FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

PROFIBUS DP im FZ JülichH. Kleines

- Zentrallabor für Elektronik (ZEL) -

• PROFIBUS: Industriell etabliertes Feldbussystem, also zur Kommunikation mit Sensoren, Aktoren und SPSen

• Historie: Arbeiten zur Prozesskommunikation, vielfältige Industriekooperationen

• Schlüssel zur Integration industrieller Automatisierungs-technologie in der Forschung

• Anwendungsspektrum: „Slow Control“, Neutronen-Streuung

• Entwicklung diverser PROFIBUS-Baugruppen + PROFIBUS-Software unter Linux

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

Überblick PROFIBUSTechnische Merkmale• Hybrider Medienzugang:

– Token Passing

– Master/Slave

• Hamming-Distanz 4• deterministisch• Profil DP für low cost I/O:

Abbildung von Slave I/Os in den Speicher des Masters

• 9,6 kBaud - 12 MBaud• Physical Layer:

– RS485

– Fibre (Glas and Plastik)

– IEC 1131 (eigensicher)

• Wichtigste Felbustechnologie in Europa ( > 2 Mio. installed nodes)

• Optimiert für Prozess-Kommunikation• Kostengünstiger Anschluss für

Feldgeräte

Slave Devices

PROFIBUS

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

Anforderungen an Feldbusse• kurze Reaktionszeiten

• deterministisch

• kurze Nachrichtenlängen

• Störsicherheit

• Zuverlässigkeit

• herstellerunabhängig

• einfach

• preiswert

• flexibel

• Verkabelungsaufwand

• „Anwendungs-Unterstützung“

• Tools zur– Planung + Projektierung– Inbetriebnahme– Wartung

• Verfahrenstechnik– PROFIBUS PA / DP

– Foundation Fieldbus

• Fertigungstechnik– PROFIBUS DP + FMS

– Interbus S

– Sercos

• Gebäudetechnik– EIB

– LON

– PROFIBUS FMS

• Automobiltechnik– CAN

– ABUS

• Sensorbusse– ASI

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

Warum PROFIBUS?• Historie: Prozesskommunikation, vielfältige Industriekooperationen• Zentrales Ziel: verstärkter Einsatz industrieller Automatisierungstechnik

– Einsatz von SPSen: Programmierung durch Techniker– Einsatz von dezentraler Peripherie– professioneller mechanischer und elektrischer Aufbau– drastische Reduktion des Verkabelungsaufwands– Preis/Leistung, Robustheit, Verfügbarkeit

• Marktführer Siemens => PROFIBUS• DP: einfach, effektiv, breites Produktspektrum, skalierbar

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

Beispiel 1: Atomic Beam Source

• Target für ANKE an COSY• erzeugt polarisierten Atom-

strahl• Vielzahl von Vakuum-

Pumpen, Druckmessern, Schrittmotoren, HF Generatoren, Ventilen, Flußregelern, Temperaturreglern, etc.

• > 200 serielle, analoge und digitale Anschlüsse

• Prozessleitsystem mit WinCC unter Windows NT

=> „industrielles Design“• 4 S7-300, 2 ET200 M, Gateway zu seriellen Geräten• Kopplung an DAQ: privates Protokoll

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

Beispiel 2: Neutronen-Streuung• Equipment: Motoren, Encoder, digitale

+ analoge EAs• „Forschung“ => Linux• Ausrüstung mehrerer Spektrometer:

– KWS1, KWS2, KWS3, HADAS, SV29, SV30, PI-Spektrometer

– Referenz-Architektur für FRM II

SIMATIC S7

ENCODER

PROFIBUS-DP

SMP

SM CONTROLLER

ET 200

C PU

Ethernet (TACO)

Direkt angebunden Modular I/O systems

Pt 100 Digital I/O-s

General Purpose IN/OUT

CPCI System unter Linux

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

PROFIBUS Hardware des FZJ (Master)

• Masterbaugruppen für– PCI

– CompactPCI

– VME

• Basistechnologie aus industrieller Kooperation

• Profibus-Firmware als Porting-Kit von Fa. Softing

• CPU: MC68340• Profibus Chip: ASPC2• Leitungsredundanz

Com m unication Controller

RAM

PR O FIB U S 2

PR O FIB U S 1

M AU

68340

Processor

16 KDPRAM

AM CC

S5933

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

PROFIBUS Hardware des FZJ (Slave)• Baugruppen ohne CPU:

basieren auf SPM2 (8 Byte Prozess I/O):– einfache digitale und anloge

E/A

– SMP-Bus Interface

– Interface zur Schrittmotor-Steuerung von Göttingen

• Baugruppe mit CPU: Bestückung der Master-baugruppe mit SPC4– Gateway zwischen

PROFIBUS DP und RS232/RS485

M AU

SPM2

PROFIBUS/SMP-Controller

SMP-Interface

identification

address

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

PROFIBUS Software des FZJ• Am Markt verfügbare Lösungen basieren auf Windows NT• Für Forschung: Treiber für Linux und LynxOS • Konfigurations- und Dialog-Werkzeuge für Linux (mit Qt)

Linux User Space

Linux Kernel Space

Hardware

profilib

Treiber

Log File

dpconfig pbd

Konfig File

dpdialog App. 1 App. N

FORSCHUNGSZENTRUM JÜLICH Gm bHForschungszentrum Jü lich

Zentra llabor fü r E lektron ik (ZE L)

Zukünftige AktivitätenBeobachtung von Alternativen• Foundation Fieldbus

– nur Process Control

– komplex

– noch rel. wenig Produkte

• Ethernet (z.B National Instr.)– teilweise zu teuer

– fehlende Protokolle

– evtl. OPC

=> PROFIBUS support

• USB, Firewire• Interbus S

– verliert an Bedeutung

• CAN– nicht skalierbar

– unzureichende Standardisierung

– zu wenig Produkte

• ASI

Entwicklungen• „möglichst wenig!!“• Anwendung von PROFIBUS• isochroner PROFIBUS• Redundanz (Industrieprojekt)