PROFIBUS Nivel I y Nivel II Tecnologías de Control
Índice TEMA – PROFIBUS Nivel I y Nivel II 1. - Introducción 1.1 – Definición y Estándares 1.2 – Características Generales 1.3 – Características Técnicas 1.4 – Arquitectura de PROFIBUS 2. – Nivel Físico - PHY 2.1 – Generalidades 2.2 – Topología 2.3 – Conector de Bus 2.4 – Cableado 2.5 – Método de Transmisión 2.6 – Servicios (Interface PHY-FDL) 3. - Nivel de Enlace - FDL 3.1 – Protocolo de Transmisión 3.2 – Recepción del Testigo 3.3 – Paso del Testigo 3.4 – Tiempos de Rotación de Testigo 3.5 – Prioridades 3.6 – Tiempos de PROFIBUS 3.7 – Servicios FDL 4. – Servicios FMA1/2
Introducción Ö Definición y Estándares Ö Organización de Usuarios de PROFIBUS Ö Empresas Integrantes Ö Características Generales Ö Características Técnicas Ö PROFIBUS & OSI Ö Arquitecturas PROFIBUS Ö Niveles de aplicación
Definición y Estándares 9 PROcess FIeld BUS 9 PROFIBUS es un estándar de bus de campo abierto independiente del fabricante 9 Origen Alemán 9 Estándar europeo EN 50 170, a partir de la norma alemana DIN 19 245 9 Empleado para interconexión de dispositivos de campo de entrada/salida simples con PLCs y PCs 9 Amplio rango de aplicaciones en automatización de fabricación, procesos y construcción
PROFIBUS International – PI
9 Administrar y desarrollar la tecnología PROFIBUS 9 Integrar por fabricantes, usuarios e instituciones investigadoras 9 Certificar y asegurar la calidad de los productos que siguen el estándar 9 Crear un catálogo con todos los productos que soportan este estándar 9 Proponer PROFIBUS como estándar internacional 9 Desarrollar herramientas y equipos de mantenimiento
Ö www.profibus.com
Empresas Integrantes 9 Asea Brown Boveri 9 AEG 9 Fraunhofer-Institut 9 Honeywell 9 Klöckner-Moeller 9 Phoenix 9 Robert Bosch 9 Samson 9 Schleicher 9 Siemens
Características Generales (I)
OBJETIVO de un bus de campo como PROFIBUS
Interconexión de dispositivos digitales de campo o sistemas de bajas o medias prestaciones Sensores, actuadores, transmisores, PLCs, Controladores Numéricos, PCs, interfaces hombremáquina, etc.
Características Generales (II)
9Transmite pequeñas cantidades de datos 9Cubre necesidades de tiempo real 9Tiene gran compatibilidad electromagnética
¿Qué VENTAJAS ofrece PROFIBUS?
9Número reducido de estaciones 9Fácil configuración 9Ampliación o reducción de elementos Plug & Play 9Bajos costes de conexión y cableado 9Pseudoconsistente con OSI 9Permite integrar los dispositivos menos inteligentes 9Protocolos simples y limitados
Características Generales (III) Ö Dos tipos de estaciones: 9 Maestras (activas): pueden controlar el bus y transferir mensajes sin una petición remota, si está en posesión del testigo 9 Esclavas (pasivas): sólo pueden reconocer mensajes recibidos o transferir datos después de una petición remota Ö La configuración mínima es una de las siguientes: 9 dos maestras 9 una estación maestra y una esclava
Características Generales (IV)
Anillo Lógico entre Estaciones Maestras Estaciones Activas, Dispositivos Maestros
PLC
Token
Token
PLC
Maestro-esclavo
PROFIBUS
Estaciones Pasivas, Dispositivos Esclavos
Características Técnicas (I) Ö Topología de red:
bus lineal o en árbol con terminadores
Ö Redundancia:
un segundo medio de transmisión es opcional
Ö Transmisión:
halfduplex, asíncrona, sincronización por start/stop, sin bit stuffing
Ö Acceso al bus:
híbrido
9 paso de testigo entre las estaciones maestras 9 maestro/esclavo entre maestra y esclavas Ö Direccionamiento: 9 7 bits (rango de dirección: de 0 a 127) 9 127: dirección global para broadcast y multicast 9 Extensión de las direcciones para direcciones regionales, direcciones de segmento y direcciones puntos de acceso a servicios (LSAP)
Características Técnicas (II) Ö Servicios de transferencia: 9 Acíclicos:
Send Data with/without Acknowledge Send and Request Data with Reply
9 Cíclicos (polling):Cyclic Send and Request Data with Reply
Ö Longitud de trama: 9 hasta 255 bytes por trama 9 de 0 a 246 octetos de datos de la capa 2 por cada Data Unit sin extensión de dirección
Características Técnicas (III) Ö Integridad de los datos: 9 mensajes con distancia Hamming (HD) = 4, detección de deslizamiento de sincronismo, secuencia especial para evitar pérdida y multiplicación de los datos Ö Número de estaciones: 9 32 por segmento 9 hasta 127 usando repetidores Ö Velocidad de transmisión: depende del medio. Según la norma RS 485, cable tipo A de par trenzado apantallado: Kbits/s
9,6
19,2
93,75
Distanc/seg. ≤1200 m ≤1200 m ≤1200 m
187,5
500
1.500
≤1000 m ≤ 600m
≤ 200m
PROFIBUS-DP, posterior a la norma, puede alcanzar velocidades de hasta 12Mbit/s para distancias de 100 m
PROFIBUS & OSI
Proceso de Aplicación
Application Layer Interface (ALI) DIN 19245 Parte 2 EN 50 170
NIVEL DE APLICACIÓN Fieldbus Message Specification (FMS) Lower Layer Interface (LLI)
Fieldbus Management FMA 7
NIVEL DE PRESENTACIÓN NIVEL DE SESIÓN NIVEL DE TRANSPORTE NIVEL DE RED
Capas vacías
Capas vacías
DIN 19245 Parte 1
NIVEL DE ENLACE Fieldbus Datalink (FDL)
Fieldbus Management
EN 50 1703
NIVEL FÍSICO (PHY)
FMA 1/2
Familia PROFIBUS
EN 50170 Volume 2 PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA Automatización de Propósito General - Amplio rango de aplicaciones - Nivel de célula - Flexibilidad - Tareas de comunica. complejas - Comunicación Multi-maestro
Automatización de planta
Automatización de procesos
- Alta velocidad. Rápida - Orientado a la aplicación - Plug & Play - Alimentación de - Eficiente y barato los dispositivos a - Comunicación de través del bus sistemas de control - Seguridad y E/S distribuidas a intrínseca nivel de dispositivo
EN 50170 - 2 Ö El Protocolo PROFIBUS es acorde con el modelo de referencia para sistemas abiertos OSI/ISO
Layer
FMS Usuario
DP
PA
DP-Profiles
PA-Profiles
FMS Device Profiles
DP-Extensions DP Basic Functions
Aplicación (7)
Fieldbus Message Specification
(3)-(6)
not used
Enlace de Datos (2)
Fieldbus Data Link (FDL) RS-485 / Fiber Optic
Físico (1) EN 50 170
Interface IEC IEC 1158-2 PROFIBUS guidelines + profiles
Niveles de Aplicación
Nivel de Planta
Ethernet/TCP/IP Controlador
Tiempo de Ciclo de Bus < 1000 ms
PC/VME
CNC
Nivel de Célula Tiempo de Ciclo de Bus < 100 ms
TCP/IP/Ethernet
de Área
PROFIBUS-FMS VME/PC
PLC
Nivel de Campo
DCS
PROFIBUS-DP
Tiempo de Ciclo de Bus < 10 ms
Nivel Físico – PHY
Ö GENERALIDADES Ö TOPOLOGÍA Ö CONECTOR DE BUS Ö CABLEADO Ö MÉTODO DE TRANSMISIÓN Ö SERVICIOS (INTERFACE PHY-FDL)
PROFIBUS-PA
Generalidades Ö Línea Serie RS-485:
línea de transmisión balanceada
Ö Topología:
Bus lineal con terminadores en ambos extremos
Ö Medio de transmisión:
Par trenzado y apantallado
Ö Longitud:
<=1200 m, dependiendo de la velocidad
Ö Número de estaciones: 32 (maestros, esclavos y repetidores) Ö Velocidad:
9.6 / 19.2 / 93.75 kbits/s si longitud <=1200 m 500 kbit/s si longitud <=600m 1500 kbit/s si longitud <=200m 10/12 Mbit/s si longitud <=100m
Ö Transceiver chip:
SN75176 A, DS3695 u otros
Topología (I) Ö Repetidores: La longitud del bus y el nº de estaciones puede ser incrementado mediante el uso de repetidores (amplificadores bidireccionales) Ö Máximo de 32 estaciones (maestras, esclavas o repetidores) por segmento de bus Ö 2 topologías: 9 Lineal, con un máximo de 3 repetidores entre 2 estaciones 9 Árbol, permite más de 3 repetidores
Topología (II)
ÖLINEAL (3 repetidores y 122 estaciones, config. máx.) Sección 1: máximo de 31 estaciones + 1 repetidor
Maestro o esclavo
Sección 2: máximo de 30 estaciones + 2 repetidores
Repetidor Sección 3: máximo de 30 estaciones + 2 repetidores
Terminador de bus
Sección 4: máximo de 31 estaciones + 1 repetidor
Topología (III)
ÖÁRBOL ( 127 estaciones, nº máx, y 5 > 3 repetidores) Sección 1 max 31 estaciones
Sección 2 max 31 estaciones
Sección 3 max 28 estaciones
Sección 5 max 30 estaciones Sección 4 max 31 estaciones
Maestro o esclavo Repetidor
Sección 6 max 31 estaciones
Terminador de bus
Método de Transmisión Ö Codificación de bit:
NRZ (No retorno a cero)
1 binario
Diferencia de tensión positiva entre los pines RxD/TxD-P (3) y RxD/TxD-N (8)
0 binario
Diferencia de tensión negativa
Ö Bus inactivo (idle):
Durante los periodos en que ninguna estación está transmitiendo datos la señal en la línea debe representar un 1 binario
Ö Los receptores:
de las estaciones deben estar siempre activados
Ö Los transmisores:
debe presentar a la salida una alta impedancia cuando la estación no está transmitiendo
Conector de Bus Ö ISO 4902 -1980 / DIN 41652 Ö 9 pines sub-D
*CNTR-N (Control - N) RXD/TXD-N (Recibir/Transmitir -datos-N) * RP (Reservado para alimentación) 1) VP (tensión alimentación +)
5
DGND (potencial referencia datos)
4
*CNTR-P ( RTS o demanda de emisión)
9 8 3 7
2
6 1
RXD/TXD-P (Recibir/Transmitir -datos-P) * RP (Reservado para alimentación) *SHIELD (tierra de protección)
*) Señales opcionales 1) Señal sólo necesaria en la estación situada al final del cable del bus
Especificaciones Eléctricas (I) ÖGrounding/Shielding (DIN 57899/VDE 0800) para mejora de compatibilidad electromagnética en ambientes ruidosos ÖTerminador de bus en ambos extremos ÖPar trenzado apantallado
Controlador 1
Controlador 2
RXD/TXD-P
3
3
RXD/TXD-P
DGND
5
5
DGND
RXD/TXD-N Tierra de protección
8
8
RXD/TXD-N
Shield
Tierra de protección
Especificaciones Eléctricas (II) Ö Resistencias terminadoras en ambos extremos del cable VP
6
Ru Resistencia de pullup
•Para una alimentación de +5V± 5%:
RXD/TXD-P 3
Rt= 220 Ω ± 2% 1/4W
Rt Resistencia terminadora
Ru= Rd= 390 Ω ± 2% 1/4W RXD/TXD-N 8 •Intensidad mín de 10mA por VP
Rd Resistencia de pulldown
DGND 5
Interfaz Nivel Físico - Nivel FDL
FDL Fieldbus Data Link Layer PHY
FMA1/2 (Fieldbus Management Layers 1 and 2)
Physical Layer
Medio Físico
Interacción y Primitivas estación 1
estación n
PHY_DATA.req PHY_DATA.ind
Ö 2 primitivas:
PHY_DATA.request (FDL_symbol) PHY_DATA.indication (FDL_symbol) Ö FDL_symbol puede tomar los valores: 9 ZERO que correponde al valor binario “0” 9 ONE que correponde al valor binario “1” 9 SILENCE que deshabilitar el transmisor cuando no se envía ningún FDL symbol
Nivel de Enlace – FDL Ö PROTOCOLO DE TRANSMISIÓN Ö RECEPCIÓN DEL TESTIGO Ö PASO DEL TESTIGO Ö ADICIÓN Y RETIRADA DE ESTACIONES Ö INICIALIZACIÓN DEL ANILLO Ö TIEMPOS DE ROTACIÓN DE TESTIGO Ö PRIORIDADES Ö TIEMPOS DE PROFIBUS Ö TRAMAS FDL Ö SERVICIOS FDL
Estructura del Nivel 2
Servicios de Producción
Servicios de Gestión
FLC
FMA MAC
FDL
Protocolo de Transmisión (I) 9 El intercambio de mensajes tiene lugar en ciclos. Un Ciclo de Mensaje (action frame), consiste en el envío de una trama por una estación maestra y el reconocimiento o la respuesta, por parte de la maestra o esclava correspondiente 9 Las únicas excepciones a este ciclo (ciclo sin reconocimiento) son: 8 la transmisión de datos sin reconocimiento 8 la transmisión del testigo
9 Todas las estaciones, excepto la emisora monitorizan las peticiones y responden cuando son direccionadas
Protocolo de Transmisión (II) 9 El reconocimiento o la respuesta llegará dentro de un tiempo predefinido Slot Time, de no ser así el iniciador repite la petición si no es una “primera petición”. 9 Un reintento o una nueva petición no se emitirá por el iniciador antes de la expiración de un periodo de espera, el Idle Time. 9 Si el esclavo no responde tras un predefinido número de reintentos se marca como “no operativo” y las siguientes peticiones que se le hagan no habrá reintentos
Recepción del Testigo(I) 9 La comunicación es siempre iniciada por la estación que posee el testigo. Todas las estaciones, excepto la iniciadora, monitorizan todas las peticiones, pero sólo responden las que identifiquen su dirección en el mensaje 9 El testigo se pasa de estación en estación según el orden numérico ascendente de las direcciones de estación. La estación con dirección más alta se lo pasa a la de dirección más baja 9 Cada estación (TS=This Station) conoce su predecesora (PS=Previous Station) y su sucesora (NS=Next Station). 8 Estas direcciones han sido determinadas durante la inicialización y, más tarde, se aplica periódicamente un algoritmo para reconocer los cambios
Recepción del Testigo(II)
TS
PS
2
PS
4
NS
6
9
PROFIBUS
1
3
5
7
10
9 Cada estación guarda una lista de estaciones activas (LAS). Si una maestra recibe el testigo de una estación que no está marcada en su LAS como su predecesora (PS), no lo aceptará. Si se produce un reintento de la misma PS, la estación asumirá que el anillo lógico ha cambiado y marcará la nueva maestra en la lista como su predecesora
Paso del Testigo 9 Un ciclo de mensaje (action frame), consiste en el envío de una trama por una estación maestra y el reconocimiento o la respuesta, por parte de la maestra o esclava correspondiente 8 Las únicas excepciones a este ciclo (ciclo sin reconocimiento) son: – la transmisión de datos sin reconocimiento – la transmisión del testigo
9 Después de ejecutar sus ciclos de mensaje la maestra pasará el testigo a su sucesora (NS) y simultáneamente monitoriza el bus: 8 Si dentro de un intervalo de tiempo, recibe una cabecera de trama válida, asumirá que la sucesora ha recogido el testigo 8 Si recibe una trama errónea, asumirá que otra maestra está transmitiendo. 8 Si en el intervalo de tiempo no hay actividad en el bus, realiza dos reintentos, y luego lo intenta con las siguientes estaciones en la LAS (buscando su NS) si no lo consigue asumirá que es la única activa
Adición y Retirada de Estaciones 9 Se puede realizar en cualquier momento 9 Cada estación maestra es responsable de las direcciones comprendidas entre la propia y la de su sucesora. Este rango de direcciones se llama GAP y se representa en la lista GAPL 9 El mantenimiento del GAP tiene lugar si queda tiempo después de ejecutar todos los ciclos de mensajes en la cola (y si se ha cumplido cierto intervalo de tiempo desde la última vez que se realizó). Si no queda tiempo, en la próxima recepción del testigo, se atenderá al GAP justo después de los mensajes de alta prioridad 8 En cada recepción del testigo se examina una dirección, enviando una trama “Request FDL Status”. Si contesta con el estado “Ready to Enter Logical Token Ring” la estación poseedora del testigo modifica su GAP y pasa el testigo a la nueva sucesora
Inicialización del Anillo 9 Es un caso especial de actualización de las listas LAS y GAPL 9 Cuando se inicializa todo el sistema la maestra con la dirección más baja transmite dos testigos con direcciones fuente y destino la suya propia, para indicar que es la única estación en el anillo lógico 9 Luego envía una trama “Request FDL Status” en orden de direcciones ascendente. 8 Las estaciones que responden “Master Station Not Ready” o “Slave Station” se marcan en GAPL. 8 La primera maestra que responde “Ready to Enter the Logical Token Ring” se marca como sucesora en la LAS, se cierra el GAP, y se le pasa el testigo
Tiempos de Rotación de Testigo 9 Una vez que una maestra recibe el testigo comienza a contar el tiempo de rotación real del testigo (Real Rotation Time TRR), que acabará cuando se reciba el próximo testigo 9 El tiempo máximo que debería tardar el testigo en volver es el tiempo de rotación objetivo (Target Rotation Time TTR). 8 Se define en función del número de estaciones maestras que pueda haber, la duración de los ciclos de mensajes de alta prioridad y un margen suficiente para los mensajes de baja prioridad y los posibles reintentos (se parametrizan con este valor todas las estaciones activas)
9 El tiempo de mantenimiento de testigo (Token Holding Time TTH) es el tiempo que dispone la maestra para sus tareas, en ese ciclo y es la diferencia de tiempo entre el TTR y el TRR :
TTH = TTR - TRR
Prioridades 9 El usuario de la capa FDL (la capa de aplicación) puede elegir para los mensajes dos prioridades: baja o alta 9 Cuando una maestra recibe el testigo siempre procesa primero los mensajes de alta prioridad y luego los de baja prioridad 8 Una vez que un ciclo de mensaje, sea de alta o de baja prioridad, es iniciado, siempre debe concluirse, incluyendo los reintentos si son necesarios 8 Independientemente del TRR, por cada recepción del testigo, cada maestra debe ejecutar al menos un ciclo de alta prioridad, incluyendo los reintentos en caso de error
9 La prolongación del TTH provocada por algunos de estos casos dará lugar al acortamiento del tiempo para los ciclos de mensajes en la próxima recepción del testigo
Modos de Operación 9 Paso y recepción del token: descrito anteriormente 9 Modo de petición o envío/petición acíclico: el controlador FDL de la estación maestra ejecuta ciclos de mensaje individuales a petición del usuario local, una vez que está en posesión del testigo 9 Modo de envío/petición cíclico: la estación activa sondea varias estaciones cíclicamente para intercambiar datos. El sondeo sigue una secuencia predefinida en la Poll List, suministrada por el usuario local de FDL. El sondeo se realiza siempre después de procesar los mensajes de alta prioridad 9 Petición del estado FDL de todas las estaciones: el usuario local solicita la lista de estaciones existentes (Live List). Se envía cíclicamente una trama “Request FDL Status” a todas las direcciones posibles excepto las incluidas en la lista LAS. Las estaciones que respondan positivamente y las maestras ya en la LAS forman la Live List. Este proceso se lleva a cabo después de los mensajes de baja prioridad
Procedimientos de Manejo de Mensajes Recepción del token
TTH < 0
m =1
no m =m+1 no
Polling sobre miembro de la Poll_List
si no
si
¿m=p_len?
Resetear y liberar TRR (up) TTH ÅTTR - TRR Liberar TTH (down)
¿Alta prioridad?
¿Alta prioridad?
si Procesar mensaje alta prioridad
si Procesar mensaje alta prioridad
no
si
TTH < 0 no ¿m=p_len?
no
no TTH < 0 si
no Gap update
¿Baja prioridad?
Procesar mensaje baja prioridad
si
si
TTH < 0
Pasar el token
Tiempos de PROFIBUS Ö OBJETIVOS DE LOS TIEMPOS Ö DEFINICIÓN DE TIEMPOS 9 Bit Time: tBIT (Tiempo de Bit) 9 Idle Time: TID (Tiempo de Estado Ausente o Idle) 9 Slot Time: TSL 9 Time-out: TOUT 9 GAP Update Time: TGUD (Actualización del GAP) 9 Real Rotation Time: TRR (Tiempo de Rotación Real) 9 Target Rotation Time: TTR (Tiempo de Rotación Objetivo)
no
Objetivos de los tiempos
Ö MONITORIZAR la actividad del bus para detectar posibles errores
Ö Garantizar la SINCRONIZACIÓN entre estaciones
tBIT Ö BIT TIME tBIT 9 El BIT TIME es el tiempo que tarda en transmitirse un bit 9 Es el equivalente al inverso de la tasa de transmisión
tBIT=1/R (seg) R= Tasa de transmisión en bits/seg
TID Ö IDLE TIME TID 9 Tiempo que el iniciador DEBE esperar depués del último bit transmitido o recibido antes de enviar el 1º bit de la siguiente trama. 9 De esta forma se crean los períodos de idle que aseguran la SINCRONIZACIÓN entre tramas. 9 Se pueden distinguir 2 clases de IDLE TIME: 8 Después de un reconocimiento, respuesta o trama de token (tiempo entre el último bit que recibe y el primero que envía). 8 Después de una trama de acción que no necesita reconocimiento (Servicio SDN).
TSL Ö SLOT TIME TSL 9 Para tramas de acción: Máximo tiempo que el iniciador (maestro) espera para recibir el primer carácter de la trama de reconocimiento o respuesta, inmediata a la transmisión del último bit de una trama de acción. 9 Para token: Máximo tiempo que el maestro espera, después de enviar un token, para ver en el bus el primer carácter de la trama del maestro que ha recibido ese token. 9 Comienza después del envío el último bit de una trama, se carga un temporizador que es decrementado mientras no se reciba respuesta o reconocimiento
TOUT Ö TIME-OUT TTO 9 Empleado para monitorizar la actividad de bus de estaciones maestras y esclavas y el IDLE TIME 9 Comienza después del encendido en los estados “Listen Token” o “Passive Idle”, o después de recibir el último bit de una trama. 9 El temporizador de time-out se carga con un múltiplo del SLOT TIME, y se decrementa mientras no se reciba ninguna trama. Si el IDLE TIME alcanza el time-out, el bus se considera inactivo y debe ser reinicializado.
TTO = 6 · TSL - 2 ·n · TSL
TGUD Ö GAP UPDATE TIME TGUD= G · TTR , 1≤ G ≤ 100 9 Tiempo que un maestro espera entre dos ciclos de mantenimiento del GAP sucesivos. 9 Comienza después de completar la comprobación del GAP que se expande durante varias rotaciones del token, el contador se carga con un múltiplo del Tiempo de Rotación Objetivo. Cuando el contador finaliza la cuenta, se comienza la actualización del GAP. 9 Objetivo 8 Monitorizar el tiempo para la actualización del GAP
TTR Ö TARGET ROTATION TIME TTR 9 Para mantener el tiempo de reacción del sistema requerido por la aplicación se define el TARGET ROTATION TIME. 9 El tiempo de reacción del sistema se define como el máximo intervalo de tiempo (peor caso), entre dos ciclos de mensaje de alta prioridad en un maestro, medidos en el FDL interface a la máxima carga del bus. 9 Para poder enviar mensajes de baja prioridadÖ TRR< TTR
min TTR= na · (TTC +high TMC) + k · low TMC + mt · RET TMC
TRR Ö REAL ROTATION TIME TRR 9 Cuando un maestro recibe el token se carga un contador con el TARGET ROTATION TIME y se va decrementando. La medida finaliza con la siguiente recepción del token. El valor del contador en ese momento indica el REAL ROTATION TIME. 9 TRR es importante para realizar los ciclos de mensaje de baja prioridad. 9 Independientemente del valor de TRR cada maestro ejecutará un ciclo de mensaje de alta prioridad por cada recepción del token.
Tramas FDL – Carácter de Trama 9 Cada trama consta de un número de caracteres de trama, caracteres UART (UC). Es un carácter start-stop para transmisión asíncrona Orden de la secuencia de bits
1º 2º 3º 4º 5º 6º 7º 8º 9º 10º 11º LSB MSB B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 B8 P 1 0 Octeto
Bit de start
Bit de stop Bit de paridad par
9 La sincronización de bit del receptor siempre empieza con el flanco descendente del bit de start. 9 Todos los bits se muestrean en la mitad del tiempo de bit
Tramas FDL – LSAP Ö LSAP Link Service Access Point 9 En el interfaz Usuario FDL - Nivel FDL los servicios se procesan a través de un LSAP. 9 Puede haber varios LSAP activos a la vez en maestros o esclavos Ö Deben transmitirse los LSAP con el mensaje. 9 SSAP (Source Service Access Point) es el LSAP del usuario FDL local y se envía dentro del SAE. Valores de 0 a 62. DSAP (Destination Service Access Point) es el LSAP del usuario FDL remoto y se envía dentro del DAE. Valores de 0 a 63. DSAP = 63 Ö dirección de acceso global (sólo en SDA y SDN) 9 Por razones de eficiencia no se envían los LSAP y todo es procesado en el LSAP por defecto.
Servicios FDL Ö Interfaz Usuario FDL - Nivel FDL Ö Introducción Ö Interacción de primitivas Ö Parámetros de primitivas Ö SDA Ö SDN Ö SDR Ö CSRD
Interfaz Usuario FDL - Nivel FDL
USUARIO FDL Servicio FDL
FDL Fieldbus Data Link Layer PHY Physical Layer
Medio Físico
FMA1/2 (Fieldbus Management Layers 1 and 2)
Introducción a FDL 9 Los servicios de transferencia de datos son accesibles a través de la capa 2 (FDL), y los servicios de gestión, a través de la capa FMA1/2 asociada a las capas 1 y 2 9 Los servicios se llevan a cabo usando una serie de primitivas (con sus correspondientes parámetros) denotadas por FDL_XXXX.request. Tras completar el servicio se devuelve al usuario una primitiva FDL_XXXX.confirm. Si ocurre algo inesperado en la estación remota se le indica al usuario por FDL_XXXX.indication 9 Hay cuatro servicios de transferencia de datos: 8 SDA
Send Data with Acknowledge
8 SDN
Send Data with No Acknowledge
8 SRD
Send and Request Data with Reply
8 CSRD Cyclic Send and Request Data with Reply
Interacción de Primitivas
Maestra origen
Maestra/esclava destino
FDL_XXX.req FDL_XXX.ind
FDL_XXX.con
Usuario local
FDL local
FDL remoto
Usuario remoto
Parámetros de Primitivas (I) 9 SSAPÖ LSAP del usuario local 9 DSAPÖ LSAP del usuario remoto 8 Si por razones de eficiencia no se emplean LSAP, los campos anteriores toman el valor NIL y se trabaja con el LSAP por defecto
9 Rem_add (Remote_address) Ö Dirección FDL de la estación remota 9 Loc_add (Local_address) Ö Dirección FDL de la estación local 9 L_sdu (Link_service_data_unit) Ö contiene los datos de usuario que van a ser transferidos por el controlador FDL.
Parámetros de primitivas (II) 9 Serv_class (Service_class) Ö define la prioridad de los datos 8 High priority (high): mensajes temporales críticos, como alarmas y datos de sincronización y coordinación 8 Low priority (low): datos menos urgentes; datos de proceso, diagnóstico o programa
9 L_status (Link_status) Ö indica el éxito o fracaso de una primitiva de request o si existen o no errores temporales o permanentes. 9 Update_status Ö especifica si los datos han sido pasados o no al controlador FDL 9 Transmit Ö indica si la actualización (Update) se transmite una vez o varias 9 Poll_list
SDA Ö SDA (Send Data with Acknowledgement) 9 Permite al usuario en una estación maestra enviar datos a una única estación remota y recibir inmediatamente la confirmación 9 En la estación remota se entrega el L_SDU al usuario remoto, si se ha recibido sin errores 9 Al usuario local la capa FDL le envía confirmación de la recepción de los datos, si ha recibido reconocimiento de la estación remota. Si dentro del Slot Time no se recibe la confirmación, se realizará el número indicado de reintentos, tras los cuales se remitirá un reconocimiento negativo al usuario local 9 Entre la transferencia de los datos y la recepción de su reconocimiento ningún otro tráfico tiene lugar en el bus
SDA (II)
maestro FDL_DATA_ACK.req (L_sdu) FDL_DATA_ACK.con
maestro/ esclavo
(L_pdu)
FDL_DATA_ACK.ind (L_sdu)
3 primitivas FDL_DATA_ACK.req(SSAP, DSAP, Rem_Add, L_Sdu, Serv_Class) FDL_DATA_ACK.ind(SSAP, DSAP, Loc_Add, Rem_Add, L_Sdu, Serv_Class) FDL_DATA_ACK.con(SSAP, DSAP, Rem_Add, Serv_Class, L_Status)
SDN Ö SDN (Send Data with No Acknowledgement) 9 Además de enviar datos a una única estación, permite enviar a todas las estaciones (broadcast) o a un grupo de ellas (multicast) 9 Para estos dos casos los bits 1 a 7 de la dirección destino deben estar a 1 (dirección global 127). El grupo de estaciones para multicast se identifica por una dirección de LSAP 9 El usuario local recibe confirmación de la transferencia de los datos, pero no de si se han recibido correctamente. No hay reintentos 9 Una vez que los datos son enviados alcanzan todos los usuarios remotos a la vez, pero sólo los controladores FDL que identifiquen su propia dirección y que hayan recibido sin error lo pasarán a su usuario remoto
SDN (II)
maestro/ maestro FDL_DATA.req (L_sdu)
FDL_DATA.con
esclavo 2 3 4 n
(L_pdu) FDL_DATA.ind
(L_sdu)
3 primitivas FDL_DATA.req(SSAP, DSAP, Rem_Add, L_Sdu, Serv_Class) FDL_DATA.ind(SSAP, DSAP, Loc_Add, Rem_Add, L_Sdu, Serv_Class) FDL_DATA.con(SSAP, DSAP, Rem_Add, Serv_Class, L_Status)
SRD (I) Ö SRD (Send and Request Data with Reply) 9 Permite transferir datos a una única estación remota y al mismo tiempo solicitar datos que el usuario remoto había dejado disponibles previamente. La transferencia de datos, en este caso, es opcional 9 Tan pronto como se recibe la trama sin error, se transmiten los datos solicitados 9 El usuario local recibe los datos pedidos o una indicación de que no estaban disponibles (ambos casos suponen la confirmación de la recepción de los datos transferidos) o una confirmación de la no recepción de los datos transmitidos
SRD (II) Ö SRD (Send and Request Data with Reply) 9 Si ocurre un error durante la transferencia, la capa FDL del usuario local repite tanto los datos como la petición 9 Entre la transmisión original y la respuesta ningún otro tráfico tiene lugar en el bus
SRD (III)
maestro
maestro o esclavo FDL_REPLY_UPDATE.req (L_sdu) buffer
FDL_DATA_REPLY.req (con/sin L_sdu) FDL_DATA_REPLY.con
(L_pdu)
FDL_REPLY_UPDATE.con FDL_DATA_REPLY.ind (con/sin L_sdu)
(L_sdu) 5 primitivas FDL_DATA_REPLY.req(SSAP, DSAP, Rem_Add, L_Sdu, Serv_Class) FDL_DATA_REPLY.ind(SSAP, DSAP, Loc_Add, Rem_Add, L_Sdu, Serv_Class, Update_Status) FDL_DATA_REPLY.con(mismos parámetros que req + L_Status) FDL_REPLAY_UPDATE.req(SSAP, L_Sdu, Serv_Class, Transmit) FDL_REPLAY_UPDATE.con(SSAP, Serv_Class, L_Status)
CSRD (I) Ö CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply) 9 La funcionalidad de este servicio es la misma que la del SRD 9 Las acciones se realizan cíclicamente con cada estación de las incluidas en la lista Poll List definida por el usuario local. 8 En la lista también se deben indicar el número y la secuencia de las transferencias y peticiones. 8 En la lista pueden aparecer repetidas las direcciones FDL, para permitir ordenar las estaciones convenientemente
9 Después de cada transferencia y petición se espera una respuesta o confirmación inmediata 9 Durante un CSRD se permiten los servicios acíclicos SDA, SDN y SRD
CSRD (II)
maestro FDL_SEND_UPDATE.req . FDL_SEND_UPDATE.con . . FDL_CYC_DATA_REPLY.con FDL_SEND_UPDATE.req FDL_SEND_UPDATE.con
maestro o esclavo estación 2 FDL_REPLY_UPDATE.req SRDL buffer (L_sdu) FDL_REPLY_UPDATE.con . FDL_DATA_REPLY.ind . . estación n FDL_REPLY_UPDATE.req buffer FDL_REPLY_UPDATE.con
FDL_CYC_DATA_REPLY.con
FDL_DATA_REPLY.ind
. .
Servicios FMA1/2
Usuario de FDL
Usuario de FMA1/2 Interface Servicio FMA FMA-User/FMA
FDL
Interface
(Fieldbus Data Link Layer)
PHY (Physical Layer)
FDL/FMA
Interface PHY/FMA
Medio Físico
FMA1/2 (Fieldbus Management Layers 1 and 2)
Servicios de la Capa FMA1/2 (I) Ö Se llevan a cabo por medio de primitivas del tipo FMA1/2_XXXX.xxxx Ö Los servicios pueden ser opcionales (optional) u obligatorios (mandatory), y referirse a las capas locales o remotas
ÖServicios FMA1/2: 9 Reset FMA1/2 (l, m): resetea (equivalente al power on) las capas PHY, FDL Y FMA1/2. El usuario recibe confirmación 9 Set Value FMA1/2 (l, o): permite asignar nuevos valores a las variables de las capas 1 y 2. El usuario recibe confirmación 9 Read Value FMA1/2 (l, o): permite leer variables de las capas 1 y 2. La respuesta contiene los valores de las variables especificadas 9 Event FMA1/2 (l y r, m): la capa informa al usuario de sucesos y errores en las capas 1y2
Servicios de la Capa FMA1/2 (II) ÖServicios FMA1/2: 9 Ident FMA1/2 (l y r, o): en una esclava identifica la versión software y hardware de las capas FDL y FMA1/2. En una maestra puede hacer lo mismo con respecto a una estación remota 9 LSAP Status FMA1/2 (l y r, o): permite obtener información sobre los LSAP locales y remotos (en estación pasiva, sólo de los locales) 9 Live List FMA1/2 (r, o): proporciona al usuario en la estación maestra una lista actualizada de las estaciones funcionales en el bus 9 SAP Activate FMA1/2 (l, o): permite habilitar y activar un LSAP local. El usuario recibe confirmación 9 RSAP Activate FMA1/2 (l, o): realiza la misma función que el anterior pero para los servicios con respuesta (SRD y CSRD) 9 SAP Deactivate FMA1/2 (l, o): permite desactivar un LSAP local. El usuario recibe confirmación
Servicios de la Capa FMA1/2 (III) ÖLa capa FMA1/2 también se encarga de gestionar ciertos errores que le son indicados por la capa FDL: 9 Duplicate_address:
existe otra estación con la misma dirección FDL
9 Faulty_transceiver:
el transmisor o receptor de esta estación funciona mal
9 Out_of_ring:
esta estación ha sido sacada del anillo lógico sin pedirlo
9 GAP_event:
ha ocurrido un cambio en el GAP
9 Time_out:
no hay actividad en el bus
9 Not_syn:
no se ha detectado sincronización dentro del intervalo
8 Las pasivas sólo soportan las dos últimas
