REUNION DU 22 JUIN 2000

1
PROFIBUS Le bus de tous les terrains
Pour lautomatisation dans le process, le
bâtiment et le manufacturier
2
Communication transparente du capteur/actionneur
jusquau contrôleur de site
Temps de cycle bus lt 1000 ms
Niveau usine
Temps de cycle bus lt 100 ms
Niveau cellule
Temps de cycle bus lt 10 ms
Niveau terrain
3
EN 50170 Volume 2
Automatisation des processus
Automatisation à des fins générales
Profils d'appareils Profils d'applications
PROFIBUS PA
PROFIBUS FMS
universel
spécialisé
- alimentation sur le bus (option) - sécurité
intrinsèque (option)
- grande variété d'applications - communication
multi-maître
La famille PROFIBUS
4
Différentes études indépendantes sur PROFIBUS 2000
(Equivalent USA fieldbus systems for
Manufacturing Automation)
49.7
remainder
20.4
8.4
21.5
Market shares world-wide Source Venture
Development Corp.
5
Enquête Consultic 94 - 98 Europe
6
PROFIBUS cest LE bus de terrain international,
ouvert et normalisé

• La norme PROFIBUS EN 50170 et IEC 61158 est
  complète, ouverte, indépendante des fournisseurs
  et validée
• La technologie PROFIBUS est conforme à la norme
  internationale IEC des bus de terrain IEC 1158
• La stabilité de la norme PROFIBUS assure la
  protection de linvestissement des fournisseurs
  et des utilisateurs dans le monde entier
• PROFIBUS est éprouvé et a une base installée de
  plus de 3,500,000 de stations utilisées dans le
  monde entier

Etat 04/2000
7
1,900 produits - Normalisé IEC 61158 et EN 50170
Il existe actuellement plus de 1900 produits de
plus de 280 fournisseurs différents
Demandez votre exemplaire gratuit du dernier
guide des produits PROFIBUS
sur disquette disponible auprès de toute
association Profibus
ou visitez le site Web http//www.profibus.com
8
Le protocole PROFIBUS est conforme au modèle de
référence ISO/OSI pour les systèmes ouverts
FMS
PA
DP
Profils PA
Profils DP
Couches
Profils
FMS
Utilisateur
Fonctions DP
Fieldbus Message
Application
Specification (FMS)
(7)
(3)-(6)
non utilisés
Fieldbus Data Link (FDL)
Liaison
IEC Interface
(2)
Physiquel
RS-485 / Fibre Optique
IEC 1158-2
(1)
EN 50 170
profils PROFIBUS
9
Technique de Transmission

• PROFIBUS utilise une topologie de bus avec
  terminaison aux 2 extrêmités
• Ceci permet le couplage et le découplage de
  stations en cours de fonctionnement (même dans
  des zones à sécurité intrinsèque), sans affecter
  les autres stations

3 options différentes sont autorisées pour la
Couche Physique

• RS 485 principalement utilisé pour DP et FMS
• CEI 1158-2 principalement utilisé pour PA
• Fibre optique principalement utilisé pour DP
  et FMS

10
Technique de transmission - Caractéristiques

• Haute vitesse (H2) RS 485 Profibus DP et FMS
• Transmission NRZ asynchrone selon RS 485
• Sélection par pas de la vitesse de transmission
  entre 9.6 kBit/s et 12 MBit/s
• Câble blindé à paires torsadées
• 32 stations par segment, 127 stations max.
  autorisées
• Distance en fonction de la vitesse de
  transmission
• 3,6,12 MBit/s 100 m 1.5 MBit/s 200m
  500KBit/s 400m 187.5 KBit/s 800 m
• lt93,75 Kbit/s1000m
• extension de la distance jusqu'à 10 km avec des
  répéteurs
• 9 PIN, connecteur D-Sub
• Basse vitesse (H1) CEI 1158-2 Profibus PA
• Transmission Manchester bi-phase synchrone, 31,25
  kBit/s, mode courant
• Sécurité intrinsèque (option) et alimentation des
  stations sur tout le bus
• Câble à paires torsadées, blindé ou non blindé
• distance de 1900 m max. par segment, avec
  extension jusqu'à 10 km par répéteurs
• 127 stations max., 10 à 32 par segment (selon
  classe d'ex. et consommation d'énergie)

11
Caractéristiques de PROFIBUS-DP

• Convient pour remplacer le câblage coûteux entre
  API/PC et E/S
• Très rapide, transmet 1 kO de données d'entrées
  et sorties en moins de 2 ms
• Des outils puissants réduisent les efforts de
  configuration et de maintenance
• Supporté par les principaux fournisseurs API
• Large gamme de produits disponibles, ex. API, PC,
  E/S, Moteurs, Vannes, Codeurs
• Transfert de données cyclique et acyclique
  autorisé
• Réseaux mono- et multi-maîtres
• 244 octets de données d'entrées et sorties par
  station

12
PROFIBUS-DP définit trois types dappareils

• Maître DP Classe 1 (DPM1)
• Contrôleur central qui échange des données avec
  des E/S décentralisées (Esclaves DP)
• Plusieurs DPM1 sont autorisés, les stations
  typiques sont des API, PC, VME

• Maître DP Classe 2 (DPM2)
• Outil de configuration, surveillance ou
  dengineering qui est utilisé pour la mise en
  route de réseaux ou pour paramétrer/surveiller
  des esclaves DP

• Esclave DP
• Appareils de terrain interfaçant directement les
  signaux dentrées/sorties
• Les stations typiques sont des entrées, sorties,
  entraînements, vannes, pupitres opérateurs...

13
PROFIBUS DP Principe de communication

• Echange de données suivant le principe
  maître-esclave. Le maître prend l'initiative de
  la communication.
• Plusieurs maîtres peuvent travailler sur le même
  bus
• Le nombre de données utiles est défini lors de la
  configuration
• Un esclave ne peut recevoir des données (être
  écrit ) que d'un seul maître (sécurité)
• Les communications DP sont cycliques et
  répétitives.
• Les esclaves peuvent être lus par plusieurs
  maîtres

14
Système mono-maître PROFIBUS-DP
Les systèmes mono-maître permettent la durée la
plus courte du cycle de bus Ils comprennent -
un maître DP (Classe 1) - 1 à 125 esclaves DP
max. - Maître DP (Classe 2) - en option
Maître DP (Classe 1)
API
Entrées et sorties décentralisées
Esclaves DP
15
Système multi-maîtres PROFIBUS-DP
Plusieurs maîtres DP peuvent accéder à un
esclave DP avec des fonctions de lecture
Les systèmes multi-maîtres PROFIBUS-DP
comprennent - des maîtres multiples (classe 1
ou 2) - 1 à 124 esclaves DP max. - 126
appareils max. sur le même bus
Maître DP (Classe 2)
PC
API
Maître DP (Classe 1)
Maître DP (Classe 1)
PROFIBUS - DP
E/S décentralisées
E/S décentralisées
PROFIBUS-P
Esclaves DP
16
LA TOPOLOGIE BUS
SECTION 1 31 STATIONS 1 REPETEUR
Rt
Rt
REP1
SECTION 2 30 STATIONS 2 REPETEURS
Rt
Rt
REP2
SECTION 3 30 STATIONS 2 REPETEURS
Rt
Rt
REP3
SECTION 4 31 STATIONS 1 REPETEUR
Rt
Rt
17
LA TOPOLOGIE ARBRE
SECTION 2 31 stations max
SECTION 1 31 stations max
Rt
Rt
Rt
Rt
REP
REP
SECTION 4 31 stations max
Rt
Rt
Rt
M/S
Rt
18
PROCEDE HYBRIDE D ACCES AU BUS

• Il existe 2 types de station avec des droits
  d'accès différents
• Les stations actives (maître) Elles sont
  initiatrices de l'échange.
• Les stations passives (esclave ) Ne peuvent
  échanger des données qu'après y avoir été
  invitées.
• Le protocole Profibus réalise deux tâches de la
  gestion d'accès
• Assurer que tout maître connecté puisse
  accéder au réseau régulièrement et pendant un
  laps de temps assez long.
• Assurer que la communication entre les maîtres
  et leurs esclaves soit à la fois cyclique et
  orientée temps réel.
• Ce procédé combiné d'accès au bus est désigné
  comme procédé de nature hybride. Plusieurs
  configurations sont possibles
• Configuration maître-esclave
• Configuration maître-maître (méthode du
  jeton)
• Système combinant les deux.

19
La méthode daccès au bus PROFIBUS combine les
communications multi-maîtres et maîtres-esclaves
Stations actives , appareils maîtres
Stations passives , appareils esclaves
20
Temps du cycle de bus d'un système mono-maître
PROFIBUS-DP
Durée du cycle de bus ms
18
500 kBit/s
14
10
1.5 MBit/s
6
2
12 MBit/s
Esclaves DP
10
5
20
30
Conditions Chaque esclave DP a des données
d'entrée de 2 octets et des données de
sortie de 2 octets. L'intervalle_esclave minimal
est de 200 microsecondes
Tsdi temps de 37 bits , Tsdr temps de 11 bits
21
PROFIBUS-PA Domaine d application
PROFIBUS-PA PROFIBUS for Process-Automation

• Pour transmetteurs, vannes, positionneurs etc.
• Mise en réseau par un bus-série
• Pour la chimie et lindustrie des procédés
• Pour alimentation en énergie par le réseau
• Pour utilisation en Zone Ex (protection EExi)

I
22

• PROFIBUS pour Process Automation

• Basé sur le protocole PROFIBUS-DP extended et la
  transmission IEC 1158-2
• Conçu pour remplacer les technologies actuelles
  4...20 mA
• Seulement 2 fils pour les données et
  lalimentation
• Connexion dinstruments au système de contrôle
  via un bus série
• Conçu pour les applications EEx en sécurité
  intrinsèque
• Améliorations fonctionnelles, transmission
  numérique série fiable
• La commande, régulation, et la surveillance via
  une simple paire torsadée
• Un outil dengineering pour tous les instruments
• Interopérabilité et interchangeabilité grâce au
  profil PROFIBUS-PA
• Maintenance et informations de diagnostics
  disponibles sur les instruments

23
PROFIBUS-PA Définition
PROFIBUS-PA Communication PROFIBUS-DP Techniqu
e de transmission optimisée pour appareils de
terrain
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
I
24
Constituants PROFIBUS-PA Composants réseau
Coupleur et Link
PROFIBUS-DP jusquà 12 MBit/s
PROFIBUS-DP 45,45 kBit/s
Link DP/PA (extensible par module , Module de
base avec maxi. 3 Coupleurs)
Coupleur DP/PA
24 V
24 V
I
I
I
I
PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s
PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s
Non-Ex maxi. 30 Appareils de terrain Ex maxi.3
x 10 Appareils de terrain
Option Non-Ex I lt 320 mA, maxi 30 Appareils de
terrain
Option Ex I lt 120 mA maxi. 10 Appareils de
terrain
25
Configuration typique dun système avec
PROFIBUS-PA
API
Maître (Classe 2)
Maître (Classe 1)
Outil dengineering ou de surveillance
RS 485 jusquà 12 MBit/s
PROFIBUS-DP
IEC 1158-2 with 31.25 kBit/s
I
PROFIBUS-PA
Transmetteur
coupleur / link de segment
Alimentation
26
Le profil PROFIBUS - PA assure linteropérabilité

• Définit les paramètres pour le fonctionnement,
  lidentification, la maintenance, et le
  diagnostic
• Définit la sémantique des données, ex.
  température, pression, débit
• Définit une valeur analogique avec son étendue,
  son unité dengineering et son ét
• Supporte les instruments simples (variable
  simple) et complexes (variables multiples)
• Développé en coopération avec lindustrie chimique

27
IV - La couche Liaison
Les services de la couche liaison
FMS
PA
DP
Profils PA
Profils DP
Couches
Profils
FMS
Utilisateur
Fonctions DP
Fieldbus Message
Application
Specification (FMS)
(7)
(3)-(6)
non utilisés
SDA SDN SRD CSRD
FieldbuSs Data Link (FDL)
Liaison
IEC Interface
(2)
Physiquel
RS-485 / Fibre Optique
IEC 1158-2
(1)
EN 50 170
profils PROFIBUS
Proposé en amendement A2 à lEN 50170 Volume 2
en instance de vote jusquau Q1 / 1998
28
Configuration de PROFIBUS-PAAdressage des
appareils de terrain
VIII - Profibus PA
1
PROFIBUS-DP 45,45 kBit/s 93,75 kBit/s
PROFIBUS-DP jusqu à 12 MBit/s
2
3
Coupleur DP/PA
Link DP/PA
Esclave
24 V
24 V
Maître
PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s
PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s
29
configuration de PROFIBUS-PAProfil appareil de
terrain (présentation simplifiée)
VIII - Profibus PA
DP cyclique
Status Mesure
Zone de Mesure Temps de filtrage Limites
alarme Résumé alarmes TAG Paramètres
spécifiques constructeur
Profil B (par ex. pour transmetteur de pression)
DP acyclique
DP acyclique
30

VIII - Profibus PA
Migration facile de la technique 4-20 mA
actuelle vers PROFIBUS-PA
DCS (API)
ModulesdE/S analogiques
PROFIBUS-DP, jusquà 12 Mbit/s
Alimentation
coupleur / link de segment
PROFIBUS-PA
Instrument HART existant
Instrument 4-20 mA existant
31
PROFIBUS étend son champ daction pour répondre
aux besoins des utilisateurs
Un Profil sécurité Profibus sur Ethernet Un
profil contrôle d axes
32
PROFIBUS POUR LA SECURITE
ProfiSafe
Louverture des applications de sécurité à
PROFIBUS ....
33
ProfiSafe
Conditions et exigences générales

• Niveaux de sécurité SIL3 (IEC61508), AK6 (DIN V
  VDE 0801), Catégorie 4 (EN954-1)
• Coexistence des communications standard et de
  sécurité
• Fonctions de sécurité uniquement via un système
  de communication mono-canal.
• Utilisation des appareils standard (communication
  standard) sans changement (compatibilité avec le
  parc existant)
• Maître DP standard et passerelles" réutilisables
• Fonctions de sécurité réalisées uniquement dans
  les noeuds Profibus
• Conditions denvironnement selon la norme Profibus

34
ProfiSafe
API standard (Maître DP ou Esclave DP)
E/S standard (Esclave DP)
Segment A
Profibus DP
Répéteur
Segment B
Process Monitoring Device (Esclave DP)
35
ProfiSafe
Pour les amis du modèle OSI
canal gris" ASICs, passerelles, Câbles, etc. ne
sont pas concernés par la sécurité
Fonctionnalités non critiques vis à vis de la
sécurité, comme par ex. le diagnostic
"ProfiSafe" Partie du système de communication
de sécurité adressage, Watch Dog, compteur de
séquence, signature, etc.
Interface de sécurité, mais ne faisant pas parti
du profil ProfiSafe E/S de sécurité et
systèmes de sécurité
36
Profil contrôle d axes
ProfiDRIVE
Nouvelles fonctionnalités pour la commande daxes
De nouvelles fonctionnalités sont rajoutées au
protocole PROFIBUS

• Communication directe esclave-esclave
• Transmission synchrone de lhorloge
• Temps de cycle constant

Avec la disponibilté de ces nouvelles
fonctionnalités, PROFIBUS souvre aux
applications de commande daxes.
Avec ces nouvelles fonctionnalités, il sera
possible de synchroniser 12 axes en moins de 2
ms
37
Profil contrôle d axes
Profil entraînements à vitesse variable Nr 3.071
Nouveau PROFIDRIVE Nr 3.xxx
Reprendre et compléter ce qui a fait ses preuves
Utilisation de DPV1 pour des entraînements (PKW
acyclique)
Nouvelles applications
DP V1
Synchronisme d'horloge et échange croisé
Extensions PROFIBUS-DP
38
Profil contrôle d axes
Application maître
Rythme dhorloge
Rythme dhorloge
Asservissement de positionnement R1R2R3
DX Data eXchange Telegramm
Communication acyclique reserve
horloge
DX Esclave 1
DX Esclave 2
DX Esclave 3
DX Esclave 3
DX Esclave 2
DX Esclave 1
horloge
Cycle DP
Rythme d'horloge des régulateurs vitesse/courant
Application esclaves 13
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
R1
Rx régulateur esclave x
Acquisition position
Délivrance consigne
La transmission synchronisée sur l'horloge les
algorithmes de régulation internes dans
l'entraînement sont également synchronisés dans
le maître hiérarchiquement supérieur.
39
Profil contrôle d axes
Maître DP (Cl.1) Maître de paramétrageStation
active
Données dentrées
Données de sorties
Réponse
Esclave entraînement Publisher
Esclave entraînement Subscriber
Esclave entraînement Subscriber
L'échange croisé les esclaves déclarés comme
"publishers" délivrent leurs données d'entrée aux
autres esclaves
40
Standards de communication actuels

• Monde bureautique Standards ouverts, comme
  Ethernet, TCP/IP et services Internet
• Monde de lautomatisationPROFIBUS est le leader
  mondial sur le marché de la communication au
  niveau terrain
• Ethernet est le standard pour la communication
  au niveau cellule
• PROFINet est utilisé dans les deux mondes pour
  des architectures dautomatismes ouvertes et
  universelles

41
Communication ouverte, transparente avec
PROFIBUS et les standards informatiques
Ouverture via les standards du marché établis
COM/DCOM
TCP/IP
COM/DCOM
42
Une intégration douce et homogène ...
Station ingénierie,IHM
Station ingénierie,IHM
TCP/IP- Ethernet
Appareil de terrain intelligent
Proxy
API
PROFIBUS
Appareil de terrain
Variateur
43
PROFIBUS plus les standards
informatiques (IT) simplement
PROFINet
EVOLUTIONS
44

LES DIFFERENTES FAMILLES ENTREES-SORTIES SIMATIC
PROFIBUS DP

• Forme de bloc

45

46