Profibus - Profibus

Elektrický konektor Profibus

PROFIBUS (Process Field Bus) je standard pro sběrnice komunikace v automatizace a byla poprvé propagována v roce 1989 BMBF (Německé ministerstvo školství a výzkumu) a poté je používán Siemens. To by nemělo být zaměňováno s PROFINET standard pro Průmyslový Ethernet.PROFIBUS je otevřeně publikován jako součást IEC 61158.

Původ

Historie PROFIBUSu sahá k veřejně propagovanému plánu sdružení, které začalo v Německu v roce 1986 a pro které 21 společností a ústavů vypracovalo hlavní projektový plán s názvem "sběrnice Cílem bylo implementovat a rozšířit používání a bitové sériové číslo polní sběrnice na základě základních požadavků na rozhraní polních zařízení. Za tímto účelem se členské společnosti dohodly na podpoře společné technické koncepce výroby (tj. Diskrétní nebo tovární) automatizace ) a automatizace procesů. Nejprve byl specifikován komplexní komunikační protokol Profibus FMS (Field Bus Message Specification), který byl šitý na míru náročným komunikačním úkolům. Následně byla v roce 1993 dokončena specifikace pro jednodušší a tím podstatně rychlejší protokol PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals). Profibus FMS se používá pro (nedeterministickou) komunikaci dat mezi Profibus Masters. Profibus DP je protokol vytvořený pro (deterministickou) komunikaci mezi mastery Profibus a jejich vzdálenými I / O slave.

Dnes se používají dvě varianty PROFIBUSU; nejčastěji používaný PROFIBUS DP a méně používaný, pro konkrétní aplikaci, PROFIBUS PA:

• PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) se používá k ovládání senzorů a akčních členů prostřednictvím centralizovaného ovladače v aplikacích automatizace výroby (továrny). Zde se zaměřujeme zejména na mnoho standardních diagnostických možností.
• PROFIBUS PA (Process Automation) se používá k monitorování měřicího zařízení prostřednictvím systému řízení procesů v aplikacích automatizace procesů. Tato varianta je určena pro použití v oblastech s nebezpečím výbuchu / nebezpečných prostor (Ex-zóna 0 a 1). Fyzická vrstva (tj. Kabel) vyhovuje normě IEC 61158-2, která umožňuje dodávat energii přes sběrnici do polních přístrojů, přičemž omezuje toky proudu tak, aby nedocházelo k vytváření výbušných podmínek, i když dojde k poruše. Počet zařízení připojených k segmentu PA je touto funkcí omezen. PA má rychlost přenosu dat 31,25 kbit / s. PA však používá stejný protokol jako DP a může být propojen se sítí DP pomocí vazebního zařízení. Mnohem rychlejší DP funguje jako páteřní síť pro přenos procesních signálů do řídicí jednotky. To znamená, že DP a PA mohou úzce spolupracovat, zejména v hybridních aplikacích, kde vedle sebe fungují sítě automatizace procesů a továren.

Do konce roku 2009 bylo nainstalováno více než 30 milionů uzlů PROFIBUS. 5 milionů z nich je ve zpracovatelském průmyslu.

Technologie

Aplikační vrstva (OSI-vrstva 7)

Pro použití těchto funkcí byly definovány různé úrovně služeb protokolu DP:

• DP-V0 pro cyklickou výměnu dat a diagnostiku
• DP-V1 pro acyklickou výměnu dat a zpracování alarmů
• DP-V2 pro izochronní vysílání a režim výměny dat (otrok -to-slave komunikace)

Bezpečnostní vrstva (OSI-vrstva 2)

Bezpečnostní vrstva FDL (Field bus Data Link) pracuje s hybridní přístupovou metodou, která kombinuje předávání žetonů metodou master-slave. V síti PROFIBUS DP jsou řídicí systémy nebo systémy řízení procesů řídicími jednotkami a snímače a akční členy jsou podřízenými jednotkami.

Každý bajt je zabezpečen rovnoměrnou paritou a asynchronně se přenáší startovacím a stop bitem. Mezi stop bitem a následujícím startovacím bitem nemusí být pauza, když jsou přeneseny bajty telegramu. Master signalizuje začátek nového telegramu s SYN pauzou nejméně 33 bitů (logické "1" = nečinnost sběrnice).

Používají se různé typy telegramů. Mohou být rozlišeny podle jejich začátku oddělovač (SD):

Žádná data

SD1 = 0x10

Data s proměnnou délkou

SD2 = 0x68

Data s pevnou délkou

SD3 = 0xA2

Žeton

SD4 = 0xDC

Pole

Servisní přístupové body

Bitová přenosová vrstva (OSI-vrstva 1)

Pro vrstvu bitového přenosu jsou specifikovány tři různé metody:

• S elektrickým přenosem podle EIA-485, kroucená dvojlinka kabely s impedance 150 ohm se používají v a topologie sběrnice. Přenosové rychlosti lze použít od 9,6 kbit / s do 12 Mbit / s. Délka kabelu mezi dvěma opakovače je omezen od 100 do 1 200 mv závislosti na použité bitové rychlosti. Tato metoda přenosu se primárně používá u PROFIBUS DP.
• S optickým přenosem přes optická vlákna, hvězda-, autobus- a kruhové topologie Jsou používány. Vzdálenost mezi opakovači může být až 15 km. Kruhovou topologii lze také provádět redundantně.
• S přenosovou technologií MBP (Manchester Bus Powered) jsou data a napájení polní sběrnice napájeny stejným kabelem. Výkon lze snížit takovým způsobem, že je možné použití v prostředích s nebezpečím výbuchu. Topologie sběrnice může být až 1 900 m dlouhá a umožňuje větvení na polní zařízení (větve max. 60 m). Přenosová rychlost je zde pevná 31,25 kbit / s. Tato technologie byla speciálně vyvinuta pro použití v automatizaci procesů pro PROFIBUS PA.

Pro přenos dat pomocí posuvných kontaktů pro mobilní zařízení nebo pro optický nebo rádiový přenos dat na volném prostranství lze získat výrobky od různých výrobců, avšak neodpovídají žádné normě.

PROFIBUS DP používá dvoužilový stíněný kabel s fialovým pláštěm a běží rychlostí mezi 9,6 kbit / s a ​​12 Mbit / s. Pro síť lze zvolit konkrétní rychlost, která poskytne dostatek času na komunikaci se všemi zařízeními v síti. Pokud se systémy mění pomalu, pak je vhodná nižší komunikační rychlost a pokud se systémy rychle mění, bude efektivní komunikace probíhat vyšší rychlostí. Vyvážený přenos RS485 používaný v PROFIBUS DP umožňuje připojení pouze 31 zařízení najednou; lze však připojit více zařízení (až 126) nebo síť rozšířit pomocí rozbočovačů nebo opakovačů (4 rozbočovače nebo opakovače k ​​dosažení 126). Hub nebo opakovač se také počítá jako zařízení.

PROFIBUS PA běží pevnou rychlostí 31,25 kbit / s prostřednictvím dvoužilového stíněného kabelu s modrým pláštěm. Komunikace může být zahájena, aby se minimalizovalo riziko výbuchu, nebo pro systémy, které skutečně potřebují bezpečné vybavení. Formáty zpráv v PROFIBUS PA jsou totožné s PROFIBUS DP.

Poznámka: PROFIBUS DP a PROFIBUS PA by neměly být zaměňovány PROFINET.

Profily

Profily jsou předdefinované konfigurace funkcí a funkcí dostupných ze sítě PROFIBUS pro použití v konkrétních zařízeních nebo aplikacích. Jsou specifikovány pracovními skupinami PI a publikovány PI. Profily jsou důležité pro otevřenost, interoperabilitu a zaměnitelnost, aby si koncový uživatel mohl být jist, že podobná zařízení od různých prodejců fungují standardizovaným způsobem. Volba uživatelů také podporuje konkurenci, která vede dodavatele k vyššímu výkonu a nižším nákladům.

Existují profily PROFIBUS pro kodéry, laboratorní přístroje, Inteligentní čerpadla, Roboty a Numericky řízené stroje, například. Profily existují také pro aplikace, jako je používání HART a bezdrátové připojení s PROFIBUS, a zařízení pro automatizaci procesů přes PROFIBUS PA. Byly specifikovány další profily pro Motion Control (PROFIdrive) a funkční bezpečnost (PROFIsafe ).

Organizace

The PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (Organizace uživatelů PROFIBUS, neboli PNO) byla vytvořena v roce 1989. Tato skupina byla složena převážně z výrobců a uživatelů z Evropy. V roce 1992 byla založena první regionální organizace PROFIBUS (PROFIBUS Schweiz ve Švýcarsku). V následujících letech byla přidána další regionální sdružení PROFIBUS & PROFINET (RPA).

V roce 1995 se všechny RPA spojily pod mezinárodní zastřešující asociací PROFIBUS & PROFINET International (PI). Dnes je PROFIBUS zastoupen 25 RPA po celém světě (včetně PNO) s více než 1400 členy, včetně většiny, ne-li všech hlavních prodejců automatizace a dodavatelů služeb, spolu s mnoha koncovými uživateli.

Viz také

• Fieldbus
• Seznam automatizačních protokolů

Reference

• Technologie a aplikace PROFIBUS - popis systému
• J. Weigmann, G. Kilian: Decentralizace s PROFIBUS DP / DPV1, ISBN  978-3-89578-218-3
• M. Felser: Manuál PROFIBUS, soubor informací vysvětlujících sítě PROFIBUS sestavený Prof. Maxem Felserem, ISBN  978-3-8442-1435-2
• R. Mitchell: PROFIBUS: Kapesní průvodce, ISBN  978-1556178627
• J. Powel, H. Vandeline: Catching the Process Fieldbus: An Introduction to Profibus for Process Automation, ISBN  978-1606503966
• J. Xiu: PROFIBUS v praxi: instalace zařízení a kabelů PROFIBUS, ISBN  978-1481245210
• J. Xiu: PROFIBUS v praxi: Systémové inženýrství, odstraňování poruch a údržba, ISBN  978-1493614684
• J. Xiu: PROFIBUS v praxi: architektura a design systému, ISBN  978-1507633045

externí odkazy

• PROFIBUS & PROFINET International
• Manuál PROFIBUS od prof. Maxe Felsera - online verze