFINET CRA spl 150 C 1 1 LK EIERR G LTE EE E 150 C 1 2 MODELLO DEL COMPONENTE DI PROFINET 151 C 1 2 1 VANTAGGI DELLA MODULARIZZAZIONE 152 C 1 2 2 LIVELLO DI DETTAGLIO DEI MODULI TECNOLOGICI 153 Cold LA DESCRIZIONE DEL COMPONENTE DI PROFINET PCD 154 C 1 4 AD cirie 154 C 1 4 1 REALIZZAZIONE DI UNA APPLICAZIONE PROFINET E KE E KE 155 BIBLIOGRAFIA iaia 160 VI Sistemi di comunicazione industriali Capitolo 1 I BUS DI CAMPO Introduzione Nell ambito industriale e in particolar modo nei sistemi di automazione sta diventan
39. 6 DATA ESCHANGERBROADCASTODxbRn 73 3 1 6 1 COME OPERA IL DNR 73 3 1 7 PARAMETRIZZAZIONE SIRUTTTURATA 74 3 1 8 IL TELEGRAMMA Ext_User_Prm ie TI 3 1 9 AFFIDABILIT DEI DATI cssssiscecssssecssessoseccesessceosassscecarvesacsczotecesees 77 3 1 9 1 MASTER S SIGN OF LIFE M LS n 77 3 1 9 2 SLAVE S SIGN OF LIFE S LS 78 II INDICE 3 1 9 3 STRATEGIA DI CONTEGGIO DEI CONTATORI SIGN OF LIES aaa 79 3 1 9 4 CONTROLLO DEL JITTER IN MODALIT ISOCRONA 80 3 1 95 VIOLAZIONE DELLA DURATA DEL CICLO DP 81 3 2 CALCOLO DELLE PRESTAZIONI DI UN SISTEMA PROFIBUS DP V2 82 3 2 1 TEMPISTICHE DI UN SISTEMA PROFIBUS oseese 83 Cipirello 87 Introduzione alle an 87 4 1 COMUNICAZIONE IN PROFINET iii 87 4 1 1 LA COMUNICAZIONE IN TEMPO REALE 89 4 2 PROFINETIO Larita naar 92 4 2 2 SCAMBIO DI DATI CICLICO ie 93 4 2 3 MODELLO DEI DISPOSITIVI u ei 95 4 2 4 DIAGNOSTICA ice eee eee eee 96 4 2 5 COMUNICAZIONE RT SOFT REAL TIME SRT IN PROFINET IO 97 4 2 5 4 STRUTTURA DEL PACCHETTO REAL TIME RT 98 4 2 5 2 OTTIMIZZAZIONE DEI DATI ATTRAVERSO L USO DI PRIORIT RT lella 100 4 2 5 3 CICLO DI COMUNICAZIONE RT iii 101 4 2 6 COMUNICAZIONE ISOCRONA IN TEMPO REALE IRT IN PROFINET IO erenneren latini 103 4 2 6 1 SINCRONIZZAZIONE DI CLOCK iii 105 4 2 6 2 STRUTTURA DEL PACCHETTO PROFINET IRT
40. BUS DP Device Peripheral La versione Device Peripheral DP del protocollo PROFIBUS stata pensata per la comunicazione tra sistemi di controllo dell automazione come PC e PLC e dispositivi d ingresso uscita distribuiti sensori attuatori ed ottimizzata per comunicazioni ad alte velocit e per connessioni poco costose La maggior parte dello scambio di dati in questo contesto avviene in modo ciclico tuttavia per permettere lo svolgimento di procedure di configurazione di diagnostica o di gestione degli allarmi il protocollo supporta anche funzioni di comunicazione aciclica L aumento significativo di velocit rispetto al protocollo FMS deriva sostanzialmente dall utilizzo del servizio SRD Send and Receive Data del secondo livello del protocollo che consente la trasmissione di dati di ingresso e di uscita in un singolo ciclo di messaggio PROFIBUS DP prevede due tipologie di master DPM per la gestione degli slave e DPM2 per lo svolgimento delle funzioni di diagnostica e programmazione Possono essere presenti pi DPMI ciascuno con il suo gruppo di slave anche se tra loro i DPMI non comunicano possibile invece la comunicazione tra un DPMI e un DPM2 Comunque la velocit elevata di trasmissione non rappresenta l unico elemento che ha determinato il successo della versione DP del protocollo PROFIBUS Procedure d installazione e servizi semplici potenzialit diagnostiche e trasmissioni senza errori sono caratterist
41. C PROFINET CBA 3 Download L operazione di download assicura che la configurazione completa sia caricata nei dispositivi PROFINET Dopo aver realizzato le giuste connessioni tra i componenti i dati del collegamento ed il codice cos come i dati di configurazione dei componenti stessi vengono trasferiti nei dispositivi Ogni dispositivo conosce cos tutti i relativi partners di comunicazione i rapporti di comunicazione e le informazioni scambiabili L operazione di download stessa avviene in tre punti Un controllo preventivo per assicurarsi che tutti i dati da caricare siano consistenti In particolare sono controllati i collegamenti configurati fra i partner al fine di stabilire se essi possano realmente essere effettuati Il download dei dati di configurazione e il codice Il download dei collegamenti Car i di Aff Figura C 7 Downloading dei dati nei dispositivi PROFINET A questo punto l applicazione distribuita pu allora essere fatta funzionare 158 139 BIBLIOGRAFIA BIBLIOGRAFIA 1 Manfred Pop 2003 The New Rapid Way to PROFIBUS DP PROFIBUS Nutzorganisation 2 Manfred Pop Karl Weber 2004 The Rapid Way to PROFINET PROFIBUS Nutzorganisation 3 Coutinho j Martin S Samata G Tapley S Wilkin D 1995 Fieldbus Tutorial 4 Mandada M I Bus di Campo dalla Teoria alla Pratica 5 Andrew S Tanembaum 1991 Reti
42. CAMPO DEGLI AZIONAMENTI L AUTOMAZIONE DISTRIBUITA 32 2 2 1 1 AZIONAMENTO STANDARD CLASSE 1 33 II INDICE 2 2 1 2 CONTROLLO DI INTERPOLAZIONE DELLA TRAIETTORIA E DI POSIZIONE CENTRALIZZATO CLASSE 4 34 2 2 1 3 CONTROLLO DEL MOVIMENTO PER PROCESSI SINCRONLZZATTICLASSEoi 35 2 3 SOLUZIONI EMERGENTI PER L AUTOMAZIONE ce eeeeeeee 36 2 3 1 PROFIBUS DP V2 EEN 36 2 3 2 ETHERNET A LIVELLO INDUSTRIALE iii 39 2 3 2 1 LA COMUNICAZIONE CSMA CD i ie 39 2 3 2 2 LA STRUTTURA DEL PACCHETTO ETHERNET 40 2 3 2 3 IL MODELLO TCP IP UDP IP M ie 42 2 3 3 ETHERNET COME BUS DI CAMPO iii 46 2 3 3 4 IL COLLEGAMENTO DEI DISPOSITIVI TRAMITE SWITCH 47 2 3 3 55 INCAPSULAMENTO iii 48 2 3 4 PROEINET rh nia eine 49 2 4 LA TECNOLOGIA DELLA TRASMISSIONE ETHERNET 55 2 4 1 LE TOPOLOGIE DELLA RETE iii 56 Capitolo irradia 59 3 1 PROFIBUS DPV 2 eee iaia 59 3 1 1 RETE CON FUNZIONALIT DI BASE PROFIBUS DP DP VO DP V1 59 3 1 2 RETE ISOCRONA MONOMASTER iii 61 3 1 3 RETE ISOCRONA MULTIMASTER iii 62 3 1 4 MODO ISOCRONO soh 63 3 1 5 SINCRONIZZAZIONE DELLE APPLICAZIONI 65 3 1 5 1 DESCRIZIONE DEI TEMPI DA IMPOSTARE IN MODALIT IER ee KEE 66 3 1 5 2 CICLODbPSEMPLICE se roeiroess 69 3 1 5 3 CICLODbOTTIMIZZATO ai 70 3 1 5 4 CICLO DP OTTIMIZZATO CON Twmapc 2 Tpp ui 72 3 1
43. CPU PLC distribuite in un impianto connesse da una rete ad alta velocit Questi sistemi vengono di solito chiamati sistemi distribuiti in contrapposizione ai sistemi centralizzati formati da una sola CPU dalla sua memoria dalle periferiche e da alcuni terminali Il fatto che sia possibile costruire sistemi distribuiti porta a vantaggi e a svantaggi tra i vantaggi si possono enumerare la distribuzione intrinseca di alcune applicazioni che richiedono macchine separate e distanti affidabilit scalabilit modularit la crescita incrementale la condivisione dei dati la comunicazione in tempo reale sebbene i sistemi distribuiti abbiano i loro punti di forza essi hanno anche i loro Sistemi di comunicazione industriali punti deboli il principale dei quali il software molto pi complesso che non quello dei sistemi centralizzati e la dipendenza da un efficiente sistema di comunicazione in tempo reale Il vantaggio dell automazione e della gestione computerizzata dei reparti strettamente legato al concetto di integrazione e cio una struttura aziendale viene snellita e resa pi efficiente se 1 computer relativi ad una funzione possono comunicare in tempo reale con i computer relativi ad altre funzioni e magari dislocati in aree differenti Ad esempio i computer addetti all interfaccia uomo macchina devono poter accedere a dati di tipo e provenienza diversa e tale accesso deve avvenire in tempo reale o perlomeno deve
44. Controller mm Fieldbus X PROFIBUS SA SS L SS e Engineering Field Device Drive HMI Apertura Protezione degli Investimenti Figura 1 12 PROFINET offre apertura e protezione degli investimenti La spinta verso una soluzione di integrazione semplice e trasparente proviene da pi parti L utilizzatore finale gradirebbe un modo facile per integrare le sue installazioni attuali in un concetto di automazione PROFINET Il costruttore dell impianto vorrebbe usare la propria gamma di dispositivi senza la necessit di eseguire degli adattamenti su di essi per renderli compatibili con i progetti di automazione PROFINET Il fornitore del dispositivo o un OEM vorrebbe potere integrare i suoi dispositivi attuali di campo senza sostenere spese per riadattarli ai sistemi PROFINET 25 Protocolli Isocroni Capitolo 2 PROTOCOLLI ISOCRONI 2 1 BUS DI CAMPO E FUNZIONALITA DI SINCRONIZZAZIONE Negli impianti automatizzati di ultima generazione gli azionamenti elettrici i convertitori AC i servo controllori da quelli pi semplici a quelli di alte prestazioni vengono sempre pi connessi a sistemi di controllo ad anello aperto o ad anello chiuso ed a sistemi di monitoraggio attraverso interfacce digitali collegate a un bus di campo Nei sistemi attuali la velocit
45. I BUS DI CAMPO ISOCRONI PROFIBUS DP V2 E PROFINET I O Francesco Venturini INDICE Indice Capitolo A EE 1 Kei ee elt Te EE 1 Tal I BUS DICAMPDO civici eee ice eee 2 1 1 1 VANTAGGI INTRODOTTI DAL BUS DI CAMPO 3 1 1 2 I SISTEMI DI COMUNICAZIONE IN AMBIENTE INDUSTRIALE 5 1 1 3 ISISTEMIDISTRIRBUITT ricevi 6 1 1 4 IL DETERMINISMO NEI BUS DI CAMPO uo eeeeeeeeeeee 7 1 1 5 IL CONCHTTODIREALIIME 9 1 1 6 TL MODELLO TS O OS Tras EE 9 1 1 7 PROFIBUS cc ccccesssesceccccccccessseecececececcacuaccescecececcaneaseseecececeaeea 11 1 1 7 1 PROTOCOLLI DELLA FAMIGLIA PROFIBUS 11 1 1 7 2 DISPOSITIVI IN RETI PROFIBUS iii 13 1 1 7 3 FUNZIONI DEI LIVELLI DEL PROTOCOLLO PROFIBUS 14 1 1 7 4 TECNOLOGIE TRASMISSIVE iii 14 Liv PROFIBUS DP Device Peripherdl nici 17 1 1 7 6 TIDIDIDISPOSITIWNI 18 1 1 7 7 PROFIBUS DP VO DP V1 DP V2 oo eric 18 1 2 LA SINCRONIZZAZIONE EI BUS DI CAMPO ie 20 1 2 1 CICLI DI LAVORAZIONE NON SINCRONIZZATI SENZA ISOCRONISMO jnessi enserio E E E E IEEE aaant 21 1 2 2 CICLI DI LAVORAZIONE SINCRONIZZATI ISOCRONISMO 22 1 2 3 APPLICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ISOCRONE 23 1 3 POSIZIONE DI MERCATO DI PROFIBUS iii 24 1 4 INTEGRAZIONE DI PROFIBUS CON PRORINERT e 24 Capitolo E 27 2 1 BUS DI CAMPO E FUNZIONALIT DI SINCRONIZZAZIONE 27 2 2 SINCRONIZZAZIONE DISTRIBUITA IEEEISNN i 29 2 2 1 ISOCRONIA NEL
46. NET IRT I pacchetti IRT sono soggetti ad una comunicazione guidata dal tempo Una programmazione delle tempistiche nel dispositivo di campo IRT definisce il tempo esatto di trasferimento dei dati real time Gli altri pacchetti possono essere trasferiti solo dopo aver trasmesso 1 dati real time Il pacchetto IRT specificato dalla sua posizione temporale dal Frame ID e dall EtherType 0x8892 Il campo VLAN per la priorit non necessario e quindi non viene inserito nel pacchetto In figura mostrata la struttura di un pacchetto IRT 105 PROFINET I O 56 Bits 8 Bits 6 Byte 6 Bytel2 byte 2 byte 44 1496 bytes 4 byte Preamb SYNCH Indiriz Indiriz Frame IRT Dati Utente FCS Dest Sorg ID Figura 4 15 Struttura del pacchetto PROFINET IRT 4 2 6 3 SUDDIVISIONE TEMPORALE DEL CANALE DI COMUNICAZIONE IRT Utilizzando una rete Ethernet standard dotata di switch i differenti pacchetti che sono stati spediti sulla stessa porta vengono processati secondo la strategia il primo arrivato il primo servito Con il campo VLAN possibile diminuire il ritardo di alcuni speciali pacchetti ma l accodamento pu ancora sommare dei ritardi non prevedibili al tempo di trasferimento Per ottenere il determinismo nel trasferimento di pacchetti Ethernet si deve riservare esplicitamente per i pacchetti IRT una percentuale della banda disponibile non solo nei dispositivi ma anche negli switch Tsendclo
47. NTO Per il trasferimento dei dati attraverso i protocolli TCP IP o UDP IP sufficiente configurare i dispositivi che devono comunicare producer consumer Tutti gli altri componenti come gli switch che si trovano fra i dispositivi hanno delle tabelle di indirizzi che vengono aggiornate durante la comunicazione Diversamente IRT ha bisogno non solo di conoscere i dispositivi che devono comunicare ma anche tutti i nodi che si trovano sul tragitto La conoscenza dell esatta topologia porta i seguenti vantaggi e Garanzia del determinismo Per ogni pacchetto il tempo di invio ad un dispositivo definito esattamente e il tempo di invio di un pacchetto diverso da quello degli altri pacchetti dello stesso nodo Inoltre pacchetti spediti su porte diverse possono essere spediti allo stesso istante di tempo Sono definiti anche 1 tempi di spedizione di tutti i nodi con switch che si trovano tra il 107 PROFINET I O producer e il consumer Non avviene l accodamento dei pacchetti IRT e cos il trasferimento dei dati all interno dello switch pu essere ridotto al minimo e Ottimizzazione dell uso della banda Pacchetti destinati a parti differenti del sistema possono essere trasferiti allo stesso istante di tempo L algoritmo che pianifica le temporizzazioni pu suggerire topologie alternative per l ottimizzazione 4 2 6 5 CONFIGURAZIONE DI UNA RETE IRT La configurazione delle temporizzazioni avviene tramite un algoritmo
48. P Comunque la velocit elevata di trasmissione non rappresenta l unico elemento che ha determinato il successo della versione DP del protocollo PROFIBUS procedure di installazione e servizi semplici potenzialit diagnostiche e trasmissioni senza errori sono caratteristiche altrettanto importanti per gli utilizzatori B 4 1 CONFIGURAZIONE DEL SISTEMA E TIPOLOGIA DEI DISPOSITIVI La descrizione della configurazione del sistema data dall indicazione del numero di stazioni impiegate dall assegnamento degli indirizzi dal formato dei messaggi di input output dal formato dei messaggi diagnostici e dai parametri del bus Il protocollo PROFIBUS DP in particolare permette sistemi mono master e multi master e questo aspetto garantisce un alto grado di libert durante la configurazione del sistema Si possono utilizzare fino a 126 dispositivi master o slave connessi ad un bus ed permesso uno scambio massimo di 246 byte di dati sia in ingresso che in uscita Come illustrato in tabella B 1 ogni sistema PROFIBUS DP pu contenere dispositivi di una delle tre seguenti classi e DP Master class 1 DPM1 E un controllore centrale che scambia informazioni con le stazioni decentrate ad esso assegnate i e DP slave in un ben definito ciclo di messaggi Gestisce la trasmissione dei dati utente e pu comunicare con i dispositivi master DPM2 Tipicamente appartengono a questa classe PLC PC o sistemi VME e DP Master class 2
49. P OTTIMIZZATO CON Tmarc 2 Tpp In questo esempio il master sollevato per quanto riguarda le richieste di calcolo infatti il master ha a disposizione un tempo di calcolo doppio Tmapc 2 Tpp Il H ciclo di controllo della posizione sul master un multiplo del ciclo DP Questa configurazione pu essere necessaria se l algoritmo di controllo della posizione solo una piccola parte del programma che gira sul master Ciclo applicazione x sul Master controllo Tmapc 2 Top di posiz ad anello chiuso Tmapc Master SERA lt gt Goa Ciclo DP A OI Ciclo applicazione sullo Slave controllo di velocit di corrente Tsapc Slave 1 3 un Jg 19991 o Figura 3 7 Ciclo DP ottimizzato con Tyapc 2 Tpp 712 PROFIBUS DP V2 3 1 6 DATA EXCHANGE BROADCAST DxB La funzionalita di Data Exchange Broadcast permette lo scambio dati diretto fra due o pi slave Questo rende possibile lo scambio dei dati di processo senza passare attraverso il master e la rilocazione degli algoritmi di controllo di anello nello slave Nella modalit DxB abbiamo due tipi di slave il publisher e il subscriber Il publisher in genere lo slave che invia i dati di processo ad altre stazioni subscriber Il subscriber uno slave che riceve i dati di processo da uno o pi publisher In un sistema PROFIBUS DP ci possono essere diversi publisher e subscriber Un publisher pu essere allo
50. Questo algoritmo necessita dei seguenti input e Topologia della rete e dati delle prestazioni per ogni nodo e Indirizzo del nodo sorgente e del nodo destinatario e Quantit dei dati trasmessi per ogni producer o consumer e Caratteristiche della connessione quali tipo fibra rame WLAN lunghezza ritardo ecc La topologia definita come la connessione fisica delle porte degli switch contenute nella rete Tuttavia la topologia include anche il tempo di transito di un pacchetto attraverso lo switch e la velocit di trasferimento dei dati sul mezzo fisico L algoritmo restituisce i seguenti dati di output relativi ad ogni trasmissione ed a ogni switch e Porta ricevente in cui il pacchetto arriva e una o pi porte trasmittenti per il suo reinoltro e Tempo esatto di trasferimento e Fase di un ciclo di comunicazione in cui inserire il pacchetto quando viene utilizzato il Reduced Ratio Per la pianificazione delle temporizzazioni utilizzato un servizio centralizzato l algoritmo di pianificazione viene fatto girare sul sistema di ingegnerizzazione In questo modo l ottimizzazione delle temporizzazioni di un sistema composto per esempio da 100 stazioni pu essere realizzata tramite un personal computer di prestazioni medie in pochi secondi 108 PROFINET I O Comparato con un sistema con comunicazione tramite indirizzi il risultato di questa pianificazione comporta l aggiunta di parametri addizionali che devono essere
51. US nata come standard tedesco secondo la normativa DIN 19245 1991 successivamente 1996 stata riconosciuta conforme allo standard europeo EN 50170 PROFIBUS riconosciuto come protocollo di tipo 3 dalla normativa IEC International Electrotechnical Commision 61158 Digital data communication for measurement and control Fieldbus for use in industrial control Systems mentre il protocollo di tipo 10 riservato a PROFINET la comunicazione basata su Ethernet La norma IAC 61158 descrive i bus di campo secondo 1 livelli ISO OSI mentre la norma IEC 61784 Profile sets for continuous and discrete manufactoring relative to fieldbus use in industrial control systems descrive i profili che risiedono sopra il livello 7 PROFIBUS occupa il CPF3 Communication Profile Family e in particolare CPF3 1 si riferisce alla versione PROFIBUS DP CPF3 2 si riferisce a PROFIBUS PA mentre CPF3 3 dedicato a PROFINET 1 1 7 1 PROTOCOLLI DELLA FAMIGLIA PROFIBUS La famiglia PROFIBUS consiste di tre protocolli compatibili tra loro PROFIBUS FMS Fieldbus Message Specification la prima versione di PROFIBUS 1991 oggi in disuso e non previsto dalle norme IEC rappresenta la soluzione general purpose per la comunicazione anche a livello di cella Il livello Applicazione costituito dal Fieldbus Message Specification FMS e dal Lower Layer Interface LLI FMS contiene il protocollo verso l applicazione e le fornisce una vasta gamma di servizi
52. a comunicazione va o viene da un nodo 1O Controller allora il tratto di linea con il carico pi pesante si trova sul tratto che connette questo nodo e il suo adiacente Siccome PROFINET opera in full duplex i dati di output e di input possono essere trasferiti simultaneamente Analizzando l invio di dati da parte del IO controller agli IO device vediamo che al tempo tl viene posto sul bus il pacchetto indirizzato al dispositivo 4 seguito dagli altri pacchetti Al tempo t2 il pacchetto 4 transitato all interno dello switch del dispositivo 1 ed stato instradato sul tratto di linea che connette il dispositivo successivo Al tempo t3 il pacchetto indirizzato al dispositivo 3 transitato all interno dello switch del dispositivo 1 ed stato instradato sul tratto di linea che connette il dispositivo successivo Il pacchetto 4 transitato all interno dello switch del dispositivo 2 ed stato instradato sul tratto di linea che connette il dispositivo successivo Tutto questo continua fino al raggiungimento dei vari dispositivi da parte dei pacchetti corrispondenti Questo un esempio di come sono instradati i pacchetti il tempo di arrivo dipende da vari fattori e un pacchetto pu giungere a destinazione prima di un altro 112 PROFINET I O Invio dati di Output tempo e AI T Al 2 1 AIl 3 AI t4 p P Al 2 An Ala t2 i Ss i F AI gt Invio dati d
53. acquisizione del valore degli ingressi di uno slave Impostazione dei tempi nel file GSD 66 PROFIBUS DP V2 TBASE_I0 Tempo base di T To Unita di misura 1 12 us p e 3000 250 us Ti MN T minimo Unit di misura Tgase_ pp p e 1 250 us I valori dei tempi devono soddisfare le condizioni seguenti Tgase 10 1 ms 2 conn 0 5 numero intero Questo significa che i valori ammissibili sono TBASE_I0 375 750 1500 3000 6000 12000 31 25us 62 5us 125us 250us 500us 1000us L azionamento deve essere in grado di trattare i multipli ammissibili del valore selezionato To Tempo di Output Rappresenta il tempo necessario per trasferire il setpoint sulle uscite di uno slave Impostazione dei tempi nel file GSD TBASE_I0 Tempo base di T To Unita di misura 1 12 us p e 3000 250 us To MN Minimo To Tpx Unit di misura Tease ppl p e 1 250 us I valori dei tempi devono soddisfare le condizioni seguenti Tsase 10 1 ms 2 conn 0 5 numero intero Questo significa che i valori ammissibili sono TBASE_I0 375 750 1500 3000 6000 12000 31 25us 62 5us 125us 250us 500us 1000ps L azionamento deve essere in grado di trattare i multipli ammissibili del valore selezionato Tm Tempo di Master Rappresenta il tempo dall inizio del ciclo che il master deve attendere prima di eseguire la sua applicazione Twmapc Tempo di ciclo dell applicazione sul Master Rappresenta
54. al Time Data transfer PDU 5 62 Siemens_6b 83 aa PN RT PROFINET Real Time 0 001229 Siemens_ _6b 83 aa Siemens _6b f5 62 PN RT PROFINET Real Time 0 001987 Siemens_ 6b f5 62 Siemens_ 6b 83 aa PN RT PROFINET Real Time gt Frame 4 64 bytes on wire 64 bytes captured Ethernet II Src 08 00 06 6b f5 62 Dst 08 00 06 6b 83 aa Destination 08 00 06 6b 83 aa Siemens 6b 83 aa Source 08 00 06 6b f5 62 Siemens_6b f5 62 Type 802 10 Virtual LAN 0x8100 802 1q Virtual LAN 110 es Priority 6 CFE Q 0000 0000 0000 ID 0 vy PROFINET cyclic Real Time RTC1 FrameID 0xc080 DataLen 40 Cycle 28352 Valid Primary Ok Ru FrameID 0xc080 0xC000 OxFAFF Real Time class 1 Cyclic CycleCounter 28352 gt DataStatus 0x35 Frame Valid and Primary Provider Ok and Run TransferStatus 0x00 OK v PROFINET IO Cyclic Service Data Unit 40 bytes n TAVS AvRN fanndi 0000 08 00 06 6b 83 aa 08 00 06 6b f5 0010 c0 80 80 80 80 80 80 00 80 0020 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 0030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ype Wlan etype 2 bytes P 162110 ezio Meo OSOS S S ISS 7 san S O B apto 400c Tunzonamento Dato 08 600m ene 2 81 00 c 00 k k b H BO 00 00 00 MM sepexnys H D I 0000000 Smmmemau scorza DO be C035 D ae g e ses n 5 6 0 0 Figura 4 10 Analisi dei pacchetti tramite analizzatore di rete 99 PROFINET I O Il FrameID utilizzato per
55. ale pari a 16H 84 PROFIBUS DP V2 Per calcolo dei tempi di risposta ho considerato i seguenti parametri Naga NA am N bit HEADER La Ni 1 1 SE N bi TRAILER Noci Na man Neeson 1 1 N bit TRAILER N stia TT SD2 LE LEr SD2 DA SA FC Neue 22 FCS ED N numero totale degli slave Ma velocit di trasmissione L lunghezza del segmento Vprop velocit di propagazione minima pari a 200000000 m s Per cui N o gt d ee L AGG _ PROFIBUS Na max TSDR n Mia V idl V n l V ra tra Prop 85 PROFINET I O Capitolo 4 PROFINET I O Introduzione PROFINET uno standard innovativo e aperto sviluppato da PROFIBUS International per l automazione industriale basato su Industrial Ethernet Diventato standard internazionale con la normativa IEC 61158 supporta attraverso la comunicazione Ethernet l integrazione di dispositivi di campo per automazione e applicazioni critiche dal punto delle temporizzazioni PROFINET composto da due differenti protocolli un protocollo PROFINET CBA descritto in appendice C poco adatto al tempo reale ma basato su standard di accesso molto diffusi quali RPC DCOM OPC e un protocollo pensato per il campo e il tempo reale PROFINET IO 4 1 COMUNICAZIONE IN PROFINET La comunicazione in PROFINET presenta tre livelli di prestazioni 1 TCP UDP e IP per dati non critici rispetto al tempo come assegnamento di parametri e configurazione 2
56. amento inoltre sono comunque possibili allarmi specifici inseriti dal produttore del dispositivo E possibile assegnare una priorit alta o bassa agli allarmi 4 2 2 SCAMBIO DI DATI CICLICO Lo scambio dati ciclico implementato attraverso la relazione di comunicazione IO CR I dati di I O sono trasmessi a cicli di tempo prefissati la cui frequenza di aggiornamento pu essere diversificata per ciascun dispositivo Inoltre l intervallo di invio pu essere diverso dall intervallo di ricezione Per la descrizione di uno scambio di dati ciclico PROFINET IO definisce i seguenti termini illustrati anche in figura 4 6 93 PROFINET I O Ciclo di bus La base tempi del clock 31 25 us Un valore tipico 32 per avere un ciclo di bus di 1 ms Reduction Ratio Il rapporto di riduzione indica ogni quanti cicli di bus viene spedito un frame Il ciclo di invio calcolato moltiplicando il rapporto di riduzione per la durata del ciclo di bus Frame Offset Il Frame Offset indica l offset relativo in incrementi di 250 ns dall inizio del ciclo di bus Indica quando un determinato frame verr spedito all interno del ciclo di bus Fase La fase indica in quale ciclo di bus il frame corrispondente verr spedito Valori tipici sono 1 o 4 lt 4 Ciclo di invio p e 2 ms Reduction Ratio Ciclo di bus Ciclo di bus p e 1 ms lt lt Ciclo di bus d fase 1 lt H_ Fase 2 Frame Frame Frame Frame 1 n
57. arantire un corretto scambio di informazioni tra i dispositivi Tale comportamento legato allo stato operativo dell interfaccia utente dei dispositivi DPMI1 ciascuno dei quali pu essere controllato localmente o via bus da un modulo master DPM2 Esistono quattro stati possibili per 1 DPMI e Stop i parametri del bus sono caricati nel Fieldbus Data Link FDL ma nessuna forma di comunicazione tra DPMI e slave DP permessa solo tra DPMI e DPM2 e Clear Stato in cui il master DPMI prova a parametrizzare e configurare le stazioni passive pu leggere gli ingressi dei DP slave ma deve mantenere le uscite in uno stato di fail safe tutte pari a 0 e Operate DPMI in fase di trasferimento dati In un ciclo di comunicazione ogni DPMI pu leggere i dati in ingresso dei DP slave e scrivere le informazioni di uscita degli stessi Se l interfaccia utente lascia lo stato Operate le uscite di tutti gli slave saranno annullate con un comando di controllo globale e Off line non permessa qualsiasi forma di comunicazione tra dispositivi Il controller FDL locale viene estromesso dall anello logico dei master 140 Appendice B PROFIBUS DP Ciclicamente ogni DPMI spedisce informazioni circa il suo stato agli slave DP assegnati con un comando multicast La reazione del sistema a un errore durante la fase trasmissiva di un DPM1 dipende dal valore assunto da un parametro denominato Error_Action_Flag parametro del
58. aster clock invia il messaggio di Sync a uno slave rileva l istante esatto di spedizione Tml Questo tempo precision_timestamp di trasmissione pu essere messo nello stesso messaggio Sync oppure in un messaggio di tipo Follow Up spedito successivamente Quando lo slave clock riceve il Sync rileva l istante di ricezione Tel e cos pu impostare la prima equazione Tsl Tml Off master_to_slave_delay In seguito lo slave clock spedisce un messaggio di Delay_request al tempo Ts2 che arriva al master nell stante Tm2 L istante di ricezione Tm2 viene anche comunicato allo slave per mezzo del messaggio Delay_response 30 Protocolli Isocroni Si pu quindi impostare un altra equazione Tm2 Ts2 Off slave_to_master_delay A questo punto lo slave calcola 1 master_to_slave_delay_stimato Ts Tml 2 slave_to_master_delay_stimato Tm2 Ts2 3 one_way_delay master_to_slave_delay_stimato slave_to_master_delay_stimato 2 Ts1 Tm1 Tm2 Ts2 2 Off master_to_slave_delay slave_to_master_delay Off master_to_slave_delay slave_to_master_delay 2 4 Off Ts1 Tml one_way_delay Naturalmente questi calcoli sono validi solo se il ritardo introdotto sulla linea di comunicazione da e verso il master costante Questo in una rete Ethernet non sempre verificato poich gli switch potrebbero introdurre dei ritardi asimmetrici a causa delle condizioni di
59. ati tramite switch In teoria ciascun dispositivo potrebbe trasmettere i pacchetti usando tutta la banda massima ma questa caratteristica porterebbe in breve tempo ad un cattivo funzionamento del sistema infatti non sarebbe possibile che verso un singolo nodo siano diretti pi flussi contemporanei tutti alla banda massima overload e neppure la trasmissione di pacchetti non RT NRT Gli switch interessati devono gestire le situazioni di sovraccarico attraverso delle code oppure in ultima ipotesi gettare via i pacchetti 101 PROFINET I O Per questo motivo PROFINET prevede un meccanismo per gestire e limitare l invio dei pacchetti Per aumentare l uso della banda e per prevenire sovraccarichi temporanei dovuti a connessioni multiple ad esempio un PROFINET IO Controller pu essere collegato allo stesso tempo con diversi IO Device possibile sincronizzare il ciclo di invio del provider con quello del consumer Questa sincronizzazione basata sul valore del contatore di ciclo Cycle Counter con una accuratezza stimata di un ciclo di clock Tsendclock Tsendclock 1 31 25us lt T sendclock lt 4ms RT Comunicazione Real Time aRT Comunicazione Real Time aciclica p e allarmi NRT Comunicazione non Real Time Figura 4 12 Ciclo di comunicazione RT Come mostrato in figura 4 12 il ciclo di comunicazione suddiviso in parti differenti Ogni ciclo definito da Tsendctock Che compreso tra 31 25 us e 4
60. ato di rete e nel garantire che i pezzi arrivino tutti correttamente all altra estremit Inoltre il tutto deve essere svolto efficientemente ed in modo da isolare lo strato di sessione dalle inevitabili modifiche nella tecnologia dell hardware Lo strato di trasporto determina anche il tipo di servizio da fornire allo strato di sessione e in definitiva agli utenti della rete Il tipo pi diffuso di connessione di trasporto un canale da punto a punto esente da errori che fornisce i messaggi nell ordine in cui sono stati inviati Comunque altri tipi di servizio sono rappresentati 121 Appendice A IL MODELLO ISO OSI dal trasporto di messaggi isolati senza garanzia sull ordine di consegna e dal broadcasting di messaggi a pi destinatari Lo strato di trasporto ha anche il compito di stabilire e cancellare le connessioni attraverso la rete Ci richiede un meccanismo di denominazione affinch il processo presente su una macchina abbia il modo per descrivere il destinatario con cui deve conversare A 1 5 LIVELLO 5 SESSIONE Lo strato di sessione Session Layer permette agli utenti su macchine differenti di stabilire tra loro delle sessioni Una sessione consente l ordinario trasporto dei dati come fa lo strato di trasporto ma fornisce anche dei servizi potenziati utili in certe applicazioni Una sessione potrebbe servire ad un utente per connettersi ad un sistema remoto in time sharing o per trasferire un file
61. attive e un telegramma di Token Alla fine trova posto una finestra temporale parametrizzabile riservata che normalmente riempita con FDL_request al fine di realizzare un ciclo di bus costante Il nuovo ciclo di bus inizia di nuovo con un telegramma di GC Nel telegramma di Global Control pu venir settata la combinazione di bit per le funzionalit di SYNC e FREEZE Tuttavia questo ha solo interesse per gli slave che non sopportano la modalit isocrona T Tempo di Jitter 63 PROFIBUS DP V2 TJ indica il tempo di durata del Jitter Il jitter di clock rappresenta lo sfasamento tra l istante del telegramma di GC rispetto al tempo atteso calcolato secondo criteri di equidistanza Tpx Tempo di Data_Exchange Questo tempo rappresenta la somma dei tempi di trasmissione di tutti I telegrammi di Data_Exchange di tutti gli slave Tpp Tempo di ciclo DP E la durata del tempo di un ciclo DP GC Global_ Control La fine del telegramma di Global Control segna l inizio del nuovo ciclo DP DX Data_Exchange Tramite il servizio Data_Exchange l utente pu scambiare dati tra il master e gli n slave in sequenza MSG sevizi aciclici Dopo la trasmissione ciclica il master pu trasmettere un servizio aciclico DPV1 GAP Ricerca di ulteriori stazione attive TOK Passaggio del Token Il token passato alla propria stazione o ad altri master RES Riservato Il master trasmette a se stesso Serve p
62. azione del progetto di ingegnerizzazione e anche alcuni vantaggi importanti rispetto alla programmazione tradizionale di un sistema L approccio usato fino ad oggi per definire il programma di comunicazione prevedeva infatti di e Conoscere quante variabili devono essere scambiate chi sono i partners della comunicazione quale rete di comunicazione utilizzare e Configurare la comunicazione La programmazione richiede la conoscenza dettagliata dell integrazione e della sequenzialit delle funzioni di comunicazione nel dispositivo Quando la programmazione realizzata deve gi essere chiaro quali dispositivi comunicheranno con ogni altro e a quali tempi ed attraverso quali sistemi del bus 156 Appendice C PROFINET CBA definire il tipo di comunicazione S7 Protocol TCP IP ISO Transport configurare la comunicazione con il partner con Netpro e Intervenire sul programma utente definire le aree di scambio dati per la Send Receive richiamare i blocchi di comunicazione e assegnare ID number e i parametri relativi Queste operazioni non sono pi necessarie qualora si lavori nello standard PROFINET Nessuna conoscenza delle funzioni di comunicazione richiesta per la configurazione Quest ultime sono effettuate automaticamente nei dispositivi H sacess Ga i m Herat if TT KKK UE KEES H Figura C 6 Vista della rete nell editor Imap di connessione 157 Appendice
63. bagliato p e riconosce uno scostamento positivo o negativo viene utilizzata una strategia specifica di gestione dell errore che dipende dal tipo di dispositivo Prima di iniziare la strategia di errore lo slave aspetta per un tempo Tsrs n Tpp Generalmente accade come nel caso precedente che ad ogni errore viene incrementato un contatore di guasto e al raggiungimento di un determinato valore di 78 PROFIBUS DP V2 soglia il master spegne l azionamento che ha segnalato l errore e manda una appropriata segnalazione di guasto all utente Dopo aver riconosciuto il guasto l applicazione del master tenta di risincronizzarsi automaticamente con il segnale di S LS dell applicazione dello slave A seconda dei casi potrebbe essere necessario un nuovo avvio del sistema Il S LS potrebbe fallire per una delle seguenti ragioni Errore a livello dell applicazione dello slave con la trasmissione DP ancora funzionante Errore di tipo DP lo slave non risponde nonostante la ripetizione di telegrammi 3 1 9 3 STRATEGIA DI CONTEGGIO DEI CONTATORI SIGN OF LIFE LS Per evitare degli spegnimenti dovuti ad errori sporadici si utilizza una strategia di conteggio Questa strategia garantisce che deve esserci almeno una percentuale specifica di telegrammi sbagliati prima di arrestare l azionamento Il contatore di guasto incrementato ad ogni errore del Sign of Life scostamento positivo o negativo di 10 Se nel cic
64. ca 81 PROFIBUS DP V2 3 2 CALCOLO DELLE PRESTAZIONI DI UN SISTEMA PROFIBUS DP V2 Per valutare le prestazioni di un sistema PROFIBUS DP V2 stata analizzata un applicazione in un impianto di produzione realizzata tramite una rete di comunicazione con topologia lineare dotata di un Master e 31 Slave Valuteremo quindi il tempo di aggiornamento del sistema tempo necessario alla trasmissione delle uscite e all acquisizione degli ingressi del sistema Il tempo calcolato fa riferimento solo allo scambio di dati real time isocroni per calcolare il tempo totale del ciclo isocrono dovranno essere sommati i tempi di comunicazione riservati allo scambio di dati non isocrono comunicazione asincrona Token ecc che sono impostabili in fase di configurazione del sistema Prima di iniziare l analisi viene presentata una lista dei tempi di bus che devono essere rispettati per PROFIBUS DP L utente non ha influenza su di essi i tempi in oggetto vengono implementati in fase di progetto del dispositivo Tpit tempo necessario per trasmettere un bit 1 bit rate Tsyn tempo di sincronizzazione periodo di sincronizzazione dovuto all invio di una serie di 33 bit idle bit Ta tempo di attesa dopo aver spedito l ultimo carattere di un messaggio bisogna aspettare questo tempo prima che sia possibile spedire il prossimo messaggio Il tempo deve essere almeno uguale al tempo Tsyn piu un margine di sicurezza che specialmente im
65. ca che richiedono comunicazioni intrinsecamente sicure si tratta di un protocollo basato sulla codifica dei bit per mezzo di segnali di corrente ed spesso individuato con la sigla H1 La trasmissione basata sui seguenti principi ogni segmento ha una sola fonte di alimentazione l unit di alimentazione non Siriversa potenza sul bus quando una stazione invia dati ogni dispositivo consuma una corrente di base tipicamente 10 mA nel suo stato di attesa ogni dispositivo si comporta come un pozzo passivo di corrente ad entrambi i capi del bus sono presenti terminazioni passive RC serie R 100Q C 1uF sono permesse reti lineari ad albero o a stella possibile aggiungere tratti ridondanti di bus per aumentare l affidabilit I dispositivi devono essere alimentati con una corrente continua di almeno 10 mA mentre il segnale trasmesso deve essere caratterizzato da una modulazione di 9 mA sulla componente continua Il numero massimo di unit collegabili 32 anche se il 16 Sistemi di comunicazione industriali numero in realt limitato dal tipo di protezione contro le esplosioni scelta Va detto che la connessione di dispositivi alimentati sul bus e di dispositivi alimentati esternamente possibile se questi ultimi sono dotati di un appropriato isolamento in accordo con lo standard EN50020 A livello fisico Profibus PA si interfaccia con Profibus DP per mezzo di bridge accoppiatore 1 1 7 5 PROFI
66. campo sono state estese per coprire tutte le richieste di funzionamento degli azionamenti elettrici utilizzando un sistema con un unico bus di campo Nel caso del protocollo PROFIBUS questo stato reso possibile dall estensione dello standard attraverso le specifiche PROFIBUS DP V2 Come ulteriore sviluppo nel campo dei protocolli per la sincronizzazione nel caso di reti Ethernet stato proposto lo standard IEEE 1588 2002 IEEE Standard for a Precision Clock Synhronization Protocol for Networked Measurement and Control System 28 Protocolli Isocroni L introduzione di queste nuove funzionalita porta ad una riduzione dei costi di ingegnerizzazione una ulteriore riduzione dei costi di servizio manutenzione e del costo totale dei dispositivi utilizzati 2 2 SINCRONIZZAZIONE DISTRIBUITA IEEE1588 Lo standard IEEE1588 definisce un protocollo PTP Precision Time Protocol per la sincronizzazione di oggetti distribuiti su una rete Questo protocollo pu essere usato per sincronizzare i clock di sistemi di misura o di sistemi di controllo Molti protocolli per real time Ethernet supportano la IEEE1588 come metodo per la distribuzione di un riferimento di tempo unico per tutta la rete In questo modo possibile eseguire delle operazioni distribuite campionamento attuazione svincolandosi dai ritardi introdotti dal mezzo trasmissivo PTP pu operare su almeno 24 tipi di bus inclusi Ethernet Profibus Devicenet etc S
67. che generano entrambi degli impulsi di clock tramite telegrammi broadcast Se esistono altri master DPMI DPM2 sullo stesso bus questi devono essere master DP non sincroni La presenza di master non sincroni ha come effetto un aumento del tempo di ciclo DP minimo Tpp Quando vengono utilizzate configurazioni isocrone multimaster sono raccomandate le seguenti restrizioni un master di classe 1 pu usare senza restrizioni tutti i servizi disponibili altri dispositivi di comunicazione sul bus devono limitare a 2 il numero di canali aciclici di classe 2 un master DPM2 deve essere certificato per applicazioni con ciclo di clock sincronizzato 62 PROFIBUS DP V2 3 1 4 MODO ISOCRONO IsoM La figura 3 3 seguente mostra la sequenza di un ciclo DP isocrono Ty gt Scambio dati Ciclico i Scambio dati Aciclico DX DX DX Slave1 Slave2 Slave Tox Ciclo di BUS Tpp Figura 3 3 Ciclo DP isocrono Ogni ciclo di bus inizia con un telegramma di Global Control trasmesso in broadcast Nel telegramma di Global Control GC il bit Clock settato a 1 Questa informazione di clock usata dagli slave per sincronizzarsi con il ciclo di clock del bus Il master inizia a condurre lo scambio di dati ciclico con gli slave MSO Dopo di questo avviene uno scambio di dati aciclico MS1 Segue il GAP Update Time Appendice B durante il quale vengono inviate FDL_Request per la ricerca di nuove stazioni
68. chiamate protocollo Un aspetto di rilevante importanza nel protocollo di tutti 1 bus di campo lo riveste la sicurezza dei dati trasmessi e ricevuti Spesso sono previsti pi meccanismi che agiscono in contemporanea e a volte specialmente negli ambienti pi critici tale aspetto diventa un fattore discriminante nella scelta del protocollo da usare 1 1 1 VANTAGGI INTRODOTTI DAL BUS DI CAMPO I moderni sistemi di automazione industriale in seguito all integrazione di numerosi sensori e attuatori intelligenti hanno la necessit di trasmettere oltre ai dati anche una serie di informazioni atte al controllo e supervisione della rete stessa Tali informazioni devono essere disponibili in tempi brevissimi e in grado di viaggiare in entrambe le direzioni Risulta evidente che la tecnologia analogica tradizionale insufficiente a tali scopi tanto pi che gi con sistemi di medie dimensioni il problema del cablaggio rappresenta uno scoglio non indifferente facendone lievitare 1 costi Brevemente i vantaggi introdotti dall uso del bus di campo possono essere riassunti in e riduzione massiccia dei cavi e relativo costo e semplificazione della messa in servizio e possibilit di collegamento di prodotti di fabbricanti diversi e raccordo di moduli diversi su di una stessa linea e flessibilit di estensione e distanze coperte dal bus superiori a quelle raggiunte mediante cablaggio tradizionale e estensione dei campi di applicazi
69. ck Tsendclock 1 Ciclo p e 1 ms Comunicazione Altri protocolli IRT Figura 4 16 Suddivisone temporale del canale di comunicazione 106 PROFINET I O La banda disponibile e divisa in due sezioni banda per la comunicazione IRT e banda per le altre comunicazioni All inizio del ciclo inserita la comunicazione IRT All interno del tempo destinato all IRT possono essere trasmessi solo pacchetti IRT I pacchetti IRT sono identificati dal loro Frame ID Nel frattempo gli altri pacchetti sono inseriti in un buffer fino all inizio della parte non IRT Nella parte non IRT i pacchetti sono spediti in base alle regole definite nella IEEE 802 1 D Come descritto in precedenza per l invio dei pacchetti vengono valutate le rispettive priorit Il jitter di sincronizzazione di un ciclo IRT deve essere inferiore ad 1 microsecondo Per ottenere un trasferimento di dati real time deterministico all interno di un ciclo IRT il tempo di invio di ogni pacchetto calcolato esplicitamente ed fisso per ogni pacchetto Parimenti vengono definiti i limiti del ciclo IRT I limiti degli altri pacchetti RT aRT NRT per la parte del ciclo non IRT dipendono dal numero di pacchetti da spedire e possono variare nel tempo I limiti del ciclo IRT inizio e fine possono essere utilizzati come indicatori per l inizio di una applicazione p e motion control 4 2 6 4 PIANIFICAZIONE DELLA TEMPISTICA IRT BASATA SULLA TOPOLOGIA D IMPIA
70. cli per ciclo DP n Ritardo di trasmissione Figura 3 10 PLL 80 PROFIBUS DP V2 Ciclo DP Tpp kb RR Global Control tempo Figura 3 11 Esempio di errore del telegramma di sincronizzazione Durante lo start up del sistema il parametro Tpu w nel telegramma di parametrizzazione del master di classe 1 DPM1 indica l ampiezza della finestra temporale entro la quale il jitter si pu muovere Nella figura 3 11 vengono mostrati 6 cicli DP Il ciclo 3 mostra un errore di ritardo Il segnale di clock arriva al di fuori della finestra di clock configurata Il ciclo 5 mostra la mancanza del segnale di clock Possibili reazioni possono essere un retriggheraggio del PLL il settaggio del contatore LS a 0 o il passaggio allo stato safe 3 1 9 5 VIOLAZIONE DELLA DURATA DEL CICLO DP La violazione della durata del tempo di ciclo Tpp per esempio a causa di ripetizioni di telegrammi pu in alcuni casi essere gestita Come mostrato in figura una violazione della durata del ciclo DP pu non condurre ad una deviazione del ciclo di clock Il master deve assicurare che non avvengano deviazioni permanenti del ciclo di clock a causa di una violazione delle sua durata Il ciclo deve essere rimesso al suo posto dal ciclo successivo sopprimendo la parte aciclica posta dopo la violazione DP Clock sincr c ac c ac c ac c ac jc ac c ac DP Clock reale aa c ac E n Es c ac ciclica acicli
71. clo che prosegue poi con la fase di scambio dati Grazie a DP V2 possibile far funzionare l intero sistema secondo un orologio comune Profibus DP V2 verr analizzato in dettaglio nel capitolo 3 19 Sistemi di comunicazione industriali 1 2 LA SINCRONIZZAZIONE E I BUS DI CAMPO Da anni la decentralizzazione guadagna sempre pi importanza nella realizzazione di moderni impianti di automazione Questo trend motivato soprattutto dal prezzo minor onere di cablaggio installazione pi facile Oggi gli utenti richiedono soluzioni decentrate anche per il comando di macchine veloci I processi di produzione e di lavorazione diventano sempre pi veloci Contemporaneamente crescono anche le esigenze relative alla precisione della produzione In quest ottica vengono richiesti tempi di reazione di processo brevi definiti e riproducibili questo anche con la periferia decentrata Questo significa che i segnali di periferia devono essere letti ed emessi in una griglia temporale equidistante ed essere sincronizzati con il programma applicativo In pi il tempo intercorrente dal rilevamento di un segnale tramite la periferia decentrata fino alla corrispondente reazione sull attuatore deve essere il pi breve possibile e riproducibile con precisione Applicazioni che hanno queste esigenze sono per esempio Motion Control Sincronismo Regolazioni Programmatori a camme a base software Misura su diversi punti di misura Misu
72. con i quali informa tutti gli altri dispositivi attivi che l unica stazione nell anello logico Successivamente seguendo gli indirizzi in ordine crescente spedisce ad ognuno di questi una Request FDL Status Se una stazione risponde come master non pronto o come slave viene inserita nella GAPL se risponde come master pronto ad entrare nell anello logico viene registrata come NS nella LAS definendo cos anche il GAP e gli viene trasmesso il token frame 139 Appendice B PROFIBUS DP B 4 7 PRIORITA DEI MESSAGGI Il protocollo PROFIBUS DP prevede l utilizzo di messaggi a bassa priorit LP Low Priority e ad alta priorit HP High Priority Tutti i messaggi di richiesta nella comunicazione di tipo master slave sono spediti con priorit alta cos come i messaggi di risposta a nuove informazioni diagnostiche da parte di dispositivi passivi In tutti gli altri casi i messaggi sono trasmessi a bassa priorit Quando una stazione master riceve il token spedisce prima tutti i messaggi HP poi quelli LP Se inizialmente capita che TRR sia maggiore di TTR quindi TTH lt 0 pu essere spedito comunque un messaggio HP inclusi ulteriori tentativi in caso di errori dopo di che il token deve essere passato alla stazione master successiva NS B 4 8 COMPORTAMENTO DI SISTEMA DEI MASTER DPMI Le specifiche PROFIBUS DP includono una descrizione dettagliata del comportamento del sistema allo scopo di g
73. consiste in un certo numero di caratteri ognuno dei quali caratterizzato da 11 bit 83 PROFIBUS DP V2 1 bit di start ST che assume sempre valore binario 0 2 9 individuano gli 8 bit di informazione I 10 bit di parita P 11 bit di stop SP che assume sempre valore binario 1 LSB MSB STi i D D 14 15 16 17 18 P SP b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 DbI0 Dil Fig 2 9 Frame Carattere Per il calcolo del tempo di risposta consideriamo che lo scambio dati avvenga tramite telegrammi con campo dati di lunghezza variabile che hanno la seguente struttura SYN SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA_UNIT FCS ED Telegramma di richiesta SD2 LE LEr SD2 DA SA FC DATA UNIT FCS ED Telegramma di risposta SYN periodo di sincronizzazione 33 bits idle bits ciascuno di valore 1 SD2 Start Delimiter delimitatore iniziale di valore esadecimale pari a 68H LE numero di UC da DA incluso fino a FCS escluso valori permessi 4 249 LEr numero di UC da DA incluso fino a FCS escluso ripetuto DA Destination Address indirizzo del destinatario 0 127 SA Source Address indirizzo del mittente 0 126 FC Frame Control frame di controllo DATA_UNIT campo dati caratterizzato da un numero massimo di caratteri pari a 246 FCS Frame Check Sequence frame di controllo della sequenza dei bit ED End Delimiter delimitatore finale di valore esadecim
74. del M LS Lo slave riceve il nuovo M LS dal master insieme al nuovo valore di setpoint al tempo TO del ciclo successivo Monitoraggio del M LS TT PROFIBUS DP V2 Se l applicazione che gira sullo slave riconosce un conteggio sbagliato per esempio riconosce uno scostamento positivo o negativo viene utilizzata una strategia specifica di gestione dell errore che dipende dal tipo di dispositivo Prima di iniziare la strategia di errore lo slave aspetta per un tempo Tmrs n Tpp Se durante questo tempo non viene riconosciuto il valore numerico aspettato viene incrementato un contatore di guasto e al raggiungimento di un determinato valore di soglia lo slave invia un messaggio di guasto Dopo aver riconosciuto il guasto l applicazione dello slave tenta di risincronizzarsi automaticamente con il segnale di M LS dell applicazione del master A seconda dei casi potrebbe essere necessario un nuovo avvio del sistema Il M LS potrebbe fallire per una delle seguenti ragioni Errore a livello dell applicazione del master con la trasmissione DP ancora funzionante I tempo di ciclo TDP stato superato durante la ripetizione di telegrammi 3 1 9 2 SLAVE S SIGN OF LIFE S LS Questo contatore incrementato dallo slave ad ogni ciclo DP Trasmissione del S LS Il master riceve il nuovo S LS dallo slave insieme ai dati trasmessi Monitoraggio del S LS Se l applicazione che gira sul master riconosce un conteggio s
75. di stato sono descritti dalla tabella seguente 75 PROFIBUS DP V2 NOME COMPOSIZIONE STRUTTURA STRUTTURA Strutured_Prm_Data Structure_Length Structure_Type Slot_Number Reserved 1 byte User_Prm_Data Structured Length Structure_Type 3 Slot_Number 0 Reserved 1 byte Version 1 Publisher_Addr Publisher_Length Sample_Offset Sample_Length DXB LinkTable Structured Length Structure_Type 7 Slot_ Number 0 Reserved 1 octet Version 1 Publisher_Addr Publisher_Length Sample_Offset Dest_Slot_ Number Offset_Data_Area Sam ple_Length DXB Subscribertable Structured Length Structure_Type 4 Parametri IsoM Slot_Number 0 Reserved 1 octet Version 1 Tease pr Tpp Tmapc Tsase_10 Tr To Tox Ter w TPL D Structured Length Structure_Type 2 Slot_Number 0 Specifier Function Properties Output_Hold_Time Esempio di struttura Parametri IsoM nella modalit isocrona Byte 1 7 Parametri Standard Byte 8 10 Bytes di stato DP V1 1 3 Byte 13 Byte 15 Tgase pp Unsigned 32 375 750 1500 3000 6000 12000 con default1500 2us 20 21 Tpp Unsigned 16 1 to 2 9 1 Tgase pp Byte 22 Tmarc Unsigned 8 1 to 14 Tpp T Unsigned 32 375 750 1500 3000 6000 12000 con Byte 23 26 EN 500 8 wW Kc A CH CH VI _pp 29130 byez 76 PROFIBUS DP V2 3 1 8 IL TELEGRAMMA Ext_User_Prm Utilizzando la modalit isocro
76. do sempre pi importante l esigenza di poter trattare in tempo reale una crescente quantit di informazioni digitali Inoltre l aumento di unit intelligenti quali PC PLC nonch di sensori ed attuatori all interno dei cicli produttivi impone che vi sia un sistema di comunicazione aperto cio in grado di collegare tra loro pi dispositivi prodotti da costruttori diversi affidabile ed economico La risposta a queste problematiche arrivata da una decina d anni a questa parte con la comparsa nel mercato dei bus di campo Questa soluzione tecnologica prevede la presenza di un fascio di conduttori il bus appunto al quale sono collegate tutte le apparecchiature In genere la comunicazione tra i dispositivi di tipo seriale e quindi un bus costituito da soli due fili risulta sufficiente allo scopo La conseguenza immediata di questo tipo di struttura la riduzione drastica dei cavi presenti aumentando quindi la facilit di cablaggio dei sistemi complessi quali ad esempio quelli di macchine utensili di grosse dimensioni Oltre a questo l uso di protocollo isocroni permette operazioni rapide basate sul tempo per le quali la riproducibilit e il tempo reale Real Time sono le funzione pi importanti Attraverso i protocolli isocroni i loop di regolazione degli azionamenti possono essere chiusi anche tramite il bus di campo L isocronismo apre un gran numero di possibilit che non sono solo limitate ad applicazioni per azionam
77. e 3 1 7 PARAMETRIZZAZIONE STRUTTURATA Un dispositivo di bus di campo che supporta una o pi funzionalit del protocollo PROFIBUS DP V2 deve supportare la parametrizzazione strutturata nella fase di start up Nella parametrizzazione strutturata i primi tre parametri utente sono fissi I parametri rilevanti per la comunicazione DP V2 sono mostrati nelle figure seguenti in grassetto I byte 8 10 del telegramma di parametrizzazione sono 1 tre byte di stato di DP VI Byte 8 Primo byte di stato di DP V1 ea Riservato l Liver Riservato i SACE WD_Base_Ims EE Riservato Riservato ee Publisher il la Fail_Safe ee DPV 1_Enable 74 PROFIBUS DP V2 Publisher 1 abilita lo slave al funzionamento come publisher Fail_Safe 1 indica che il master supporta il modo Fail_Safe Questo importante per riconoscere che il master non ancora in modo Operate Un cambio di stato interno indicato dal master attraverso un telegramma di broadcast di Global Control Byte 9 Secondo byte di stato di DP V1 TTI TTT I Il byte 9 Secondo byte di stato di DP V1 e utilizzato per funzionalita di tipo DP VI Byte 10 Terzo byte di stato di DP V1 sien Alarm mode GE Alarm mode ee Alarm mode Prm_Struct 1 indica che attaccato al telegramma di parametrizzazione c la struttura di parametrizzazione IsoM 1 indica che lo slave deve operare in modalit isocrona I parametri strutturati che seguono i tre byte
78. e 0 Versione 1 Versione 2 Le caratteristiche si base nate come protocollo PROFIBUS DP sono state inserite nel protocollo rinominato PROFIBUS DP V0 PROFIBUS DP Versione 0 Tutte queste caratteristiche sono disponibile anche nelle successive versioni del protocollo Per questo motivo si inizia la trattazione dalla versione DP VO infatti molte delle sue funzionalit saranno utili per comprendere il funzionamento della versione isocrona di PROFIBUS PROFIBUS DP V2 La tabelle che segue illustra gli aspetti pi salienti di PROFIBUS DP VO Tecnologia di trasmissione e RS 485 con doppio conduttore attorcigliato eventualmente schermato o fibra ottica e Velocit di trasmissione da 9 6 Kbit s a 12 Mbit s Accesso al bus e Token passing tra master master slave tra dispositivi attivi e passivi e Possibili configurazioni mono master e multi master e Dispositivi master e slave massimo 126 stazioni per ogni segmento compatibilmente con la tecnologia di trasmissione Comunicazione e Peer to Peer per dati utente Multicast per comandi di controllo e Ciclica trasmissione dati master slave e master master 131 Appendice B PROFIBUS DP Modalita operative DPM1 e Operate Trasferimento ciclico di dati in ingresso ed in uscita e Clear gli ingressi dei DP slaves vengono letti ad ogni uscita viene assegnato valore 0 e Stop amp permessa la sola trasmissione di dati tra master e master e Off
79. e A IL MODELLO ISO OSI Un altra questione che si presenta allo strato di collegamento dati come pure nella maggior parte degli altri strati il modo in cui impedire ad un trasmettitore veloce di sommergere di dati un ricevitore lento A 1 3 LIVELLO 3 RETE Lo strato di rete Network Layer riguarda il controllo del funzionamento della sottorete Una questione fondamentale di progetto la determinazione del modo in cui i pacchetti sono instradati dall estremit di provenienza a quella di destinazione Se troppi pacchetti sono presenti contemporaneamente nella sottorete essi si intralceranno a vicenda formando un collo di bottiglia Anche il controllo di una congestione sotto la responsabilit dello strato di rete Quando un pacchetto deve viaggiare da una rete all altra per raggiungere la sua destinazione possono sorgere molti problemi l indirizzamento usato dalla seconda rete pu differire da quello della prima la seconda rete potrebbe addirittura non accettare il pacchetto perch troppo grande i protocolli potrebbero essere diversi e cos via E lo strato di rete che ha il compito di risolvere questi problemi per consentire l interconnessione di reti omogenee A 1 4 LIVELLO 4 TRASPORTO La funzione fondamentale dello strato di trasporto Tansport Layer consiste nell accettare i dati dallo strato di sessione nel suddividerli in unit pi piccole se necessario nel passare queste allo str
80. e ad intervalli di tempo equidistanti Tale rete garantisce il trasferimento di dati tra diverse stazioni entro un intervallo di tempo definito consente un esatta determinazione previsione del momento di trasferimento dei dati 1 1 6 IL MODELLO ISO OSI L architettura di una rete locale come di una qualsiasi altra rete pu essere descritta in termini di architettura a strati secondo il modello OSI RM Open System Interconnection Reference Model definito nel 1978 dalla ISO International Standard Organization e ispirato alla rete telefonica a lunga distanza Tale modello stabilisce 7 livelli di descrizione Sistemi di comunicazione industriali Applicazione Presentazione Sessione Figura 1 4 I livelli del modello ISO OSI Per una descrizione dettagliata del modello si rimanda all appendice A 10 Sistemi di comunicazione industriali 1 1 7 PROFIBUS PROFIBUS PROcess FIeldBUS un bus di campo fortemente voluto da Siemens il cui sviluppo ed amministrazione stato ufficialmente affidato ad un organizzazione denominata PROFIBUS Trade Organization PTO composta da membri provenienti dal settore costruttivo da istituti di ricerca e dall utenza finale Attualmente vi sono anche altre organizzazioni per lo sviluppo di PROFIBUS quali PROFIBUS User Organization PNO e PROFIBUS International PD per l Italia esiste il PROFIBUS Network Italia PNI con sede a Brescia La tecnologia PROFIB
81. e del trasferimento sincrono l immagine della periferia risulta consistente Questo consente il calcolo del rapporto di pi valori analogici per esempio pi valori di pressione in una pressa Attraverso l equidistanza il rilevamento del valore istantaneo e l emissione dei valori di setpoint avvengono in modo equidistante cio sempre negli stessi intervalli di tempo Si possono cos effettuare calcoli basati sulla differenza di valore istantanei per esempio nella misura di numeri di giri oppure misura di portata L equidistanza pu essere utilizzata nelle operazioni di dosaggio I loop di regolazione degli azionamenti possono essere chiusi anche tramite la periferia decentrata 23 Sistemi di comunicazione industriali 1 3 POSIZIONE DI MERCATO DI PROFIBUS PROFIBUS il bus di campo pi diffuso a livello europeo e consente di collegare 1 tipici utenti di cella partner anche se di differenti case costruttrici computer industriali PLC dispositivi di programmazione controlli per robot e macchine utensili sensori attuatori azionamenti ecc Si tratta di un bus ad accesso deterministico Il successo di PROFIBUS che pu vantare attualmente pi di un milione di nodi installati ed una crescita vertiginosa in pochi anni dovuto al suo ampio spettro di applicabilit dalla semplice connessione di attuatori e sensori fino al livello di cella dall industria manifatturiera al settore macchine utensili dal sett
82. e trasmessi li divide ove necessario in blocchi pi piccoli per soddisfare il sistema di trasmissione e ricrea i dati corretti che fluiscono al ricevente La struttura dell header TCP che pu avere lunghezza variabile 20 60 byte descritta in figura Rit N Bit 18 Bit 31 Sequence Number Acknowledgment Number Data gt a 3 8 Window Offset Reset G K H T IN N Checksum Urgent Pointer Option Padding Figura 2 10 Struttura dell header TCP 44 Protocolli Isocroni Il livello UDP In sostituzione al protocollo TCP IP talvolta viene utilizzato il protocollo UDP IP Si tratta di un protocollo non connection oriented che se da un lato ha il vantaggio di essere pi veloce dall altro paga questa velocit con un livello di sicurezza minore rispetto a quello garantito dal protocollo TCP IP La struttura dell header UDP descritta in figura Bit 0 Bit 31 UDP length Destination Port Figura 2 11 Struttura dell header UDP L UDP pur non supportando meccanismi di sicurezza molto pi interessante per applicazioni a livello di campo grazie alla semplicit ed economicit dell implementazione Il livello applicazione Contiene i protocolli di alto livello che vengono usati nelle applicazioni quali Telnet Terminare Virtuale FTP Trasferimento file SMTP e POP posta elettronica DNS mapping fra nomi di host e indirizzi IP NNTP newsgroup HTTP Word Wide Web Quest
83. econdo lo standard gli oggetti di una rete sincronizzata tramite PTP possono essere e Ordinary clock sono i componenti che possono comunicare con gli altri clock tramite un singolo percorso fanno parte di una sola rete e Boundary clock sono i componenti che possono comunicare con pi reti diverse sono l equivalente dei gateway ossia sono il punto di unione di due sottoreti diverse Ogni oggetto che dispone di un clock ha anche un grado di qualit del proprio clock per esempio se il clock deriva da un orologio atomico o da un ricevitore GPS si ha la qualit massima In base alla qualit del clock viene scelto nella rete il Master clock cio il componente che distribuisce il proprio clock agli altri chiamati Slave clock La sincronizzazione si basa sullo scambio di 4 tipi di messaggi Sync Follow Up Delay Request Delay Response 29 Protocolli Isocroni E e Master Clock Slave Clock Tm1 Off Tmi TTT Pe TITLE Sync messagge Master_to_slave Follow_Up con il Ts1 VW Delay precision_Timestamp di trasmissione LS RSS Save to res Delay_Req Delay R Delay_Response con il precision_Timestamp di ricezione Time Time master slave clock clock Figura 2 1 Scambio dei messaggi per la sincronizzazione Il master clock e lo slave clock possono essere sfasati di un certo offset chiamato Off ossia Ts Tm Off Quando il m
84. ecuperate dai corrispondenti record Il byte Transfer Status deve essere uguale a 0 4 2 5 2 OTTIMIZZAZIONE DEI DATI ATTRAVERSO L USO DI PRIORIT RT Per potere raggiungere un risultato ottimale i pacchetti in PROFINET possono avvantaggiarsi delle priorit in conformit con IEEE 802 1q se i pacchetti sono dotati di un VLAN Tag Fig 4 11 trasportano anche un valore di priorit codificato in un numero da 0 senza priorit a 7 massima priorit 100 PROFINET I O I pacchetti che fluiscono fra 1 dispositivi sono gestiti dagli switch in base a questo concetto di priorita Un pacchetto a pit alta probabilita ha la precedenza durante la fase di accodamento all interno dello switch sul pacchetto con priorit pi bassa L uso della priorit basata su VLAN assicura che i pacchetti real time siano preferiti durante l instradamento tramite switch ai pacchetti standard del normale traffico IP Ai pacchetti PROFINET real time viene assegnato il valore 6 0 VLAN ID VLAN Tag 1 bit 12 bit Figura 4 11 Priorita 4 2 5 3 CICLO DI COMUNICAZIONE RT Lo scopo delle suddivisone del ciclo di comunicazione RT quello di dividere la banda all interno del sistema Per questo motivo non vengono definiti dei parametri di tolleranza per il jitter parametri invece definiti nella comunicazione IRT I dispositivi PROFINET utilizzano una velocit di trasmissione di 100 Mbit s in full duplex e sono colleg
85. eira L Almeida J Fonseca Design and Modelling of a protocol to enforce consistency among replicated masters in FTT CAN WFCS 2004 Proceedings Ed Thilo Sauter and Francisco Vasques 161 BIBLIOGRAFIA 18 PROFIBUS INTERNATIONAL PROFIdrive Profil Drive Tecnology April 2004 PROFIBUS INTERNATIONAL 19 Siemens SIMATIC Sistema di periferia decentrata ET 200S 20 Periferia decentrata ET 200S Manuale tecnico www siemens com 21 Siemens SIMATIC ET 200S Moduli d interfaccia IM 151 cpu 22 Siemens SIMATIC Sistema di automazione S7 300 Configurazione e installazione 23 Siemens SIMATIC Software di sistema per S7 300 400 Funzioni standard e di sistema Manuale di riferimento 24 Siemens SIMATIC Software di sistema per S7 300 400 Funzioni standard parte 2 25 Siemens SIMATIC Sistema di automazione S7 300 Caratteristiche delle unit modulari 26 Siemens SIMATIC Sistema di automazione S7 300 Installazione configurazione e dati della CPU 27 Siemens SIMATIC Programmazione con STEP 7 V5 3 162 BIBLIOGRAFIA 28 Siemens SIMATIC S7 300 Manuale tecnico 29 Siemens SIMATIC NET NCM S7 per PROFIBUS Manuale Volume 1 di 2 30 Siemens SIMATIC NET Reti PROFINET Manuale 31 Siemens SIMATIC Configurazione dell hardware e progettazione collegamenti STEP 7 V53 Manuale 32 Siemens SIMATIC NET DP Base Programming Interface for CP5613 5614 33 Siemens SIMATIC NET Product Informatio
86. enti viene infatti utilizzato anche per applicazioni con sensori e attuatori dove sia importante un trasferimento dati a intervalli di tempo di durata prefissata Sistemi di comunicazione industriali 1 1 IBUS DI CAMPO Bus di campo un espressione generica che descrive una nuova forma di comunicazione digitale dedicata ai sistemi a basso livello quali sensori o attuatori la quale si prevede sostituir nell industria la tecnologia analogica per collegamenti punto a punto basata su segnali a 4 20mA La modalit di trasmissione numerica presenta infatti notevoli vantaggi in termini di possibilit di trasmettere pi informazione e migliori potenzialit di interfacciamento Gi dai primi anni 80 i costruttori di sensori o attuatori di una certa complessit come ad esempio telecamere o azionamenti avevano fornito i propri sistemi di interfaccia numerica seriale o parallela per consentire una connessione punto a punto con i sistemi a pi alto livello quali PLC o PC Tuttavia tale modalit di connessione tipicamente una RS232 con un semplice protocollo ASCII sebbene adatta per la fase di configurazione e predisposizione del trasduttore durante la fase operativa nella quale il flusso informativo pi ridotto comporta un numero di cavi confrontabile con la modalit analogica tradizionale L architettura a bus nella quale un unico conduttore viene utilizzato per connettere pi sistemi consente invece una notevole
87. er realizzare un ciclo di bus costante 64 PROFIBUS DP V2 3 1 5 SINCRONIZZAZIONE DELLE APPLICAZIONI Per utilizzare la modalit isocrona fondamentale tenere in considerazione i tempi di esecuzione delle applicazioni che girano sul master e sugli slave Nella figura 3 4 sono indicati i vari tempi necessari alla sincronizzare delle applicazioni In questo esempio un master DP V2 controlla tre slave intelligenti che a loro volta comandano tre motori gli slave tramite degli encoder fornisco il valore attuale della posizione Sul master girano le applicazioni che controllano la posizione di ogni singolo motore L algoritmo di controllo ad anello chiuso nell applicazione del master rappresentato da R1 R2 R3 Sullo slave di tipo intelligente gira l applicazione che controlla la velocit L applicazione che gira sullo slave 1 rappresentata da RI sullo slave 2 da R2 e sullo slave 3 da R3 L applicazione del master completamente separata dall applicazione dello slave Al tempo T viene acquisito il valore attuale di posizione mentre al tempo To abbiamo la trasmissione del valore di setpoint di posizione all attuatore Vedremo che impostando opportunamente questi tempi possibile ottimizzare i tempi necessari al sistema per il controllo del funzionamento dei motori Ciclo applicaz sul Master Tmarc i gt lt Top gt i Rx controllore x Master Tm lt alle GC Global Control Clock Sx Sla
88. eristiche di PROFIBUS DP VO sono Trasmissione ciclica di dati utente tra DP master e DP slave Attivazione e disattivazione dinamica di singoli DP slave Verifica della configurazione dei DP slave Potenti funzioni diagnostiche 3 livelli gerarchici di messaggi diagnostici Sincronizzazione degli ingressi e o delle uscite tramite i telegrammi SYNC e FREEZE 18 Sistemi di comunicazione industriali Non tuttavia possibile uno scambio di dati realmente isocrono ci dovuto a ripetizioni di telegrammi causati da interferenze o dai meccanismi di diagnostica inseriti durante lo scambio dati ciclico Oltre a queste funzionalit di base Profibus DP V0 Profibus DP prevede un estensione DP V1 che permette anche la comunicazione aciclica La comunicazione aciclica e normalmente una comunicazione non critica dal punto di vista del tempo Questa comunicazione utilizzata per parametrizzare e calibrare i dispositivi di campo e per lo scambio di informazioni diagnostiche La versione 2 di Profibus DP V2 aggiunge funzionalit quali la possibilit di comunicazione tra slaves DXB utilizzando messaggi broadcast secondo una logica publisher subscriber Un altra importante funzionalit introdotta da DP V2 il modo isocrono Grazie ad un messaggio broadcast di global control tutte le stazioni possono sincronizzarsi con l inizio del ciclo In pratica il messaggio di global control delimita l inizio del ci
89. essaggi ricevuti o spedire messaggi al master se richiesti esplicitamente Dal momento che richiedono piccole porzioni di protocollo la loro implementazione particolarmente economica Vengono anche chiamate stazioni passive La gestione dell accesso al bus viene implementata nel protocollo PROFIBUS secondo la filosofia master slave mentre per quanto riguarda l accesso al bus tra master si utilizza una procedura basata su token passing La procedura token passing garantisce che il permesso d accesso al bus concesso al master che possiede il token sia definito per un intervallo di tempo preciso e costante quindi il tempo che ogni master dovr attendere per accedere al bus dipender dal numero di dispositivi attivi presenti nella rete e dal massimo tempo di utilizzo del bus permesso token hold time Il token viene passato da un master all altro secondo un ordine prefissato anello logico La procedura master slave consente alla stazione attiva che in un preciso momento possiede il token di accedere alle stazioni passive a lui assegnate Il master pu spedire messaggi agli slave o richiedere messaggi dagli slave 13 Sistemi di comunicazione industriali 1 1 7 3 FUNZIONI DEI LIVELLI DEL PROTOCOLLO PROFIBUS Livello FDL Durante la fase d inizializzazione del sistema il compito del sottostrato MAC Medium Access Control sottolivello del livello 2 di ogni dispositivo master di definire il proprio indirizzo All
90. essere scandito da tag temporali infatti per poter intervenire o anche solo analizzare un processo necessario disporre dei dati di di t in modo da poterli correlare correttamente 1 1 4 IL DETERMINISMO NEI BUS DI CAMPO I primi bus di campo legati al mondo dei trasduttori sono stati sviluppati direttamente dai costruttori dei trasduttori stessi si trattava in genere di reti master slave basate ul livello fisico RS485 Lo standard EIA RS485 nato nel 1983 come raccomandazione tecnica dell Electronic Industries Association EIA consente ad una stessa linea Tipicamente costituita da un doppino di ospitare fino a 32 ricevitori e fino a 32 trasmettitori con frequenze di trasmissione fino a 10 Mbaud e lunghezze del collegamento fino a 10 km L architettura master slave dove un solo master interroga ciclicamente gli slave ossia i trasduttori la pi semplice e quella che previene da situazioni di conflitto ossia di accesso contemporaneo al bus da parte di pi utenti Ipotizzando comunicazioni bidirezionali si possono avere due tipi di connessione 1 utilizzando driver e receiver 2 utilizzando transceiver Nel primo caso figura 1 3 a sinistra il master trasmette sulla linea Tx e riceve sulla linea Rx mentre lo slave trasmette sulla linea Rx e riceve sulla linea Tx proprio come avviene nei collegamenti RS232 nel secondo caso figura a destra vi un unica linea per cui viene a cadere la distinzione tra master e slave
91. gere in ogni momento gli ingressi le uscite e le informazioni diagnostiche di ciascuno slave DP B 4 10 DIAGRAMMA DI STATO DELL INTERFACCIA UTENTE DI UNO SLAVE DP V0 La figura B 5 riporta il diagramma degli stati che descrivono il funzionamento di un dispositivo slave DP VO All accensione lo slave si trova nello stato POWER_ON dal quale passa allo stato WAIT_PARAM dopo che stato fissato il suo indirizzo di rete In questo stato si attende l arrivo del messaggio di parametrizzazione da parte del master con il quale vengono fissati i parametri caratteristici del funzionamento dello slave Nello stato WAIT_CONFIG lo slave attende il messaggio di configurazione il quale fornisce il numero ed il tipo di ingressi uscite che verranno scambiati nella fase successiva Se la configurazione accettata lo slave entra nello stato DATA_EXCH che rappresenta la fase di normale operativit durante la quale i dati di processo vengono ciclicamente scambiati con il master 142 Appendice B PROFIBUS DP POWER_ON INIZIALIZZAZIONE WAIT_PARAM PARAMETRIZZAZIONE OK Figura B 5 Diagramma di stato di uno slave DP VO B 4 11 SINCRONIZZAZIONE DEGLI SLAVE DP V0 COMANDI SYNC E FREEZE Oltre a trasferire dati utente alle stazioni collegate ogni master pu spedire comandi di controllo globali a singoli DP slave a gruppi di DP slave multicast o a tutti 1 DP slave contemporaneamente broadcast Questi comandi di co
92. gni caso questo tipo di modellizzazione permette di indirizzare i canali di I O presenti nel sistema con indice univoco Figura 4 7 Modello di un IO Device Tra l altro questo progetto modulare fa si che eventuali moduli I O esistenti su PROFIBUS DP possano essere incorporati in PROFINET senza restrizioni e modifiche Tutto questo assicura una protezione degli investimenti per i produttori di dispositivi e per gli utenti finali Un dispositivo PROFINET integrato nel tool di configurazione allo stesso modo di un dispositivo PROFIBUS DP tramite una descrizione del dispositivo Le 95 PROFINET I O caratteristiche del dispositivo sono descritte in un file GSD General Station Description che contiene tutte le informazioni necessarie Il file GSD in formato XML 4 2 4 DIAGNOSTICA PROFINET IO supporta un concetto di diagnostica multi layer che rende possibile un efficace metodo di rilevamento degli errori e la conseguente risoluzione di problemi In figura 4 8 viene illustrato il concetto di diagnostica multi layer Layer 1 Guasto nel dispositivo Layer 2 Guasto nel modulo p e Modulo analogico 3 Layer 3 Guasto nel sottomodulo Slot 1 Slot 2 Slot 3 Figura 4 8 Concetto di diagnostica multi layer di un oggetto PROFINET IO Quando si verifica un errore PIO Device interessato invia un allarme diagnostico all IO Controller Questo allarme richiama una corrispondente routine all inte
93. i successivamente devono essere inseriti nell anello logico Un altro compito importante del livello 2 FDL riguarda la sicurezza dei dati Il formato delle trame utilizzato nel protocollo PROFIBUS assicura elevata integrit 129 Appendice B PROFIBUS DP dei dati grazie a telegrammi caratterizzati da distanza di Hamming HD 4 ottenuti secondo le norme dello standard IEC 870 5 1 Lo strato di collegamento dati permette il trasferimento delle informazioni anche in modalit broadcasting utilizzata per l invio di trame a tutte le stazioni attestate sul bus e multicasting per l invio di dati ad un gruppo di stazioni PROFIBUS DP protocol Figura B 2 Protocollo di accesso al bus comune alle tre versioni PROFIBUS 130 Appendice B PROFIBUS DP B 4 PROFIBUS DP CARATTERISTICHE DI BASE La versione Device Peripheral DP del protocollo PROFIBUS stata pensata per la comunicazione tra sistemi di controllo dell automazione i e PC e PLC e dispositivi di ingresso uscita distribuiti i e sensori attuatori ed ottimizzata per comunicazioni ad alte velocit e per connessioni poco costose La maggior parte dello scambio di dati in questo contesto avviene in modo ciclico tuttavia per permettere lo svolgimento di procedure di configurazione di diagnostica o di gestione degli allarmi il protocollo supporta anche funzioni di comunicazione aciclica Sono state rilasciate tre versioni del protocollo Version
94. i Input FULL DUPLEX tempo Dal 1 Dal 2 Dal 3 Dal 4 t2 Dal 2 Dal 3 Dain 3 an q2 i4 4 Dal 4_ Figura 4 18 Trasferimento dei pacchetti attraverso gli switch in PROFINET IRT Per calcolare la quantita di dati trasferiti bisogna considerare che la lunghezza minima di un pacchetto di 64 byte Sommati a questi ci sono poi 12 byte di idle e 8 byte di preambolo includendo il byte di inizio frame In totale questo porta la lunghezza minima del pacchetto IRT uguale a 84 Lunghezza del campo dati minima quindi di 44 byte Questa quantita di dati normalmente sufficiente per la maggior parte delle applicazioni con scambio di dati ciclico Per ottimizzare il tempo di aggiornamento il primo pacchetto immesso sul bus quello diretto all ultimo IO_Device Per calcolo dei tempi di trasmissione per raggiungere n esimo IO Controller ho considerato 1 seguenti parametri GE Nun ms N bit PREAMB Li N sit HEADER T a os i 8 KS N bit TRAILER 113 PROFINET I O N numero totale degli slave Vrra Velocit di trasmissione T switch tempo di transito attraverso lo switch del dispositivo L lunghezza del segmento VProp Velocit di propagazione minima pari a 175000000 m s Per cui il tempo di trasmissione risulta Ns n L T Tra 7 gt oe F 3 t i l i n Vira Prop Il tempo di risposta del sistema essendo la trasmissione full duplex dato dal valore massimo
95. i indirizzi dei due sistemi collegati e rappresentano dei numeri univoci che identificano ciascun singolo dispositivo di rete Lunghezza dei dati indica il numero di byte presenti nel pacchetto dati 2 byte Dati Effettive informazioni che devono essere trasmesse da 46 a 1500 byte Checksum Sequenza utilizzata per verificare la correttezza dei dati ricevuti Il sistema trasmittente elabora questi byte mediante un algoritmo chiamato CRC Cyclic Redundancy Check 4 byte In figura visibile il tipico messaggio ETHERNET Preamb Inizio Indir Indir Lung Dati Checksum Frame Dest Sorg Dati Tipo 6 byte 6 byte 46 lt N lt 1500 byte Figura 2 7 Struttura del pacchetto Ethernet Ethernet standardizzata tramite la norma IEEE 802 3 Le specifiche coprono per esempio la tecnologia d accesso 1 metodi di trasmissione e i mezzi di trasmissione per Ethernet classica per Ethernet veloce 100 Mbit s Ethernet veloce a 100 Mbit s un estensione compatibile di Ethernet di 10 Mbit s ed la versione pi adatta per la comunicazione a livello di campo coniugando velocit e basso costo di componenti e infrastrutture 4 Protocolli Isocroni 2 3 2 3 IL MODELLO TCP IP UDP IP Un protocollo di comunicazione che di fatto uno standard nel panorama dell Information Technology IT il protocollo TCP IP Vediamo in figura come si collocano i vari livelli in confronto ai livelli del modello ISO
96. i sono i tipici protocolli di internet basati su TCP IP che tuttavia risultano di limitato utilizzo a livello industriale e praticamente inapplicabili a livello di campo se non per funzioni diagnostiche a bassissima priorit 45 Protocolli Isocroni 2 3 3 ETHERNET COME BUS DI CAMPO Ipotizzando una rete 10Base T si osserva che per sensori 0 attuatori semplici quale ad esempio un sensore di umidita che si limita a trasmettere due bytes 1 dato 2 bytes percentuale di umidit Ethernet risulta poco efficiente Infatti il tempo Tea per trasmettere l informazione risulta pari a 67 2 us con una efficienza ger risultante inferiore al 10 8 octets 14 octets 46 1500 octets 4 octets ETHERNET PREAMB HEADER DATA 7 20260 x IP LA MA 96 bit 120 60 Inter frame re ra di voe Figura 2 12 j 2 4 d 2 Toy 64 8 12 x8XTBit 67 2US E gege 64 8 12 x8xTbit 9 6 d 8 Ovviamente se si considerano i protocolli a livello superiore come IP o TCP l efficienza tende a peggiorare pur considerando l header H minimo e la rete libera il data rate pu essere notevolmente ridotto in caso di rete affollata it 2 4 d 2 T 64 8 12 x8XTbit 672us p ii Soe 64 8 12 x8xTbit 9 6 d 8 64 8 12 x8xTbit 67 2us d 2 dx8xTbit 2 4 d 2 7 9 TT 66 8 12 x8xTbit 68 848 d 8 Tree 64 6 8 12 x8xTbit 9 3 d 8 Storicamente l impiego di Ethernet come bus di campo risultato pe
97. ianto di produzione realizzata tramite una rete di comunicazione con topologia lineare dotata di un IO Controller e 31 IO Device Il numero di device stato scelto per poter comparare i risultati calcolati nel capitolo 3 3 2 Valuteremo quindi il tempo di aggiornamento del sistema tempo necessario alla trasmissione delle uscite e all acquisizione degli ingressi del sistema Il tempo calcolato fa riferimento solo allo scambio di dati real time isocroni per calcolare il tempo totale del ciclo isocrono dovranno essere sommati i tempi di comunicazione riservati allo scambio di dati non isocrono comunicazione RT comunicazione asincrona ecc che sono impostabili in fase di configurazione del sistema 111 PROFINET I O 4 2 7 1 TEMPO DI TRASMISSIONE DATI DI OUTPUT A TUTTI I DISPOSITIVI E TEMPO DI AGGIORNAMENTO DI UN SISTEMA PROFINET Il tempo di trasmissione dipende essenzialmente dai seguenti fattori e Velocit di trasmissione dei dati e Tipo di trasmissione Full Duplex e Tempo di propagazione e Topologia della rete e La lunghezza dei dati di Output o di Input minimo 44 byte Per lo studio del sistema analizziamo in che modo vengono scambiati i dati tra i vari dispositivi IRT La figura 4 18 mostra il principio di funzionamento dello scambio dati tra dispositivi di campo IRT con switch integrato Tutti i pacchetti possono essere messi strettamente in sequenza calcolando esattamente il loro tempo di invio Se l inter
98. iche altrettanto importanti per gli utilizzatori 17 Sistemi di comunicazione industriali 1 1 7 6 TIPI DI DISPOSITIVI Ogni sistema PROFIBUS DP riconosce tre differenti tipi di dispositivi DP Master Class 1 DPM1 un controllore centrale che scambia informazioni con le stazioni decentralizzate a lui assegnate DP slave all interno di un ben definito ciclo di messaggio Gestisce la trasmissione dei dati utente e pu comunicare con i dispositivi DP Master classe 2 Tipicamente appartengono a questa classe PLC PC o sistemi VME DP Master Class 2 DPM2 vengono utilizzati nella fase di configurazione del sistema DP o nelle necessarie operazioni di monitoraggio e diagnostiche Appartengono a questa classe i dispositivi di programmazione di configurazione e pannelli di controllo DP Slave sono stazioni periferiche dispositivi di I O trasmettitori Human Machine Interface HMI valvole ecc che ricevono dati in input richieste e o spediscono in output informazioni al controller risposte Sono indirizzabili da entrambi i tipi di master I master sono spesso denominati come stazioni attive mentre gli slave sono detti stazioni passive 1 1 7 7 PROFIBUS DP V0 DP V1 DP V2 Sono state rilasciate tre versioni del protocollo Versione 0 Versione 1 Versione 2 Le caratteristiche di base nate come protocollo PROFIBUS DP sono state inserite nel protocollo rinominato PROFIBUS DP V0 PROFIBUS DP Versione 0 Le caratt
99. ife permette di controllare la sincronizzazione In figura con S1 S2 S3 mostrato il tempo necessario per lo scambio dati ciclico di tre slave Con Asinc mostrata la finestra temporale disponibile per le comunicazioni asincrone 36 Protocolli Isocroni 4 Ciclo PROFIBUS el Wei 44 II 4 Applicaz Ciclo Figura 2 5 Comunicazione isocrona PROFIBUS DP V2 PROFIBUS DP V2 implementa anche la comunicazione slave to slave per lo scambio dati fra gli slave E una comunicazione basata sul modello Publisher Subscriber Il modello basato su un publisher slave che fornisce i suoi dati non solo al master DP ma anche alle altre stazioni subscriber in modo che tutti gli altri slave possono accedere ai suoi dati ed agire di conseguenza Tutto questo deve essere definito attraverso la configurazione del sistema PROFIBUS In fase di configurazione si definiscono le relazioni slave to slave tra gli slave DP i dati che il publisher rende disponibili e a quali dati il subscriber deve accedere La comunicazione slave to slave associata allo scambio dati ciclico di PROFIBUS DP La figura 2 6 mostra il meccanismo della comunicazione slave to slave ER Protocolli Isocroni MASTER Telegrammi di Data Exchange Figura 2 6 Comunicazione slave to slave 38 Protocolli Isocroni 2 3 2 ETHERNET A LIVELLO INDUSTRIALE Nel settore dell automazione industriale si
100. il mondo PROFINET Il proxy si deve occupare di gestire la comunicazione verso il Ethernet e verso il bus di campo cio si comporta da gateway per quanto riguarda la comunicazione fisica Inoltre il proxy un oggetto che sostituisce 1 dispositivi nel senso che esso realizza la vista PROFINET CBA ad 50 Protocolli Isocroni alto livello del dispositivo di campo rendendola disponibile al mondo esterno Rispetto al bus di campo il proxy svolge le funzioni di un master Come conseguenza dell introduzione del proxy tutti 1 dispositivi del bus di campo organizzati dietro esso sono presentati come nodi indipendenti di PROFINET oggetti e tali componenti risultano indistinguibili dai componenti posti direttamente su Ethernet Importante sottolineare che tutte le configurazioni impostate a livello PROFINET CBA per gli oggetti su bus di campo sono salvate nel proxy e non nei dispositivi di campo Engineering HMI Ethernet Proxy dl Controller Device Fieldbus X PROFIBUS EnyinesAng Field Drive HMI Figura 2 15 Collegamento tramite proxy Data la difficolta di realizzare interfacce OPC residenti il dispositivo con interfaccia PROFINET CBA non implementa un server OPC direttamente sul dispositivo di campo ma solo una parte In particolare viene implementato il livello ACCO che scambia dati tramite DCE RPC Rem
101. il software del quale ha bisogno visto come un singolo oggetto il Componente per l Automazione PROFINET Meccanica Elettrico elettronico Figura 2 13 Modello componente in PROFINET 49 Protocolli Isocroni I componenti vengono descritti con file XML che hanno la stessa funzione dei file GSD di PROFIBUS permettere l integrazione di dispositivi di diversi produttori Creare una descrizione standard di un componente secondo delle regole comuni svincola il progettista dalla conoscenza di tool di programmazione configurazione e parametrizzazione che possono essere diversi per ogni componente Tutti i componenti sono utilizzabili in modo identico senza bisogno di conoscenze a priori Tool specifici di Programmazione e Configurazione dei vari costruttori PROFINET Connection Editor Mi bal HI lt F XML File Figura 2 14 Al progettista non resta che collegare tra di loro 1 vari componenti per mezzo di tool grafici per ottenere il progetto completo Da notare che praticamente non richiesta nessuna conoscenza del mezzo fisico su cui viaggiano le informazioni per cui PROFINET CBA virtualmente aperto a ogni tipo di protocollo a patto che i componenti siano rappresentati secondo le specifiche PROFINET Per esempio grazie a degli accoppiatori attivi detti proxy PROFINET CBA integra Profibus Il proxy il rappresentante di ciascuno dei dispositivi collegati al bus di campo per quanto riguarda
102. inciano a comparire sul mercato i primi web sensors ossia sensori direttamente interfacciati su Internet e consultabili mediante un comune browser anche se non pienamente compatibili ai protocolli in questione 2 3 3 4 IL COLLEGAMENTO DEI DISPOSITIVI TRAMITE SWITCH La rete Ethernet che funziona utilizzando il protocollo CSMA CD adatta per un bus di campo L utilizzo di CSMA CD pu generare delle collisioni fra i pacchetti quindi sembrerebbe non adatta per applicazioni industriali a livello di campo Il problema delle collisioni stato risolto connettendo i vari dispositivi tramite uno switch Gli switch inoltrano il messaggio solo al destinatario In questo caso non abbiamo pi dispositivi connessi su uno stesso bus Ogni dispositivo connesso ad una porta dello switch Se la stazione A vuole parlare con la stazione B e la stazione C vuole parlare con la stazione D si creano all interno dello switch dei circuiti per cui le informazioni passano direttamente da C e D e da AaB Cosa succede se la stazione A sta parlando con la stazione B ma anche D vuole parlare con B Non abbiamo collisione perch lo switch un elemento con memoria 47 Protocolli Isocroni Pu memorizzare quello che la stazione D voleva dire alla stazione B e spedirlo quando la stazione B ha finito di parlare con A All interno dello switch ci sono dei buffer che permettono di memorizzare i vari pacchetti nel caso la destinazione sia occupata
103. indirizzare un canale di comunicazione specifico tra due dispositivi EtherType e FrameID fanno parte dell header del protocollo RT e favoriscono una classificazione veloce dei pacchetti Questo permette al dispositivo ricevente di classificare un pacchetto ricevuto velocemente per mezzo di un efficiente algoritmo I 6 byte dell indirizzo MAC selezionano il dispositivo Il dispositivo real time deve valutare solo EtherType e il FrameID per trovare il canale di comunicazione corretto Nel pacchetto viene anche inserito un contatore di ciclo Cycle Counter da parte del Provider Il Provider incrementa il contatore di ciclo ad ogni ciclo e lo inserisce nel pacchetto Ogni bit di incremento corrisponde ad un intervallo di tempo di 31 25 us Il Consumer quando riceve il pacchetto controlla il valore contenuto nel campo Cycle Counter Attraverso questo valore pu controllare se i dati di processo trasmessi sono quelli attuali I bit del campo Data Status hanno il seguente significato Bit 0 Stato 1 Primario determina il canale dominante nel caso di canali multipli ridondanza Bit 2 Dati Validi 1 Dati validi il valore 0 permesso solo durante la fase di avviamento Bit 4 Stato del Processo 1 Il processo che ha generato i dati sta girando Bit 5 Indicatore di Problema 1 Nessun problema se questo bit stato settato a 0 l allarme diagnostico deve essere stato segnalato e le informazioni diagnostiche possono essere r
104. io dati della comunicazione slave to slave DP Master CI 1 Parameterization Master Active Station Output Data Input Data DP Slave Drive DP Slave Drive DP Slave Drive Publisher Subscriber Subscriber Slave to Slave Communications Links Figura B 7 Comunicazione slave to slave 147 Appendice B PROFIBUS DP B 4 17 DEVICE DATABASE FILE GSD Nel mondo sono stati sviluppati diversi dispositivi che seguono il protocollo PROFIBUS essi differiscono sia per funzionalita che rendono disponibili numero degli ingressi e delle uscite tipologia dei messaggi diagnostici che per parametri del bus che sono in grado di supportare Per rendere semplice ed il pi possibile facile la progettazione di un sistema PROFIBUS a ogni dispositivo realizzato viene associata una scheda tecnica elettronica nota con il nome di device database file o GSD file Essa contiene tutte le informazioni che un tool di progettazione richiede per implementare un sistema Sul sito web www profibus com sono disponibili i file GSD di tutti i dispositivi PROFIBUS certificati B 4 18 PROFILI PROFIBUS DP Il protocollo PROFIBUS definisce come vengono scambiati i dati tra le stazioni presenti sul bus In aggiunta possibile realizzare dei profil che permettono di stabilire il significato dei dati scambiati sul bus soprattutto nelle parti definite dall utente e relative a una specifica applicazione e come il dis
105. ioni di controllo ad anello aperto o ad anello chiuso che erano nel passato implementate da un unit centrale possono essere distribuite tra azionamenti intelligenti Ad esempio un azionamento pu essere asservito ad un altro ricevendone il riferimento di corrente mentre la regolazione di corrente avviene solo sull azionamento principale Se vogliamo che le funzioni di automazione siano decentralizzate e distribuite i dati devono poter essere trasferiti direttamente tra gli azionamenti e Comunicazione aciclica Per esempio in PROFIBUS i servizi aciclici sono utilizzati per trasferire richieste di parametri per il controllo delle operazioni e per il monitoraggio degli azionamenti in parallelo allo scambio di dati ciclico Fino a quando le funzionalit dei bus di campo non vennero estese attraverso i protocolli isocroni non era possibile soddisfare tutto le richieste sopraelencate utilizzando un solo sistema Negli impianti automatizzati che includevano azionamenti venivano spesso utilizzati in parallelo differenti sistemi con differenti bus di campo Se oltre al controllo dell azionamento esistevano nell impianto periferiche con I O distribuiti oppure postazioni per il controllo del processo il tutto veniva implementato utilizzando bus differenti in aggiunta al bus attraverso il quale veniva controllato l azionamento veniva utilizzato un sistema proprietario per la sincronizzazione degli azionamenti Le funzionalit dei bus di
106. izza come mezzo trasmissivo una coppia di conduttori attorcigliati e se necessario schermati Si tratta quindi di una modalit di trasmissione molto economica e adatta a operare anche in ambienti sfavorevoli La trasmissione del segnale avviene in corrente su tensione differenziale di SV Il transceiver di interfaccia viene protetto da eventuali situazioni di accesso simultaneo al segmento Tutti i dispositivi sono connessi ad una struttura lineare e il medesimo segmento conduttore pu ospitare fino a 32 unit La modalit di connessione di Profibus half duplex e cio ciascuna unit master o slave trasmette e riceve sulla stessa coppia di conduttori Il bus terminato all inizio ed alla fine di ogni segmento da terminazioni attive Quando si utilizzano pi di 32 stazioni su pi segmenti si ricorre all impiego di ripetitori amplificatori di linea per raccordare le varie sottoparti Il segnale individuato da una tensione differenziale tra i due conduttori e la codifica del tipo Non Return to Zero NRZ In particolare il simbolo 1 rappresentato da una tensione differenziale positiva tra il pin 3 RxD TxD P ed il pin 8 RxD TxD N del connettore al bus il simbolo 0 da un tensione differenziale negativa mm EL ELLE Dato Poo J EEN Figura 1 5 Trattandosi di trasmissione asincrona il clock non viene trasmesso e i messaggi vengono inviati a byte preceduti dal bit di start 0 e seguiti da parit e
107. lo successivo il LS corretto il contatore decrementato di 1 Il contatore pu essere decrementato fino a 0 valore di inizio del contatore Questa strategia assicura che pi del 90 dei telegrammi sono stati trasferiti in maniera corretta Il massimo numero di errori di LS consecutivi che possono essere accettati prima di segnare un guasto o il valore massimo del contatore di guasto possono essere decisi in fase di parametrizzazione Il numero di errori consecutivi funzione anche della storia precedente in alcuni casi sono sufficienti pochi errori di LS vedi figura per far arrestare l azionamento Nell esempio seguente Fig 3 9 il contatore di guasto di un azionamento analizzato in funzione del tempo Il valore massimo del contatore stato impostato in fase di parametrizzazione al valore 31 79 PROFIBUS DP V2 Valore del contatore di Sign of Live nello Slave Errore e arresto 40 Error OK Error OK Error Errore OK OK i K 30 OK Sian of Live Trasferito Figura 3 9 Esempio di funzionamento del contatore Sign of live 3 1 9 4 CONTROLLO DEL JITTER IN MODALITA ISOCRONA Attraverso un PLL la durata del jitter pu essere attenuata e sia sporadici errori di clock quanto effetti di runtime possono essere compensati Bus clock System clock e f 1 Tpp e f n Tpp e Jitter lt lus e Jitter lt 100ns e Perdita del e Senza perdita del clock clock ASIC PROFIBUS Numero di ci
108. mezzo trasmissivo in ogni momento Ciascun dispositivo attivo responsabile degli indirizzi compresi tra TS This Station e NS Next Station denominati GAP e rappresentati nella GAP List GAPL Ogni GAP viene controllato periodicamente all interno di un intervallo temporale TGUD GAP Update Time per mezzo del frame Request FDL Status operazione con cui ogni stazione attiva verifica 1 dispositivi presenti in rete La fase di manutenzione del GAP inizia al ricevimento del token dopo la trasmissione di tutti i messaggi in coda se il TTH disponibile lo consente Altrimenti si rimanda al ricevimento del token successivo dopo la trasmissione dei messaggi ad alta priorit Gli indirizzi appartenenti al GAP vengono analizzati in ordine ascendente Se una stazione risponde come not ready o slave station viene segnata come tale nella GAPL e si procede al controllo dell indirizzo successivo Se una stazione attiva risponde come pronta ad entrare nell anello logico il dispositivo attivo che detiene il token deve segnarla nella GAPL come NS quindi deve passarle il controllo del bus Nel caso in cui una stazione passiva appartenente alla GAPL non risponde a ripetuti Request FDL Status viene rimossa dalla lista B 4 6 INIZIALIZZAZIONE DELL ANELLO LOGICO La fase di inizializzazione dell anello logico parte dalla stazione attiva con l indirizzo pi basso Tale master DP trasmette due token frame a se stesso NS TS
109. mma di applicazioni e consente grande flessibilit E stata la prima implementazione ed oggi stata praticamente abbandonata e PROFIBUS DP Device Peripheral ottimizzato per collegamenti economici ad alte prestazioni Questa versione PROFIBUS rivolta soprattutto alla comunicazione tra sistemi di controllo dell automazione e dispositivi distribuiti di I O e PROFIBUS PA Process Automation progettato principalmente per automazione di processo consente di collegare sensori ed attuatori su una linea di comunicazione comune in aree a sicurezza intrinseca EExi Con il protocollo PA possibile trasmettere dati e alimentazione su un bus a due conduttori in accordo con lo standard internazionale IEC 1158 2 B 2 ARCHITETTURA DEL PROTOCOLLO I protocolli PROFIBUS si basano sul modello di riferimento OSI Open System Interconnection di ISO International Standard Organization secondo il quale ogni strato del protocollo gestisce compiti definiti In particolare il Livello 1 Physical Layer PHY definisce le caratteristiche fisiche della trasmissione il Livello 2 Data Link Layer Profibus utilizza il nome Fielbus Data Link FDL definisce il protocollo di accesso al bus e il Livello 7 Application Layer descrive l interfaccia verso l applicazione Fig B 1 127 Appendice B PROFIBUS DP STRATI Profilo DP Profilo PA Utente FMS Device Profiles ESTENSIONI DP funzioni fondamentali DP Applicazi BE
110. ms All inizio del ciclo vengono spediti i pacchetti RT relativi al dispositivo RT Il tempo destinato ai pacchetti RT non deve superare una certo ammontare p e 50 per ciascun ciclo Successivamente possono essere spediti pacchetti real time aciclici aRT Anche il tempo destinato per questi pacchetti non deve superare un certo ammontare p e 10 Infine per il resto del tempo disponibile verranno spediti 1 pacchetti non real time NRT p e pacchetti UDP TCP Attraverso il rapporto di riduzione Reduction Ratio e la fase possiamo distribuire i pacchetti RT nel tempo Il traffico di rete viene cos controllato e limitato attraverso questi meccanismi 102 PROFINET I O Questi meccanismi di gestione seguono le seguenti regole il processo che si occupa dell invio dei pacchetti non deve spedire alcun pacchetto RT se all inizio del nuovo ciclo esiste una situazione di sovraccarico per l interfaccia locale in media non pu essere usato pi di un certo ammontare di banda per evitare il sovraccarico del sistema Tsendclock Tsendclock 1 31 25ms lt I sendclock lt 4ms Error Event Il telegramma RT non viene spedito a causa di una situazione di sovraccarico locale Figura 4 13 Situazione di sovraccarico per l interfaccia locale La figura mostra l esempio di una situazione di sovraccarico per l interfaccia locale Al tempo Tsendelock 1 11 provider riceve un errore di trasmissione dal MAC
111. municazioni slave to slave sincronizzate con il ciclo di clock Queste applicazioni sono normalmente realizzate con un azionamento di controllo e diversi azionamenti slave Il termine azionamento di controllo significa in questo contesto che un azionamento l azionamento di controllo fornisce informazioni sul processo come ad esempio il valore attuale della posizione agli altri azionamenti gli azionamenti slave In questo modo gli azionamenti slave coordinano all istante il proprio movimento con le informazioni ricevute dall azionamento di controllo 33 Protocolli Isocroni 2 3 SOLUZIONI EMERGENTI PER L AUTOMAZIONE Negli ultimi anni sono stati sviluppati diversi protocolli isocroni Tutte le piu grandi aziende per automazione cercano di imporre il proprio protocollo Verranno analizzati in dettaglio nei capitoli successivi i protocolli PROFIBUS DP V2 e PROFINET 2 3 1 PROFIBUS DP V2 Lo versione isocrona di Profibus PROFIBUS DP V2 aggiunge nuove funzionalit al protocollo per il controllo tramite sincronismo di clock dei dispositivi slave da parte del master Il controllo del sincronismo indipendente dal carico del bus Queste nuove funzionalit permettono processi di posizionamento molto precisi con deviazioni del ciclo di clock inferiori ad un microsecondo Tutti i dispositivi vengono sincronizzati dal master attraverso un messaggio broadcast di global control GC Un contatore speciale sign of l
112. n Installation Instructions CP5613 34 Siemens SIMATIC Component based Automation Commissioning Systems Tutorial 35 Siemens SIMATIC Commissioning PC Station Manual Quick Start 36 www siemens com 163
113. na la modalit Data Exchange Broadcast i profili o i parametri utente si raggiunge un elevato numero di parametri che non possono essere trasmessi in un solo telegramma di parametrizzazione Quindi stato necessario definire un secondo telegramma di parametrizzazione per spedire tutti i parametri richiesti allo slave durante la sequenza di avvio Il telegramma Ext_User_Prm ha la stessa struttura del telegramma Set_Prm la differenza consiste solo in un differente DSAP 0x35 Il telegramma di Ext_User_Prm deve essere spedito fra il telegramma Set_Prm e Chk_Cfg Se nel file GSD specificato la linea X_Prm_SAP_supp 1 allora lo slave deve rispondere ad una struttura valida con OxES 3 1 9 AFFIDABILIT DEI DATI Per garantire l affidabilit della trasmissione in entrambe le direzioni master lt gt slave si utilizzano diversi metodi e in particolare meccanismi di monitor sul tempo di jitter e sulla durata del ciclo DP Per quanto riguarda la possibilita di riconoscere se un telegramma arrivato correttamente e nella sequenza giusta si utilizza un contatore a 4 bit per il master chiamato Master s Sign of Life M LS e per lo slave un contatore sempre a 4 bit chiamato Slave s Sign of Life Il campo dei valori del contatore va da 1 a 15 0 non valido 3 1 9 1 MASTER S SIGN OF LIFE M LS Questo contatore incrementato dal master ad ogni ciclo dell applicazione di controllo della posizione Trasmissione
114. nalizzato dal non determinismo e per quanto concerne la scarna messaggistica dei sensori e degli attuatori dalla bassa efficienza dato che il numero di byte trasmessi elevato rispetto al numero di byte che contengono effettivamente informazione Oggi la diffusa presenza di switch che inoltrano il messaggio solo al destinatario e l aumento della velocit di trasmissione 10MHz 100MHz 1GHz riducono 46 Protocolli Isocroni notevolmente la probabilita di collisione per cui Ethernet diventa una soluzione sempre pi interessante anche per le applicazioni veloci quali i bus di campo Il non determinismo di Ethernet non sembra particolarmente penalizzante rispetto ai bus di campo nei sistemi a bassa dinamica in quanto una rete in ambiente industriale viene progettata con un ridotto numero di utenti e in genere segmentata su pi reti locali Anche la bassa efficienza aggravata dalla presenza di protocolli di una certa complessit quali UDP IP o TCP IP risulta meno penalizzante grazie alle elevate velocit di trasmissione e in generale un argomento meno valido rispetto alla presenza delle infrastrutture Ethernet ha la sua naturale evoluzione in Internet che consente una diagnostica decentrata di semplice implementazione E per questo motivo che anche a livello industriale vanno affermandosi protocolli standard quali quelli utilizzati dai comuni browser come Internet Explorer o Netscape Navigator IP TCP HTTP e com
115. namenti richiedono un alto livello di sincronizzazione In figura si possono notare degli azionamenti di classe 4 oltre a quelli di classe 1 e 3 che richiedono una trasmissione dati sincronizzata al ciclo di clock Il master DPMI passa tramite un telegramma di global control trasmesso in modo isocrono l informazione del ciclo di clock agli slave che si sincronizzano su questo impulso DPM1 DPM2 PLC NC PC Slave Slave Altre periferiche Encoder Encoder Encoder Encoder Encoder __ APPLICAZIONE APPLICAZIONE APPLICAZIONE APPLICAZIONE DI CLASSE 1 DI CLASSE 3 DI CLASSE 4 DI CLASSE 4 Figura 3 2 Rete isocrona monomaster Le temporizzazioni per il trasferimenti dei setpoint e dei valori acquisiti quanto i controlli effettuati dal master di livello pi alto possono essere parametrizzate I parametri delle temporizzazioni fanno riferimento all impulso di clock 61 PROFIBUS DP V2 Nel ciclo DP deve esserci sufficiente tempo per 1 seguenti elementi scambio dati ciclico Data_Exchange DP VO con tutti gli slave presenti sul bus un canale di comunicazione aciclica DP V1 ripetizioni del telegramma richieste diagnostiche Un pannello operatore DPM2 deve comunicare con gli slave tramite un master DPMI Routing 3 1 3 RETE ISOCRONA MULTIMASTER Il tipo di generazione dell impulso di clock permette l utilizzo sul bus di un solo master DP di classe 1 sincrono Non possono coesistere due master
116. nd outputs Decentralized inputs and outputs WAN _ rt Te sept OF slaves Tara mastara may paad thee data trom a DP siawi Fig B 4 Struttura di un sistema multi master Tutte le stazioni di un sistema PROFIBUS DP devono aver assegnato un indirizzo sul bus Per i dispositivi DP slave tale indirizzo potra essere definito anche via bus dai soli dispositivi DPM2 Quando un dispositivo passivo non possiede ancora un proprio indirizzo gli viene assegnato provvisoriamente il 126 di default Attraverso tale indirizzo una stazione DPM2 pu successivamente accedere al DP slave e modificare il valore identificativo con uno alternativo al 126 I dispositivi attivi non possono avere un indirizzo di default Per motivi di sicurezza un dispositivo DPM1 non pu scambiare dati con un dispositivo DP slave indirizzato col 126 135 Appendice B PROFIBUS DP B 4 2 PROCEDURA TRASMISSIVA Lo scambio di messaggi avviene in cicli Ogni ciclo di messaggio consiste in un frame di richiesta da parte del master e dal corrispondente frame di conferma che non contiene dati utente es scrittura o di risposta che contiene dati utente es lettura da parte della stazione indirizzata master o slave Un ciclo di messaggio pu essere interrotto dalla trasmissione del token o di un comando di controllo globale broadcast Tutte le stazioni fatta eccezione per quella che detiene il token verificano che 1 messaggi presenti sul bus siano a l
117. ndo la normativa DIN 19245 successivamente stata riconosciuta conforme allo standard europeo EN 50170 e insieme ad altri bus di campo stata poi standardizzata dalle norme internazionali IEC 61158 E utilizzabile per una vasta gamma di applicazioni industriali e consente a dispositivi di diversi produttori di comunicare tra loro senza particolari aggiustamenti di interfaccia Il successo di PROFIBUS che pu vantare una crescita vertiginosa in pochi anni dovuto al suo ampio spettro di applicabilit dalla semplice connessione di attuatori e sensori fino al livello di cella dall industria manifatturiera al settore macchine utensili dal settore del building al processo fino all industria chimica e petrolchimica E un bus di campo in grado di utilizzare con lo stesso mezzo fisico servizi per connessioni semplici orientate al byte e servizi per connessioni complesse frame di configurazione di parametrizzazione di diagnostica ecc in modalit ciclica e 126 Appendice B PROFIBUS DP aciclica in grado di consentire la coesistenza di diversi dispositivi che implementano quanto richiesto dalle varie applicazioni sul mercato La famiglia PROFIBUS consiste di tre protocolli compatibili tra loro e PROFIBUS FMS Fieldbus Message Specification rappresenta la soluzione general purpose per la comunicazione anche a livello di cella Il protocollo FMS mette a disposizione potenti servizi per una vasta ga
118. ne dalla rappresentazione usata all interno del computer alla rappresentazione standard della rete gestito dallo strato di presentazione Questo strato ha a che fare con altri aspetti della rappresentazione delle informazioni come ad esempio la compressione dei dati e la crittografia A 1 7 LIVELLO 7 APPLICAZIONE Lo strato applicazione Application Layer contiene vari protocolli che sono necessari per offrire vari servizi agli utenti quali ad esempio terminale virtuale trasferimento file posta elettronica In generale il settimo livello concerne la descrizione dell interfaccia verso applicazione tuttavia questo strato non comprende l applicazione stessa in quanto essa non fa parte del sistema di comunicazione 123 Appendice B PROFIBUS DP Appendice B PROFIBUS DP DEVICE PERIPHERAL B 1 IL PROTOCOLLO PROFIBUS Profibus PROcess FleldBUS e un bus di campo fortemente voluto da Siemens il cui sviluppo ed amministrazione stato ufficialmente affidato ad un organizzazione denominata Profibus Trade Organization PTO composta da membri provenienti dal settore costruttivo da istituti di ricerca e dall utenza finale Attualmente vi sono anche altre organizzazioni per lo sviluppo di Profibus quali Profibus User Organization PNO e Profibus International PI per l Italia esiste il Profibus Network Italia PNI con sede a Brescia La tecnologia PROFIBUS nata come standard tedesco seco
119. nibilit L obiettivo unire i diversi componenti per generare un sistema completo Va comunque considerato che da una parte un livello di dettaglio troppo alto produce una vista tecnologica dell installazione che risulta pi complessa e provoca un aumento dei costi di ingegneria D altra parte un livello di dettaglio troppo basso riduce il grado di riutilizzabilit provocando un aumento dei costi di esecuzione Per ottenere il pi alto grado possibile di riutilizzabilit per i diversi moduli necessario esaminare dettagliatamente quale delle parti pu essere usata diverse volte senza rendere necessario cambiare il relativo modulo standard I componenti software sono generati dal fornitore della macchina o dell impianto 153 Appendice C PROFINET CBA C 1 3 LA DESCRIZIONE DEL COMPONENTE DI PROFINET PCD I componenti PROFINET sono descritti in un file PCD PROFINET Component Description in formato XML Il file creato utilizzando tool diversi a seconda del produttore dotati di un generatore di componenti Alternativamente possibile creare un file PCD usando il software PROFINET Component Editor scaricabile dal sito PROFIBUS www profibus com Il file XML generato contiene le informazioni riguardo alla funzione ed agli oggetti dei componenti PROFINET In PROFINET il file componente XML contiene i seguenti dati descrizione dei componenti come elementi di libreria identificazione componente nome componente
120. ntrollo tra le altre finalit consentono di attivare la modalit di comunicazione sync e freeze con i dispositivi DP slave per sincronizzare il loro funzionamento Gli slave attivano la modalit di funzionamento sync quando ricevono il comando omonimo dal loro master In questa fase le uscite di tutti gli slave indirizzate vengono bloccate nel loro stato corrente e rimangono invariate finch un nuovo comando sync non verr inviato La modalit sync termina al ricevimento del comando unsync Allo stesso modo gli slave assumono modalit di funzionamento freeze quando ricevono il comando omonimo dal loro master In questa fase operativa lo stato degli ingressi viene bloccato al valore corrente e l aggiornamento non consentito finch 143 Appendice B PROFIBUS DP un nuovo comando freeze non verra inviato La modalita freeze termina al ricevimento del comando unfreeze B 4 12 FUNZIONI DIAGNOSTICHE Il protocollo Profibus DP prevede l utilizzo da parte delle stazioni attive e passive di particolari servizi che permettono di rilevare velocemente errori e malfunzionamenti In una tipica configurazione master slave i messaggi diagnostici sono trasmessi sul bus dal dispositivo passivo e raccolti da quello attivo La comunicazione delle informazioni diagnostiche rappresenta l unico caso di autonomia trasmissiva concessa agli slave dal protocollo DP Pi precisamente uno slave DP pu trasmettere fino a 6 b
121. o Fieldbus Message Specification FMS NON USATO 3 6 Data Link Fees Q Fieldbus Data Link FDL Fisico 1 RS 485 Fibra ottica TEC 1158 2 Bi EN 50170 DIN 19245 E PROFIBUS Guideline Figura B 1 Architettura dei protocolli PROFIBUS B 3 MODELLO DI COMUNICAZIONE Le caratteristiche tecniche e funzionali di PROFIBUS si fondano sull implementazione di un bus seriale con cui dispositivi digitali decentralizzati possono essere collegati assieme a livello di sensori attuatori di campo e di cella Tutte le versioni di PROFIBUS DP FMS e PA utilizzano un protocollo uniforme di accesso al bus implementato dal livello 2 del modello ISO OSI Fig B 1 Per quanto riguarda i dispositivi PROFIBUS distingue tra e Dispositivi MASTER che controllano la comunicazione sul bus Un master pu spedire messaggi senza richiesta esterna quando detiene il controllo della linea di comunicazione possesso del token Vengono anche chiamati stazioni attive 128 Appendice B PROFIBUS DP e Dispositivi SLAVE sono unit periferiche che non possono accedere al bus direttamente se non per divulgare informazioni diagnostiche che lo riguardano Possono solamente riconoscere messaggi ricevuti o spedire messaggi al master se richiesti esplicitamente Dal momento che richiedono piccole porzioni di protocollo la loro implementazione particolarmente economica Vengono anche chiamate stazioni passive La gestione dell access
122. o al bus viene implementata nel protocollo PROFIBUS secondo la filosofia master slave mentre per quanto riguarda l accesso al bus tra master si utilizza una procedura basata su token passing La procedura token passing garantisce che il permesso di accesso al bus concesso al master che possiede il token sia definito per un intervallo di tempo preciso e costante quindi il tempo che ogni master dovr attendere per accedere al bus dipender dal numero di dispositivi attivi presenti nella rete e dal massimo tempo di utilizzo del bus permesso token hold time Il token viene passato da un master all altro secondo un ordine prefissato anello logico La procedura master slave consente alla stazione attiva che in un preciso momento possiede il token di accedere alle stazioni passive a lui assegnate Il master pu spedire messaggi agli slave o richiedere messaggi dagli slave In questo modo si possono implementare configurazioni master slave puri o mono master master master puri combinazioni delle due configurazioni precedenti Durante la fase di inizializzazione del sistema basato sul bus di campo il compito del sottostrato MAC Medium Access Control sottolivello del livello 2 di ogni dispositivo master di definire il proprio indirizzo all interno dell anello logico costituito da tutti i dispositivi attivi Durante la fase operativa i master malfunzionanti o spenti devono essere tolti dall anello logico mentre quelli attivat
123. o pi possibile alla fine della trasmissione dei dati ciclici 3 Ottimizzazione del tempo Tm del master Il controllo della posizione e ritardato del tempo Tm in questo modo i valori di posizione trasmessi sono disponibili all applicazione di controllo del master all interno dello stesso ciclo DP Il ritardo pu essere realizzato in due modi la sequenza degli slave all interno di un ciclo DP sconosciuta Il controllo della posizione ritardato di un tempo sufficiente al completamento della parte ciclica di Data_Exchange per tutti gli slave la sequenza degli slave all interno di un ciclo DP nota Il controllo della posizione pu essere effettuato secondo la sequenza di trasmissione dei dati Il controllo della posizione di un asse pu avvenire alla fine del trasferimento dati Data_Exchange dello slave corrispondente 70 PROFIBUS DP V2 Ciclo applicaz sul Master controllo di posiz ad anello chiuso Tmapc Master ele A FE Ciclo applicaz sullo Slave controllo di i velocit di corrente Tsapc Slave 1 3 SECH 7999909998 Figura 3 6 Ciclo DP ottimizzato Questo modello ottimizzato fa grande uso di risorse computazionali oltre a ci si richiede un controllo sequenziale del master e degli slave Come grande vantaggio si ha una minimizzazione del ritardo del controllo Il ritardo calcolato come Ritardo Tpp Ti To 71 PROFIBUS DP V2 3 1 5 4 CICLO D
124. o switch arrivano sia i pacchetti isocroni real time IRT sia i pacchetti non IRT 54 Protocolli Isocroni Sincronizzazione IEEE1588 Figura 2 19 Principio di funzionamento dello switch IRT Se ci si trova nella fase real time 1 pacchetti IRT hanno la precedenza mentre i pacchetti Non IRT vengono bufferizzati Siccome anche questi switch sono sincronizzati durante la fase IRT si effettua un inoltro dei pacchetti su base temporale e non sulla base dell indirizzo MAC eliminando quindi ogni minimo tempo di ritardo 2 4 LA TECNOLOGIA DELLA TRASMISSIONE ETHERNET Lo standard internazionale ISO IEC 11801 e la sua equivalente europea EN 50173 definiscono una rete standard IT I due standard sono in gran parte identici nel contenuto N l uno n l altro standard tengono conto dei requisiti specifici che devono essere soddisfatti da reti Ethernet in un ambiente industriale come per esempio 55 Protocolli Isocroni Il percorso del cavo d installazione Il livello specifico di rete per ogni machina impianto La topologia della rete I cavi ed i connettori robusti e compatibili all ambiente industriale progettati per fare fronte alle richieste speciali per quanto riguarda la temperatura l umidita la polvere e la vibrazione La tecnologia della trasmissione e del cablaggio di PROFINET definisce cosi un sistema di cablaggio industriale per Ethernet veloce basato sui requisiti fondamentali dell
125. ocollo di comunicazione real time standardizzato per tutte le applicazioni sia per comunicazioni tra componenti in sistemi distribuiti sia per comunicazioni tra i controllori e periferiche decentrate e Comunicazione real time scalabile In particolare la caratteristica di scalabilit e di standardizzazione della comunicazione sono uno dei punti di forza di PROFINET Permettono l utilizzo del protocollo per tutti i livelli della piramide CIM 1 1 2 dal livello 4 dove la mole di dati scambiata rilevante al livello 1 dove sono rilevanti i tempi di risposta ad esempio per il controllo di un azionamento in un processo automatizzato 4 1 1 LA COMUNICAZIONE IN TEMPO REALE PROFINET usa Ethernet e TCP IP come base per la comunicazione Con Ethernet non possibile definire un tempo all interno del quale i dati devono essere trasmessi attendibilmente L utilizzo del protocollo TCP IP ha rivelato che sono necessari tempi considerevoli utilizzando questo stack di comunicazione oltre a questo l elaborazione dello stack TCP IP produce un ritardo non costante L esperienza indica inoltre che la velocit della trasmissione seguendo la linea in Ethernet di 100 Mbit trascurabile rispetto all elaborazione nei dispositivi 89 PROFINET I O Cio significa che tutti i miglioramenti nel tasso d aggiornamento e quindi nella risposta in tempo reale devono essere realizzati soprattutto attraverso ottimizzazioni dello stack di comunicazi
126. one Sistemi di comunicazione industriali e riduzione dei costi globali e riduzione dei costi di engineering una volta acquisita l esperienza necessaria Comunque esistono anche degli svantaggi che corretto segnalare in contrapposizione ai vantaggi appena menzionati e necessit di conoscenze superiori e investimento in strumenti e accessori sistemi di sviluppo tool di monitoraggio e diagnosi ecc abbastanza onerosi In realt non si tratta di veri e propri svantaggi in quanto essi rappresentano solo ci che necessario possedere per poter accedere a questa nuova tecnologia Sistemi di comunicazione industriali 1 1 2 ISISTEMI DI COMUNICAZIONE IN AMBIENTE INDUSTRIALE Solitamente troviamo almeno quattro livelli gerarchici in un sistema di comunicazione in ambito CIM Computer Integrated Manufacturing Fabbrica Controllo societario finanziario completamente automatizzata Livello 4 Controllo Livello 3 azienda fabbrica Rete locale Livello 2 Controllo Controllo di cella di cella Bus di campo Livello 1 Figura 1 1 Livelli in un sistema di comunicazione in ambito CIM Nel caso si analizzi l organizzazione CIM del solo reparto di produzione di una azienda manifatturiera possibile individuare la tipica struttura detta piramide CIM visibile in figura seguente MegaByte Minuti o ore SENSORI MOTORI Bit microsecondi Figura 1 2 La piramide CIM Sistemi
127. one nel Provider e nel Consumer Si definisce tempo di aggiornamento il tempo che passa da quando una variabile generata in un applicazione del dispositivo a quando trasmessa ad un altro dispositivo attraverso i sistemi di comunicazione e successivamente messa a disposizione dell applicazione si veda la figura 4 3 Producer Consumer Elaborazione del AT Stack di AT2 comunicazione AT3 Trasmissione Figura 4 3 Tempo di aggiornamento Il tempo ATI determinato dall architettura hardware del dispositivo e difficilmente dipende dal protocollo Il tempo AT3 dipende dal sistema di trasmissione Il tempo AT 2 dovuto allo stack di comunicazione In PROFINET i dispositivi con funzionalit altamente tempo critiche possono quando stabiliscono il collegamento negoziare protocolli di comunicazione con capacit real time che riducono il tempo AT2 90 PROFINET I O Figura 4 4 stack di comunicazione PROFINET In questo modo PROFINET soddisfa le elevate richieste real time disposte sul sistema di comunicazione La soluzione proposta minimizza notevolmente i tempi dello stack di comunicazione e i risultati nelle prestazioni aumentano in termini di tasso d aggiornamento dei dati di automazione L eliminazione di parecchi livelli di protocollo riduce la lunghezza di messaggio e meno tempo richiesto prima che i dati da trasmettere siano pronti per la trasmissione e l applicazione sia pronta per procedere
128. onibile Collision Detection Determina il comportamento nel caso due sistemi trasmettano contemporaneamente Nel caso di collisioni la trasmissione risulta disturbata e i dati sono di fatto inutilizzabili Quando invia i dati la stazione si assicura che il sistema destinatario 39 Protocolli Isocroni abbia ricevuto i dati corretti e in caso di errore presuppone che sia avvenuta una collisione Tutte le stazioni interessate segnalano la collisione Ogni stazione sospende la comunicazione per un periodo di tempo casuale dopo il quale ricomincia a trasmettere Se sfortunatamente capita che i dati trasmessi collidano nuovamente ogni stazione obbligata a raddoppiare la durata dell attesa casuale Queste situazioni sono definite collisioni multiple Una collisione multipla avviene quando pi di una collisione ha luogo nello stesso momento Le collisioni multiple sono il sintomo di problemi gravi Le collisioni fanno invece parte delle comunicazioni su reti Ethernet e possono verificarsi di quando in quando 2 3 2 2 LA STRUTTURA DEL PACCHETTO ETHERNET La connessione tra le stazioni di comunicazione avviene in Ethernet attraverso la tecnica a commutazione di pacchetto Ogni singolo pacchetto di dati pu seguire un diverso percorso per raggiungere la destinazione finale Il sistema ricevente riceve quindi spesso 1 dati in ordine sparso Ci determina l esigenza da parte del sistema trasmittente di etichettare cia
129. ore del building al processo fino all industria chimica e petrolchimica un bus di campo in grado di utilizzare con lo stesso mezzo fisico servizi per connessioni semplici orientate al byte e servizi per connessioni complesse frame di configurazione di parametrizzazione di diagnostica ecc in modalit ciclica ed aciclica 1 4 INTEGRAZIONE DI PROFIBUS CON PROFINET Uno dei vantaggi di PROFINET sul mercato dipende tra l altro dal fatto che le installazioni attuali di bus di campo possono essere espanse con PROFINET senza richiedere uno sforzo troppo grande Ci significa che risulta possibile sviluppare un sistema che consiste di una miscela casuale di fieldbus e di sottosistemi basati su Ethernet E cos possibile un trasferimento continuo di tecnologia dai sistemi basati su fieldbus verso PROFINET In considerazione del gran numero di sistemi di PROFIBUS in uso assolutamente essenziale nell interesse di proteggere gli investimenti permettere a questi sistemi di essere conglobati in PROFINET facilmente e senza necessit di essere adattati fig 1 12 24 Sistemi di comunicazione industriali Anche se PROFINET differisce concettualmente dai sistemi di bus di campo come PROFIBUS esso riuscito a definire delle strategie di transizione dalla rete Ethernet ad un bus di campo completamente trasparenti Le parti attuali del sistema non devono essere adattate Engineering HMI ee Intelligent Field
130. oro indirizzati La conferma o la risposta del destinatario deve ritornare al mittente entro un intervallo di tempo prestabilito TSL Slot Time Se ci non avviene il master richiedente potr ritrasmettere il frame allo scadere di un intervallo di tempo TID Idle Time per un numero predefinito di volte Se dopo questi ulteriori tentativi di comunicazione il dispositivo indirizzato non risponde viene automaticamente segnato come non operativo Quando un master deve comunicare con un dispositivo non operativo trasmette il messaggio un unica volta senza tentativi successivi In caso di conferma o risposta la stazione indirizzata ritorna ad essere considerata operativa PROFIBUS DP prevede in generale diversi tipi di trasmissioni che riguardano e La gestione del token e La registrazione delle stazioni e La trasmissione ciclica PROFIBUS DP V0 e La gestione della diagnostica e degli allarmi e La trasmissione aciclica PROFIBUS DP V1 e La trasmissione isocrona PROFIBUS DP V2 e La trasmissione da slave a slave PROFIBUS DP V2 136 Appendice B PROFIBUS DP B 4 3 TOKEN PASSING Il token un frame speciale che viene trasmesso tra dispositivi master seguendo un ordine crescente di indirizzo Ovviamente la stazione caratterizzata dal pi alto identificatore trasmetter il token a quella con l indirizzo pi basso Ricezione del token ogni master possiede una lista di tutte le stazioni attive LAS List of
131. ote Procedure Call protocollo basato su TCP IP con una stazione client pi potente es PC dove implementato anche la parte mancante del server Lo scambio dati tra dispositivi non passa per tramite 51 Protocolli Isocroni OPC ma direttamente a livello ACCO in modo da garantire performance migliori che comunque rimangono lontane dal real time Si passa ora a parlare dei protocolli di rete usati da PROFINET CBA e da PROFINET IO Le esigenze dei due protocolli sono differenti e quindi ovvio che lo stack di comunicazione sia complesso vedi figura seguente In generale PROFINET definisce tre tipi di modalita di comunicazione Non Real Time Non RT Real Time RT o Soft Real Time SRT Real Time Isocrono ORT Isochronous Real Time In generale PROFINET CBA utilizzera il primo modo di comunicazione mentre PROFINET IO usa le due classi di comunicazione real time Il canale Real time permette la trasmissione di dati ciclici ed aciclici Canale TCP IP standard Non RT aks BW Parametriz dispositivi PROFINET applications BI Dati diagnostici HI inizializzazione collegamenti Standard data BI Negoziazione del canale di comunicazione IT appli cations Canale Real time RT HI Trasferimento hi performance W Dati ciclici E Trasferimento su evento Real time channel IRT E Trasferimento hi perform E Dati isocroni HI Jitter lt 1usec Figura 2 16 Lo stack di PROFINET Il grafico sot
132. peciali profili di setpoint Attraverso il movimento coordinato di diversi azionamenti si possono implementare le traiettorie desiderate In aggiunta alle normali funzioni per automatizzare il processo l unit di controllo centrale deve includere funzioni di posizionamento e di interpolazione della traiettoria I valori dei setpoint e i valori reali sono trasferiti attraverso il bus in modo isocrono Nell azionamento incluso solo l algoritmo per il controllo ad anello chiuso della velocit Dal momento che la posizione controllata attraverso il bus di campo la sincronizzazione del bus deve essere molto precisa 34 Protocolli Isocroni 2 2 1 3 CONTROLLO DEL MOVIMENTO PER PROCESSI SINCRONIZZATI CLASSE 6 APPLICAZIONE DI CLASSE 6 Sistema di Automazione Gestione del processo Dati controllo del processo Setpoint oct A Dati del processo Stato del processo SINCRONISMO DI CLOCK Azionamento Azionamento Azionamento di controllo Gestione del processo Gestione del processo Gestione del processo Controllo della posizione Controllo della posizione Controllo della posizione Controllo di velocita ad Controllo di velocita ad Controllo di velocita ad anello chiuso anello chiuso anello chiuso PERIFERIA I O PERIFERIA I O PERIFERIA I O Encoder Encoder Encoder Figura 2 4 Azionamento di classe 6 Per realizzare applicazioni come cambi elettronici devono essere utilizzate co
133. portante nel caso di alta velocit di trasferimento Tspr tempo richiesto dallo slave per rispondere Deve essere compreso fra i valori definiti dallo standard minrspr MaxTspr mintspr tempo di attesa minimo che uno slave deve far trascorrere prima gli sia permesso di rispondere 82 PROFIBUS DP V2 maxrspr tempo massimo entro il quale uno slave deve rispondere Per ragioni di ottimizzazione il file GSD deve specificare il valore di questo tempo accettato dal dispositivo Questo tempo influenza il tempo di risposta e la qualit di un dispositivo di campo e dipende essenzialmente dall ASIC utilizzato Per la comunicazione con DP V2 assolutamente necessario che il valore inserito sia l ottimo La tabella mostra i valori definiti nello standard PROFIBUS espressi nell unit di misura Tun Velocit di trasmissione Kbit s BESSER 3 2 1 TEMPISTICHE DI UN SISTEMA PROFIBUS Il tempo di aggiornamento dipende essenzialmente dai seguenti fattori e Velocit di trasmissione dei dati e Tipo di trasmissione Half Duplex e Tempo di propagazione e Lunghezza dei dati di Output e Lunghezza dei dati di Input e MaxTspR e Min Slave _Intervall Per essere sicuri che lo slave possa rispondere all interno di un ciclo di dati viene impostato il parametro Min_Slave_Intervall Al giorno d oggi utilizzando un Asic possibile raggiungere valori di Min_Slave_Intervall di circa 100 us Ciascun telegramma
134. positivo PROFIBUS DP deve essere utilizzato in un certo ambito di applicazione L utilizzo dei profili permette di ridurre il costo di ingegnerizzazione visto che i parametri relativi all applicazione sono specificati dettagliatamente 148 149 Appendice C PROFINET CBA Appendice C PROFINET CBA C 1 PROFINET CBA Il protocollo PROFINET CBA Component based Automation trova il suo campo applicativo nella realizzazione di impianti modulari Con PROFINET CBA ogni parte dell impianto con il proprio sistema elettrico e meccanico funziona come un modulo indipendente Tutte le relazioni tra i singoli nodi modulari possono essere configurate graficamente tramite appositi tool senza la necessit di un laborioso lavoro di programmazione In questo modo PROFINET CBA assicura massima flessibilit e produttivit all impianto per il suo intero ciclo di vita permette di effettuare rapidi cambiamenti per quanto riguarda il piano di produzione e permette di ridurre il tempo di avviamento dell impianto fornendo allo stesso tempo un completo supporto per la manutenzione e la gestione della qualit C 1 1 MODULI TECNOLOGICI La funzione di un impianto automatico o di una macchina in un processo di manufacturing realizzata tramite l interazione tra meccanica parte elettrico elettronica e parte di controllo logico software Lavorando a questo principio PROFINET definisce le parti meccaniche elettriche ele
135. ra di numero di giri e portata Si soddisfa quest esigenza realizzando un accoppiamento diretto tra il ciclo equidistante le unit di periferia ed il programma applicativo L accoppiamento sincrono di una soluzione di automazione sul protocollo equidistante viene definita isocronismo e offre i seguenti vantaggi Operazioni rapide per le quali la riproducibilit e il tempo reale Real Time la funzione pi importante possono essere automatizzate anche con la periferia decentrata 20 Sistemi di comunicazione industriali L isocronismo apre un gran numero di possibilit che non sono limitate solo alle applicazioni per gli azionamenti L isocronismo molto adatto per applicazioni in cui i sensori e gli attuatori sono distribuiti sulla macchina 1 2 1 CICLI DI LAVORAZIONE NON SINCRONIZZATI SENZA ISOCRONISMO Nelle strutture di automazione decentrate realizzate fino ad oggi molti cicli di lavorazione si svolgono in modo asincrono Nella figura 1 11 mostrato un ciclo di un processo non sincronizzato che usa come protocollo PROFIBUS DP OBI CPU 7300 Ciclo DP WinAC Ciclo lettura scrittura Slave DP Rete Profibus Ciclo Sa lettura scrittura Slave DP ET200S IM151 Basic Input Output Figura 1 7 Cicli non sincronizzati Nell applicazione in figura un master WinAC legge un ingresso da un modulo di periferia ET200S elabora il programma di controllo del processo e poi setta
136. raverso una programmazione della tempistica specifica per ogni singolo nodo inserito nella comunicazione La programmazione della tempistica di comunicazione definisce esattamente quando un singolo pacchetto arriver a destinazione e quando dovr essere di nuovo instradato Dovranno essere prese anche delle contromisure al fine di evitare che le stazioni senza comunicazioni IRT non interferiscano sul sistema 104 PROFINET I O 4 2 6 1 SINCRONIZZAZIONE DI CLOCK La sincronizzazione del clock disaccoppiata dai meccanismi IRT La sincronizzazione usa le sequenze di protocollo secondo la normativa IEEE 1588 PTP Precision Time Protocol La sequenza della sincronizzazione del clock e descritta nel capitolo 2 2 SINCRONIZZAZIONE DISTRIBUITA IEEE1588 Il dispositivo che indica il tempo chiamato PTP Master e il dispositivo che riceve l indicazione del tempo chiamato PTP Slave Tuttavia questo protocollo di sincronizzazione del tempo non ottimale se nella rete sono presenti switch perch una catena di switch pu introdurre dei ritardi variabili influenzando le procedure di sincronizzazione della 1588 pensate per ritardi costanti Per evitare questo problema gli switch intermedi operano come PTP Bridge Questa una procedura speciale sviluppata come una espansione della normativa IEEE 1588 che permette un alto grado di precisione in un sistema con switch real time 4 2 6 2 STRUTTURA DEL PACCHETTO PROFI
137. riduzione dei cablaggi Il bus rappresenta il mezzo fisico utilizzato per trasportare i dati Tipicamente si tratta di un fascio comune di fili conduttori collegante assieme pi dispositivi per permettere loro di comunicare scambiandosi dati Contrariamente ad una connessione punto a punto dove solo due circuiti si scambiano informazioni un bus conta generalmente un numero di utenti superiore Esistono molteplici modi per collegare insieme i vari elementi e a seconda dell applicazione consigliabile scegliere una topologia piuttosto che un altra Le pi comuni sono quelle ad anello a stella e a bus Mentre una comunicazione punto a punto limitata a due circuiti collegati ai due estremi del cavo nel caso di un bus la flessibilit di estensione aumenta In effetti l aggiunta di un nuovo trasduttore da collegare al bus esistente costituisce raramente un problema la maggior parte dei bus di campo sono infatti in grado di rilevare autonomamente la lista degli utenti presenti A livello di comunicazione rispetto a connessioni tra soli due nodi il modo di scambiare dati attraverso un bus di campo richiede regole pi severe Infatti ad esempio bisogna prevedere l accesso contemporaneo al mezzo da parte di pi elementi e Sistemi di comunicazione industriali regolamentare nel modo pi rigoroso possibile tutto ci che serve per poter trasmettere i dati in maniera rapida ed affidabile Tali regole di convivenza vengono comunemente
138. rmazioni diagnostiche allo slave e solamente dopo una positiva conclusione di quest ultimo controllo possibile passare alla successiva fase di trasferimento dati Quindi ricapitolando se una stazione master DP vuole comunicare con un dispositivo slave DP deve innanzitutto verificarne lo stato attuale es se il dispositivo collegato in rete o se occupato da un DPM2 attraverso la richiesta 141 Appendice B PROFIBUS DP delle informazioni diagnostiche funzione Slave_Diag Se non emerge alcun problema si passa alle successive fasi di parametrizzazione funzione Set_Prm e di verifica dei dati di configurazione funzione Chk_Cfg al termine delle quali dovranno essere richieste nuovamente le informazioni diagnostiche per verificare se sono presenti errori di parametrizzazione e o configurazione o se lo slave DP gi occupato con un altro master DP oppure se lo slave DP non ancora pronto per comunicare Nei primi due casi il master DP ripete la procedura dall inizio nel terzo richiede le ultime informazioni diagnostiche finch il messaggio non scompare Se non si verificano errori pu iniziare lo scambio dei dati tra master e slave funzione Data _Exchange Oltre al trasferimento di dati utente ogni dispositivo DPM1 pu spedire in qualsiasi momento e a qualunque stazione passiva a lui assegnata nuovi dati di parametrizzazione senza uscire dalla modalit Operate Inoltre qualunque master DPM2 pu leg
139. rno del programma del PLC che gestisce il guasto Dopo aver eseguito la routine 1 IO Controller conferma il riconoscimento dell errore tramite un telegramma di acknoledgment all IO Device Se un difetto in un dispositivo o in un modulo implica la necessit di rimpiazzarlo completamente 1 IO Controller automaticamente effettua la parametrizzazione e la configurazione del nuovo dispositivo o modulo Le informazioni diagnostiche sono strutturate in modo gerarchico Numero di slot modulo 96 PROFINET I O Numero di canale Tipo di canale Numero di codice del guasto Informazioni addizionali specifiche del produttore 4 2 5 COMUNICAZIONE RT SOFT REAL TIME SRT IN PROFINET IO Il cosiddetto Soft Realtime Channel SRT Channel un primo approccio al problema della gestione della comunicazione realtime gi implementato nella versione PROFINET V2 e in grado di soddisfare processi nei quali e Risultano accettabili ritardi contenuti entro determinati limiti circa 10 msec e Le condizioni imposte sui limiti accettabili per i ritardi debbano essere mantenuti non rigidamente ma attorno a un valore medio Si tratta di una soluzione completamente software in grado di soddisfare per le caratteristiche che presenta le applicazioni tipiche dell area della factory automation ove i tempi di risposta del sistema si devono attestare attorno alla decina di millisecondi In questo caso in PROFINET c soltan
140. s Master e slave possono cosi sincronizzare le loro applicazioni con questo segnale Meccanismi speciali presenti in ogni stazione rendono stabile la comunicazione anche nel caso di una breve mancanza del clock di sistema 146 Appendice B PROFIBUS DP Per l automazione la comunicazione con ciclo di clock sincronizzato la base per la sincronizzazione degli azionamenti Con una base di tempi isocrona non viene solo implementato lo scambio di dati e di messaggi isocrono sul bus di sistema ma anche gli algoritmi interni di controllo come il controllo di corrente e di velocit di un azionamento vengono sincronizzati al ciclo di clock B 4 16 COMUNICAZIONE SLAVE TO SLA VE PROFIBUS DP V2 La comunicazione slave to slave usata da PROFIBUS per lo scambio dati fra gli slave E una comunicazione basata sul modello Publisher Subscriber Il modello basato su un publisher slave che fornisce i suoi dati non solo al master DP ma anche alle altre stazioni subscriber in modo che tutti gli altri slave possono accedere ai suoi dati ed agire di conseguenza Tutto questo deve essere definito attraverso la configurazione del sistema PROFIBUS In fase di configurazione si definiscono le relazioni slave to slave tra gli slave DP i dati che il publisher rende disponibili e a quali dati il subscriber deve accedere La comunicazione slave to slave associata allo scambio dati ciclico di PROFIBUS DP La figura mostra lo scamb
141. scun pacchetto di dati con un numero che ne identifica la posizione all interno della sequenza di trasmissione Il sistema di ricezione pu cos utilizzare tali valori per ricostruire la sequenza originale dei dati Il vantaggio della tecnica di commutazione a pacchetto che non necessita di una grande larghezza di banda Essa particolarmente utile quando occorre trasmettere i tradizionali dati di una rete es file di database mentre si rivela inadeguata per la trasmissione di dati audio e video e in generale per le comunicazioni real time Un pacchetto di dati Ethernet un insieme di impulsi digitali trasmessi attraverso il mezzo trasmissivo Esso pu essere di dimensione variabile da 64 a 1518 byte ed composto da 4 parti principali Preambolo Le informazioni sono trasmesse in modo asincrono in forma di pacchetti Non avendo una linea di clock ma solo una linea dati necessaria una fase di sincronizzazione In questa fase si utilizzano 1 7 byte del 40 Protocolli Isocroni preambolo byte composti da bit 0 e 1 alternati che servono per sincronizzare il ricevitore Inizio del Frame Byte che delimita l inizio del frame uguale a 10101011 Indirizzo destinatario Contiene informazioni che riguardano il mittente del pacchetto 6 byte Indirizzo sorgente Contiene informazioni che riguardano il destinatario del pacchetto 6 byte I valori detti anche indirizzi MAC Media Access Control rappresentano gl
142. setti I dati di un clock vengono sempre elaborati nel clock successivo e I dati di ingresso e di uscita vengono elaborati in modo equidistante Equidistanza significa che i dati di ingresso vengono caricati in memoria a intervalli di tempo uguali ed i dati di uscita vengono emessi sempre a intervalli di tempo uguali e Tutti i dati di ingresso e di uscita vengono trasferiti in modo consistente Consistenza significa che tutti i dati dell immagine di processo sono affini dal punto di vista logico e temporale 22 Sistemi di comunicazione industriali 1 2 3 APPLICAZIONE DELLE CARATTERISTICHE ISOCRONE Come abbiamo visto un protocollo isocrono ha sia caratteristiche di sincronismo che di equidistanza Analizziamo separatamente le applicazioni possibili sfruttando queste due caratteristiche Attraverso la caratteristica sincrona il rilevamento del valore istantaneo e l emissione dei valori di setpoint avvengono in modo sincrono cio contemporaneamente per tutti gli ingressi o tutte le uscite in modo da creare immagini di processo consistenti Le applicazioni possono essere sincronizzate poich le singole posizioni vengono misurate contemporaneamente I segnali con accoppiamento temporale molto stretto possono anche essere distribuiti nello spazio con la periferia decentrata come ad esempio i segnali di avvio a pi apparecchi per i quali la sequenza temporale importante In conseguenza del rilevamento contemporaneo
143. standard International Standard Organization ISO come primo passo verso la standardizzazione internazionale dei vari protocolli Esso denominato modello di riferimento OSI dell ISO la sigla OSI l acronimo di Open System Interconnection Il modello OSI caratterizzato da sette strati che furono stabiliti in base ai seguenti principi Deve essere creato uno strato laddove richiesto un differente livello di astrazione Ciascun strato deve svolgere una funzione ben definita La funzione di ciascun strato deve essere scelta tenendo conto della definizione dei protocolli standard internazionali I confini tra gli strati devono essere scelti in modo da minimizzare il flusso di informazioni attraverso le interfacce Il numero di strati deve essere abbastanza grande da non permettere il raggruppamento di funzioni distinte nel medesimo strato se non in caso di necessit e abbastanza piccolo da non appesantire architettura 118 Appendice A IL MODELLO ISO OSI I bus di campo implementano tipicamente un ulteriore livello denominato Strato Utente per le strategie di controllo distribuite che li diversificano ulteriormente delle tradizionali reti di comunicazione Il modello OSI di per se non un architettura di rete perch non specifica esattamente i servizi ed 1 protocolli da utilizzare in ciascun strato ma si limita a definire ci che ciascuno strato dovrebbe fare La funzione di modello serve q
144. stop 1 efficienza pari a 8 11 Start Start Parit Stop Figura 1 6 FIBRA OTTICA L impiego di conduttori a fibra ottica pu essere utile in ambienti ad alta interferenza elettromagnetica oppure per aumentare la distanza massima raggiungibile o la 15 Sistemi di comunicazione industriali velocit massima impiegabile Il segnale digitale pilota un diodo emettitore di luce affacciato alla fibra ottica All altra estremit un dispositivo fotosensibile trasforma gli impulsi luminosi in impulsi elettrici Ulteriori vantaggi in questo tipo di supporto riguardano la leggerezza la resistenza meccanica la larghezza di banda e quindi la velocit di trasmissione che risulta inversamente proporzionale alla lunghezza del collegamento e non al suo quadrato come nei conduttori metallici In particolare possono essere utilizzati due tipi di conduttori Uncavo economico di accoppiamento in fibra ottica di plastica per interno in applicazioni di ridotte estensioni distanze inferiori ai 50 m Un cavo LWL dal tedesco Lichtwellenleiter che significa conduttore di onde luminose in fibra in vetro per interno ed esterno con distanze inferiori al chilometro Molti costruttori realizzano connettori speciali che integrano convertitori da fibra ottica a RS 485 e viceversa e ci semplifica l impiego di questa tecnologia IEC 1158 2 Lo standard IEC 1158 2 risponde alle esigenze dell industria chimica e petrolchimi
145. te possibile accedere soltanto a quelle variabili che sono necessarie per attuare interazione con altri componenti Nella fase di ingegneria di sistema i rapporti di comunicazione fra i componenti ed i loro dispositivi sono definiti configurando i collegamenti fra le interfacce componenti e un applicazione specifica Progettare un sistema distribuito di automazione seguendo queste linee un presupposto per la modularizzazione degli impianti e delle macchine C 1 2 1 VANTAGGI DELLA MODULARIZZAZIONE Suddivisione della funzionalit globale in applicazioni parziali di maggiore trasparenza 152 Appendice C PROFINET CBA Maggiore disponibilit grazie a moduli funzionanti in modo autonomo Considerevole riduzione del tempo di messa in servizio grazie alla messa in servizio parallela dei moduli Software applicativo facilmente riutilizzabile Standardizzazione di macchine impianti Mediante i diversi moduli standard risulta possibile configurare in modo rapido la macchina impianto specifico del Cliente I costi di ingegneria di conseguenza sono notevolmente ridotti C 1 2 2 LIVELLO DI DETTAGLIO DEI MODULI TECNOLOGICI Il livello di dettaglio usato nella definizione di un componente PROFINET pu variare da un singolo dispositivo ad una macchina complessa composta da una molteplicit di dispositivi Dei moduli importante considerare la loro riutilizzabilit in vari sistemi alla luce dei costi e della dispo
146. ter gt slave e attuazione del setpoint slave Nel ciclo DP semplice si ha una bassa richiesta di performance computazionali del master Tuttavia questo porta ad un incremento del ritardo nel controllo Il ritardo calcolato come Ritardo 4 Tpp Ciclo applicazione sul Master controllo di posiz ad anello chiuso Tu 0 Tmapc i Master RER FER FE RE Ciclo DP ge E Ciclo applicazione i ol AAA AIA Slave 1 3 d t OO Figura 3 5 Ciclo DP semplice 69 PROFIBUS DP V2 3 1 5 3 CICLO DP OTTIMIZZATO Nel ciclo DP ottimizzato si usa l enhanced synchronized isochronous mode La sequenza acquisizione del valore di posizione trasmissione del valore di posizione elaborazione dell algoritmo di controllo trasmissione del setpoint ottimizzata rispetto al tempo al fine di minimizzare il ritardo di controllo La sincronizzazione del ciclo di clock per applicazioni di classe 4 Controllo di posizione e interpolazione della traiettoria centralizzato richiede questa modalit ottimizzata Vediamo ora le varie ottimizzazioni 1 Ottimizzazione del tempo Tr dello slave Questo tempo al fine di sincronizzare l acquisizione dei valori attuali deve essere posizionato quanto pi possibile alla fine del ciclo DP 2 Ottimizzazione del tempo To dello slave Questo tempo al fine di sincronizzare l acquisizione dei setpoint da parte di tutti gli slave deve essere posizionato quant
147. to uno stack di comunicazione minimizzato e ottimizzato che sostituisci 1 livelli TCP IP e UDP IP 97 PROFINET I O 4 2 5 1 STRUTTURA DEL PACCHETTO REAL TIME RT PROFINET usa pacchetti Ethernet 2 3 3 2 che sono identificati attraverso l EtherType Figura 4 9 Struttura del pacchetto Real Time FRAME ID 2 byte 98 PROFINET I O Frame ID Significato Da a 0000 OOFF Time Synchronization 0100 7FFF RT classe 3 Frame ciclico IRT 8000 BFFF RT classe 2 Frame ciclico RT C000 FBFF RT classe 1 Frame ciclico RT FC00 FCFF Trasmissione Aciclica high FC01 Allarme PN IO FC02 Evento PN FDOO FDFF riservato FEOO FEFC Trasmissione Aciclica low FE01 Allarme PN IO FE02 Evento PN FEFD FEEF DCP FFOO FFFF riservato L EtherType 0x8892 identifica i pacchetti come pacchetti PROFINET real time Gli EtherType sono assegnati da IEEE e sono quindi univoci al fine di poter distinguere i vari protocolli funzionamento_con_monitor_variabili da_step7 Ethereal x File Edit View Go Capture Analyze Statistics Help b5EBx oaeez QQQ PHOBX o Deiter D s zl reson J gesldzel SNA D s zl reson J gesldzel SNA Expression Ys Clear Y Apply 000000 Siemens_6b f5 62 Siemens_6b 83 000232 Siemens_6b 83 aa Siemens_6b f5 62 000901 169 168 200 40 169 168 200 1 0 000978 PROFINET Real Time PROFINET Re
148. tostante evidenzia la distribuzione dei tempi di risposta dei tre diversi approcci PROFINET alla comunicazione 52 Protocolli Isocroni 0 25 1 0 10 1 msec msec msec TCP DCOM eee ee RT real time IP HTTP time hardware Figura 2 17 Tempi di risposta La comunicazione standard attraverso il protocollo TCPMP fornisce tempi di risposta medi attorno ai 100 ms RT SRT evidenzia un miglioramento dei tempi di trasmissione di un fattore almeno 10 e i tempi di risposta si attestano infatti tra gli 1 e i 10 ms Nel caso della comunicazione mediante Isochronous Realtime IRT si ottengono addirittura tempi di risposta costantemente attestati attorno a 1 ms Anche la varianza subisce una riduzione progressiva il che si traduce ovviamente in una minor oscillazione dei tempi di risposta jitter attorno al valore medio della distribuzione Per potere raggiungere il risultato dichiarato dai dispositivi che usano RT si assegna ai pacchetti in PROFINET IO una priorit alta in conformit con gli standard IEEE802 1q e IEEE802 1p i dati che fluiscono fra i dispositivi sono controllati dai componenti della rete switch con capacit VLAN in base a questo concetto di priorit Per quanto riguarda il secondo approccio in tempo reale l Isochronous RealTime IRT si tratta in questo caso di una soluzione hardware che prevede l uso di 53 Protocolli Isocroni particolari ASIC con funzionalita di switch che perme
149. tra il tempo di trasmissione degli Output e degli Input T oo _prormer _107 MAX 7 Tra Il calcolo dei tempi di trasmissione per raggiungere n esimo IO Controller sono stati calcolati scrivendo un programma in linguaggio Matlab e utilizzando la seguente formula matriciale 1 1 Tra A N rie pichen a B Be T L H VProp Tra Dove Ait at oe O11 Nr Di A DC matrice quadrata triangolare superiore di dimensioni NsxNs 1 0 0 ui 2 l e e a A dii matrice quadrata triangolare inferiore di dimensioni NsxNs Npit paccheto Vettore colonna di lunghezza Ns contente i bit del pacchetto da inviare ad ogni nodo 114 PROFINET I O Ti switeh Vettore colonna di lunghezza Ns contente i tempo di transito attraverso lo switch del dispositivo L vettore colonna di lunghezza Ns contente le lunghezze da dispositivio a dispositivo Trra vettore colonna di lunghezza Ns contenente il tempo necessario per raggiungere ogni nodo 115 PROFINET I O 116 Appendice A IL MODELLO ISO OSI Appendice A IL MODELLO ISO OSI A 1 DESCRIZIONE DEL MODELLO Ogni qualvolta si parla di comunicazione in termini tecnici si fa riferimento al modello ISO OSI Di seguito viene fornita una descrizione del modello che ci servir per studiare il funzionamento dei vari protocolli isocroni Questo modello si basa su di una proposta sviluppata dall organizzazione internazionale degli
150. tra pi macchine Uno dei servizi dello strato di sessione la gestione del controllo del dialogo Le sessioni possono permettere che il traffico si svolga contemporaneamente nelle due direzioni oppure in una sola direzione alla volta Se il traffico unidirezionale lo strato di sessione pu servire a tenere nota dei turni Servizi di sessione attinenti sono la gestione del token per evitare che diversi nodi eseguano operazioni nello stesso istante e la sincronizzazione tra i processi ad esempio inserendo punti di controllo durante il trasferimento di dati per evitare in caso di errori di ritrasmettere tutto il messaggio A 1 6 LIVELLO 6 PRESENTAZIONE Lo strato di presentazione Presentation Layer esegue certe funzioni che sono richieste cos spesso da rendere opportuna per esse una soluzione generale In particolare diversamente da tutti gli strati inferiori che sono interessati soltanto al trasferimento affidabile di bit da un punto all altro lo strato di presentazione ha a che fare con la sintesi e la semantica delle informazioni trasmesse Al fine di rendere 122 Appendice A IL MODELLO ISO OSI possibile la comunicazione tra computer con rappresentazioni simboliche differenti le strutture dati da scambiare possono essere definite in modo astratto insieme con una codifica standard da utilizzare sulla linea di comunicazione Il compito di gestire queste strutture dati astratte e di effettuare la conversio
151. trasmissione situato al di sotto dello strato fisico A 1 2 LIVELLO 2 COLLEGAMENTO DATI Il compito principale dello strato di collegamento dati Data Link Layer quello di prendere un mezzo fisico rudimentale e di trasformarlo in una linea esente per quanto possibile da errori di trasmissione per lo strato di rete Esso svolge questo compito facendo si che il trasmettitore organizzi i dati di input in frame li trasmetta sequenzialmente ed elabori i frame di riconoscimento inviati in risposta dal ricevitore Poich lo strato fisico si limita ad accettare e trasmettere una serie di bit senza interessarsi del loro significato o della loro struttura sar lo strato di collegamento dati a dover creare e riconoscere i confini dei frame il che pu essere fatto aggiungendo speciali configurazioni di bit all inizio ed alla fine di ogni frame Lo strato di collegamento dati pu essere ulteriormente suddiviso in due sottostrati quello inferiore che si interfaccia allo strato fisico e chiamato MAC Media Access Control quello superiore che si interfaccia allo strato di rete e chiamato LLC Logical Link Control Un impulso di rumore sulla linea pu distruggere completamente un frame In questo caso il software dello strato di collegamento dati sulla macchina di provenienza dovr ritrasmettere il frame E questo strato che ha il compito di risolvere problemi causati da messaggi danneggiati persi o duplicati 120 Appendic
152. ttono di operare separando nel tempo la comunicazione RT e Non RT da quella IRT Ogni partecipante alla comunicazione sincronizzato con tutti gli altri tramite IEEE1588 e l accesso al mezzo fisico fatto in divisione di tempo In questo modo come se si avessero a disposizione dei canali separati uno per il traffico non critico e uno per IRT IRT Standard IRT Standard IRT channe channel channel channel channel ce gt t Cyccle2z__ P gt i aa time domain E g 1 ms position control cycle Isochronous T Standard communication communication communication IRT data Lj ER fer oe data crn aata Figura 2 18 Distribuzione temporale della comunicazione Da notare che non ci sono messaggi di sincronizzazione espliciti perch l istante di inizio ciclo conosciuto da tutti visto che i componenti sono sincronizzati Tutto questo possibile in PROFINET IO perch anche la trasmissione dei dati nella rete ottimizzata Le misure indicano infatti che i tempi di trasmissione fra due stazioni su Ethernet possono ammontare fino a 20ms nelle reti commutate tramite switch normali se si verifica un carico molto alto della rete occorre usare degli switch differenti Gli ASIC della serie ERTEC prodotti da SIEMENS e NEC possono capire in che fase del ciclo si trova il bus Ethernet e decidere quale tipo di traffico far passare In figura 2 26 mostrato il funzionamento di uno switch contenente un ASIC della serie ERTEC All
153. ttronica e logica di controllo software in termini funzionali per formare un modulo tecnologico Fig C 1 150 Appendice C PROFINET CBA Fusione di Componenti meccanici Componenti elettronici Programma utente Formano un singolo Modulo tecnologico Figura C 1 Modulo tecnologico in PROFINET C 1 2 MODELLO DEL COMPONENTE DI PROFINET I sistemi consistono solitamente di parecchie sotto unit che si comportano come moduli tecnologici in gran parte autonomi e coordinano le loro interazioni per mezzo di un numero variabile di sincronizzazioni di controlli di sequenza e di segnali di scambio di informazioni Il modello componente di PROFINET utilizza tali moduli tecnologici come base PROFINET CBA usa la tecnologia componente come concetto base L intera funzionalit di un modulo tecnologico incapsulata in un componente software il componente di PROFINET Il modello componente consente la combinazione delle applicazioni dalle origini differenti secondo il principio del blocchetto di costruzione e facilita notevolmente la programmazione di comunicazioni 151 Appendice C PROFINET CBA Modulo Tecnologico Figura C 2 Modello componente in PROFINET Un tal componente modellato come un oggetto ed da considerare come un scatola nera Viene definita un interfaccia componente per comunicare con altri componenti all interno del sistema distribuito Tramite l interfaccia componen
154. uindi come semplice punto di riferimento e confronto ma soprattutto non rappresenta una norma alla quale ogni sistema deve assolutamente aderire In generale non indispensabile disporre di tutti e sette i livelli a seconda delle funzionalit necessarie qualche livello intermedio spesso omesso Infatti nei bus di campo vengono implementati tipicamente il primo il secondo ed il settimo livello per ragioni di efficienza Collegamento dati Figura A 1 Lo stack ISO OSI A 1 1 LIVELLO 1 LO STRATO FISICO Lo strato fisico riguarda la trasmissione di bit lungo un canale di comunicazione Gli aspetti del progetto riguardano il meccanismo per garantire che un bit 1 trasmesso da un estremit venga ricevuto come tale e non come 0 all altra estremit 119 Appendice A IL MODELLO ISO OSI Le problematiche tipiche da affrontare in questo contesto riguardano i livelli di tensione o di corrente usati per rappresentare il bit 1 o il bit 0 la durata in microsecondi di un bit la possibilit di trasmettere simultaneamente in entrambi le direzioni il modo in cui viene stabilita la connessione iniziale ed il modo in cui viene disattivata quando entrambe le estremit hanno terminato il numero di piedini che deve avere il connettore di rete e la funzione di ciascun piedino Qui gli aspetti di progetto hanno a che fare in gran parte con le interfacce meccaniche elettriche e procedurali e col mezzo fisico di
155. ve x G Cc MSG Servizi aciclici Laser oe Ciclo DP zione lat Ain Soch di PPE Vicon Slave 1 3 Wii O del setpoint Figura 3 4 Tempi necessari alla sincronizzazione delle applicazioni 65 PROFIBUS DP V2 3 1 5 1 DESCRIZIONE DEI TEMPI DA IMPOSTARE IN MODALIT ISOCRONA Tpp Tempo di ciclo DP Il tempo di ciclo DP costituito dalle seguenti parti Durata dei servizi ciclici Tpx dipende dal numero di slave e dalla durata del telegramma DX Durata dei servizi aciclici dipende dalla massima lunghezza dei telegrammi DP V 1 Durata fino a quando viene generato un nuovo impulso di clock GAP passaggio del token riservato Global_Control In aggiunta deve essere rispettata la condizione seguente Tpp gt maxTpp wm Dove maxTpp min rappresenta il valore di Tpp_ m n pi alto fra tutti gli slave Impostazione dei tempi nel file GSD TBASE_DP Tempo base di Tpp Unit di misura 1 12 us p e 3000 250 us TDP MN Durata minima ciclo DP Unit di misura Tpase_pp p e 2 500 us I valori dei tempi devono soddisfare le condizioni seguenti Tgase pp 1 ms 2 conn 0 5 numero intero Questo significa che il valori ammissibili sono TBASE_DP 375 750 1500 3000 6000 12000 31 25us 62 5us 125us 250us 500us 1000us L azionamento deve essere in grado di trattare i multipli ammissibili del valore selezionato T Tempo di Input Rappresenta il tempo necessario all
156. vi sono effettuate come prima con i rispettivi tool di configurazione e di programmazione forniti dai singoli venditori E quindi possibile continuare ad utilizzare i programmi applicativi esistenti e l esperienza dei programmatori e del personale addetto alla manutenzione Il software applicativo incapsulato sotto forma di un componente di PROFINET come una descrizione PCD PROFINET Component Description del componente Una descrizione componente generata cos sotto forma di un file XML Queste descrizioni componenti sono importate nella libreria dell editor delle connessioni 2 Connessione dei componenti attraverso un editor Usando l editor delle connessioni di PROFINET i componenti PROFINET generati sono presi dalla libreria nella quale sono stati precedentemente salvati drag and drop e sono collegati fra loro con un semplice click del mouse a formare un applicazione figura C 3 155 Appendice C PROFINET CBA Figura C 3 Collegamento dei vari moduli L editor delle connessioni visualizza l insieme dei componenti PROFINET dei diversi moduli tecnologici che costituiscono applicazione distribuita L editor funziona indipendentemente dal fornitore del componente infatti pu configurare componenti PROFINET di diversi fornitori L interconnessione grafica del componente durante la configurazione si tirano semplicemente dei fili fra i vari componenti PROFINET porta ad una semplific
157. yte per spedire un datagramma IP su una rete Ethernet lo si dovr frammentare e i frammenti possono arrivare in ordine sparso L implementazione del protocollo IP richiede quindi molta memoria per il supporto della frammentazione Il datagramma IP formato da un header intestazione e da un campo dati La struttura dell header IP descritta in figura Bit 0 Bit 4 Bit 8 Bit 16 Bit 31 Figura 2 9 Struttura dell header IP 43 Protocolli Isocroni Il livello TCP TCP garantisce che i dati siano trasmessi dal mittente al ricevente senza errore nella sequenza corretta e completamente Il TCP connection oriented cio un collegamento installato tra due stazioni prima della trasmissione ed chiuso dopo la trasmissione Il TCP funziona come segue Un canale FDX duplex pieno installato fra due programmi di applicazione in varie stazioni della rete Questo canale consente la trasmissione simultanea ed indipendente dei flussi di dati in entrambi i sensi senza interpretazione Il TCP ha meccanismi per il controllo continuo di una connessione stabilita Gli errori nel trasferimento dei dati per esempio una rottura inattesa nel collegamento una congestione nella rete ecc sono segnalati al software di applicazione Il software di applicazione d i relativi dati al TCP in segmenti di dimensione casuale e in intervalli di tempo di lunghezza casuale TCP IP conserva i segmenti fino a che non possano esser
158. yte di diagnostica standard che contengono informazioni di stato comuni per tutti gli slave Sono inoltre utilizzabili 26 byte estensibili a 238 di diagnostica estesa i quali possono riportare dati specifici determinati dall utente in base alle proprie esigenze L area di memoria rivolta alla diagnostica estesa organizzata in tre livelli e Diagnostiche riferite alle stazioni questi messaggi riguardano in generale lo stato operativo di tutte le stazioni eccessi di calore basso voltaggio ecc e Diagnostiche riferite ai moduli nel caso in cui uno slave DP sia a struttura modulare questi messaggi indicano se un funzionamento scorretto si sia verificato in un modulo o in uno specifico sotto insieme di ingressi o uscite di un dispositivo passivo e Diagnostiche riferite al canale questi messaggi individuano un errore in uno specifico bit di I O 144 Appendice B PROFIBUS DP B 4 13 MECCANISMI DI PROTEZIONE Al fine di garantire una comunicazione affidabile e sicura il protocollo PROFIBUS DP offre funzioni di protezione da errori di parametrizzazione e failure della comunicazione Esse si basano su meccanismi di watchdog abilitati sia sul versante master che su quello slave Le stazioni attive utilizzano un timer Data_Control_Timer per ogni stazione slave ad esso assegnata che scatta quando la comunicazione con lo slave corrispondente non ha luogo entro un certo intervallo di tempo Quando un timer si attiva l

Dispensa Bus Isocroni - Università degli studi di Pavia

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