El controlador central (maestro)
El ciclo temporal del bus tiene que ser menor que el ciclo temporal del programa del sistema central de automatización, que es aproximadamente de 10 ms para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, únicamente una transferencia de datos no es suficiente para una correcta implementación de un sistema de bus. Manejo sencillo, buenas capacidades de diagnóstico y tecnologías de transmisión a pruebas de interferencias son también factores clave. DP provee una óptima combinación de estas características (ver el sumario en tabla 6).
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Acceso al bus |
· Procedimiento de traspaso de testigos entre maestros e intercambio de datos entre maestros y esclavos · Opción de sistema de un único maestro o varios maestros · Máximo 126 estaciones en un bus, repartidos en maestros y esclavos |
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Comunicación |
· Punto a punto (comunicación de datos de usuario) o multidifusión (comandos de control) · Comunicación cíclica de datos de usuario maestro-esclavo |
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Estados de operación |
· Operativo: transmisión cíclica de datos de entrada y salida · Seguro: las entradas se leen, pero las salidas permanecen en estado a prueba de fallos · Parada: Asignación de parámetros y diagnósticos, no hay transmisión de datos de usuario |
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Sincronización |
· Los comandos de control habilitan la sincronización de entradas y salidas · Modo de sincronización: las salidas son sincronizadas · Modo de congelación: las entradas son sincronizadas |
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Funcionalidad |
· Transferencia cíclica de datos de usuario entre el maestro DP y los esclavos · Activación/desactivación dinámica de esclavos de forma individual; comprobación de la configuración de los esclavos · Potentes funciones de diagnóstico, 3 niveles de mensajes de diagnóstico · Sincronización de entradas y/o salidas · Asignación opcional de direcciones para esclavos en el bus · Máximo 244 bytes de entrada/salida por esclavo |
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Funciones de protección |
· Transmisión de mensajes con Distancia Hamming HD=4 · Control de watchdog en esclavos DP detecta fallos del maestro asignado · Protección del acceso para las salidas de los esclavos · Monitorización de las comunicaciones de datos de usuario con tiempo de monitoreo ajustable en el maestro |
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Tipos de dispositivos |
· DP maestro de clase 1 (DPM1), por ejemplo controladores programables centrales, tales como PLCs, PCs · DP maestro de clase 2 (DPM2), por ejemplo herramientas de ingeniería o diagnóstico · DP esclavo, por ejemplo dispositivos con entradas/salidas analógicas o binarias, controladoras, válvulas… |
DP sólo requiere aproximadamente 1 ms a 12 Mbit/s para la transmisión de 512 bits de entrada y 512 bits de salida de datos distribuidos entre 32 estaciones.
La figura 9 muestra los tiempos de una transmisión DP típica, dependiendo del número de estaciones y la velocidad de transmisión. Cuando se usa DP, los datos de entrada y salida se transmiten en un único ciclo de mensaje. Con DP, los datos de usuario se transmiten usando los Servicios SRD (Send and Receive Data Service, servicio de envío y recepción de datos) de la capa 2.
Las exhaustivas funciones de diagnóstico de DP posibilita la rápida localización de fallos. Los mensajes de diagnóstico son transmitidos sobre el bus y recogidos en el maestro. Esos mensajes se dividen en tres niveles:
Mensajes en la preparación general para el servicio de una estación, tales como “Sobrecalentamiento”, “Baja tensión” o “Interfaz no definida”.
Estos mensajes indican si un diagnóstico está pendiente dentro de un subdominio I/O específico de una estación (por ejemplo un módulo de 8-bits de salida).
Estos mensajes indican la causa de fallo relacionada a un bit concreto de entrada/salida (canal) tales como “Cortocircuito a la salida”.
DP soporta implementación de sistemas tanto de un único maestro como múltiples maestros. Esto aporta un alto grado de flexibilidad durante la configuración del sistema. Un máximo de 126 dispositivos (maestros o esclavos) pueden conectarse al bus. Las especificaciones para la configuración del sistema definen lo siguiente:
Cada sistema DP está compuesto por 3 tipos diferentes de dispositivos.
Es el controlador central que intercambia información cíclicamente con las estaciones distribuidas (esclavos) al ciclo de mensajes especificado. Normalmente, los dispositivos DPM1 son controladores lógicos programables (PLCs) o PCs. Un DPM1 tiene acceso activo al bus mediante el cual puede leer datos de medida (inputs) de los dispositivos de campo y escribir valores de referencia (salidas) a los actuadores en tiempos fijados. Este ciclo repetido continuamente es la base de la función de automatización.
Este tipo de dispositivos son de ingeniería, configuración o de operación. Estos se implementan durante la puesta en marcha y para mantenimiento y diagnóstico con el fin de configurar los dispositivos conectados, evaluar los valores y parámetros medidos y solicitar el estado del dispositivo.
Un esclavo es un periférico (dispositivos I/O, controladoras, HMIs, válvulas, transductores, dispositivos de análisis), el cual lee información del proceso y/o usa información de salida para intervenir en dicho proceso. Hay también dispositivos que únicamente procesan información entrante o información saliente. En el ámbito de comunicación, los esclavos son dispositivos pasivos que sólo responden a peticiones directas. Este comportamiento es simple y de implementación económica (en el caso de DP-v0 está ya implementado completamente en el hardware).
En el caso de sistemas de un único maestro, solamente un maestro está activo en el bus durante la operación del sistema de bus. La figura 10 muestra la configuración del sistema de un sistema con un solo maestro. El PLC es el componente central de control. El esclavo está acoplado de forma descentralizada al PLC a través del medio de transmisión. Esta configuración del sistema habilita el menor tiempo de ciclo en el bus.
En la operación con múltiples maestros, varios maestros están conectados a un único bus. Estos representan o subsistemas independientes, que comprende un DPM1 y sus esclavos asignados, o una configuración adicional y dispositivos de diagnóstico. Las imágenes de las entradas y salidas de los esclavos pueden leerse por todos los maestros DP, mientras que solamente un maestro DP (el DPM1 asignado en la configuración) puede escribir en las salidas.
Para asegurar un alto grado de intercambiabilidad entre dispositivos del mismo tipo, el comportamiento del sistema de DP también ha sido estandarizado. Este comportamiento está determinado principalmente por el estado de operación del DPM1.
Esto puede controlarse localmente o a través del bus usando la configuración del dispositivo. Existen tres estados principales:
No hay comunicación de datos entre el DPM1 y los esclavos.
El DPM1 lee la información de entrada de los esclavos y mantiene las salidas en un estado a prueba de fallos (salida a “0”).
El DPM1 se encuentra en la fase de transferencia de datos. En la comunicación de datos cíclica, las entradas se leen de los esclavos y la información de salida se escribe en los esclavos.
El DPM1 envía cíclicamente su estado a todos sus esclavos asignados en intervalos configurables usando un comando de multidifusión.
La reacción del sistema ante una falla durante la fase de transmisión de datos del DPM1, por ejemplo un fallo en esclavo, está determinado por el parámetro de configuración “auto clear” (entrada automática en el estado seguro).
Si este parámetro está puesto en Verdadero, el DPM1 cambia las salidas de todos los esclavos asignados a un estado a prueba de fallos el momento en el que un esclavo no es está disponible para la trasmisión de datos de usuario. El DPM1 cambia después al estado seguro.
Si este parámetro está puesto en Falso, el DPM1 mantiene su estado de operación incluso en un evento de fallo y el usuario puede controlar la reacción del sistema.
La comunicación de datos entre el DPM1 y sus esclavos asignados está controlada de forma automática por el DPM1 en una secuencia recurrente definida (ver figura 11). El usuario define las asignaciones de los esclavo(s) al DPM1 cuando configura el bus. El usuario también define qué esclavos están incluidos o excluidos en ciclo de comunicación de usuario.
La comunicación de datos entre el DPM1 y los esclavos está divido en tres fases: parametrización, configuración y transferencia de datos. Antes de que el maestro incluya un DP esclavo en la fase de transferencia datos, se inicia una comprobación durante la fase de parametrización y configuración para asegurar que los valores configurados corresponden con la configuración actual del dispositivo. Durante esta prueba, el tipo de dispositivo, formato y longitud de la información y el número de entradas y salidas deben también corresponder. Esto proporciona al usuario una protección fiable frente a errores de parametrización. Además, a la transferencia de datos de usuario, la cual es automáticamente ejecutada por el DPM1, el usuario puede también requerir que la nueva parametrización se envíe a los esclavos.
Además, a la comunicación de datos de usuario relacionada a la estación, la cual está manejada de forma automática por el DPM1, el maestro puede también enviar comandos de control a todos los esclavos o a grupos de esclavos de manera simultánea. Estos comandos de control se transmiten como comandos de multidifusión y habilitan los modos de sincronización y congelación para la sincronización controlada por eventos de los esclavos.
Los esclavos entran en el modo de sincronización cuando reciben un comando de sincronización desde los maestros asignados. Las salidas de todos los esclavos direccionados se congelan en su estado actual. Durante la subsiguiente transmisión de datos de usuario, la salida de datos se almacena en el esclavo mientras los estados de las salidas se mantienen constantes. Las salidas almacenadas no son enviadas a los puertos de salida hasta que el siguiente comando de sincronización se reciba. El modo de sincronización termina con un comando de desincronización.
De la misma forma, un comando de congelación fuerza la entrada en el modo de congelación a los esclavos direccionados. En este modo, se congela el estado de las entradas en el valor actual. La entrada de datos no se actualiza hasta que el maestro envía el siguiente comando de congelación. El modo de congelación termina con el comando de “descongelación”.
Por razones de seguridad, es necesario asegurar que DP tiene protecciones efectivas contra la incorrecta parametrización o fallo en los equipos de transmisión. Para este propósito el maestro DP y los esclavos se equipan con mecanismos de monitorización en la forma de monitores de tiempo. El intervalo de monitorización queda definido durante la configuración.
El DPM1 usa un “Data_Control_Timer” (temportizador de control de datos) para monitorizar la comunicación de los eslavos. Un temporizador independiente se emplea para cada esclavo. El monitor de tiempo se activa si no se ejecuta una transferencia de datos de usuario correctamente dentro del intervalo de monitorización. En este caso, el usuario queda notificado. Si el control automático de errores (Auto_Clear = 1) está activado, el DPM1 sale del estado de operación, cambia las salidas de los esclavos asignados al estado a prueba de errores y pasa al modo seguro.
El esclavo emplea el control por wacthdog (perro guardián) para detectar errores en el maestro o en la transmisión. Si no existe comunicación entre el maestro dentro del intervalo de control del watchdog, el esclavo cambia sus salidas al estado a prueba de fallos de manera automática.
Además, se requiere protección de acceso para las salidas de los esclavos cuando se opera en sistemas de múltiples maestros. Esto asegura que sólo el maestro autorizado tiene acceso directo. Para todos los demás maestros, los eslavos proporcionan una imagen de sus entradas que puede leerse sin los permisos de acceso.
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