Profibus

Электрический разъем Profibus

PROFIBUS (Process Field Bus) - это стандарт для связи по полевой шине в технологии автоматизации, который впервые был продвинут в 1989 году BMBF (Немецкий департамент образования и исследований), а затем использовался компанией Siemens . Его не следует путать со стандартом PROFINET для Industrial Ethernet . PROFIBUS открыто публикуется как часть IEC 61158.

Происхождение [ править ]

История PROFIBUS восходит к публично продвигаемому плану ассоциации, которая началась в Германии в 1986 году и для которой 21 компания и институт разработали генеральный план проекта под названием « fieldbus ». Цель состояла в том, чтобы внедрить и распространить использование полевой шины с последовательным битом на основе основных требований интерфейсов полевых устройств. С этой целью компании-члены согласились поддерживать общую техническую концепцию производства (например, дискретная или производственная автоматизация ) и автоматизации процессов.. Во-первых, был определен сложный протокол связи Profibus FMS (спецификация сообщений полевой шины), который был адаптирован для сложных коммуникационных задач. Впоследствии, в 1993 году, была завершена спецификация более простого и, следовательно, значительно более быстрого протокола PROFIBUS DP (децентрализованные периферийные устройства). Profibus FMS используется для (недетерминированной) передачи данных между ведущими устройствами Profibus. Profibus DP - это протокол, предназначенный для (детерминированной) связи между ведущими устройствами Profibus и их удаленными ведомыми устройствами ввода / вывода.

Сегодня используются два варианта PROFIBUS; наиболее часто используемый PROFIBUS DP и реже используемый, зависящий от приложения, PROFIBUS PA:

• PROFIBUS DP (децентрализованные периферийные устройства) используется для управления датчиками и исполнительными механизмами через централизованный контроллер в приложениях производственной (заводской) автоматизации. Здесь, в частности, сосредоточены многие стандартные диагностические опции.
• PROFIBUS PA (Process Automation) используется для мониторинга измерительного оборудования через систему управления технологическим процессом в приложениях автоматизации процессов. Этот вариант разработан для использования во взрывоопасных / взрывоопасных зонах ( Ex-зона0 и 1). Физический уровень (т. Е. Кабель) соответствует стандарту IEC 61158-2, который позволяет передавать питание по шине на полевые приборы, ограничивая при этом токи, чтобы не создавать взрывоопасных условий, даже если возникает неисправность. Количество устройств, подключенных к сегменту PA, ограничено этой функцией. PA имеет скорость передачи данных 31,25 кбит / с. Однако PA использует тот же протокол, что и DP, и может быть связан с сетью DP с помощью устройства сопряжения. Гораздо более быстрый DP действует как магистральная сеть для передачи сигналов процесса на контроллер. Это означает, что DP и PA могут работать вместе, особенно в гибридных приложениях, где сети автоматизации процессов и фабрики работают бок о бок.

К концу 2009 года было установлено более 30 миллионов узлов PROFIBUS. 5 миллионов из них находятся в обрабатывающей промышленности.

Технология [ править ]

Уровень приложений (OSI-Layer 7) [ править ]

Для использования этих функций были определены различные уровни обслуживания протокола DP:

• DP-V0 для циклического обмена данными и диагностики
• DP-V1 для ациклического обмена данными и обработки аварийных сигналов
• DP-V2 для изохронного режима обмена данных и трансляций ( ведомые -в-ведомых связи)

Уровень безопасности (OSI-Layer 2) [ править ]

Уровень безопасности FDL (канал передачи данных полевой шины) работает с гибридным методом доступа, который сочетает передачу токена с методом ведущий-ведомый. В сети PROFIBUS DP контроллеры или системы управления технологическим процессом являются ведущими, а датчики и исполнительные механизмы - ведомыми.

Каждый байт защищен четностью и передается асинхронно с помощью стартового и стопового бита. При передаче байтов телеграммы паузы между стоповым битом и следующим стартовым битом может не быть. Мастер сигнализирует о начале новой телеграммы с паузой SYN не менее 33 бит (логическая «1» = шина свободна).

Используются различные типы телеграмм. Их можно отличить по начальному ограничителю (SD):

Нет данных [ редактировать ]

SD1 = 0x10

Данные переменной длины [ править ]

SD2 = 0x68

Данные фиксированной длины [ править ]

SD3 = 0xA2

Жетон [ править ]

SD4 = 0xDC

Поля [ править ]

Точки доступа к услугам [ править ]

Уровень передачи битов (OSI-Layer 1) [ править ]

Для уровня передачи битов определены три различных метода:

• С электрической передачи в соответствии с EIA-485 , витая пара кабелей с импедансом 150 Ом используются в топологии шины . Могут использоваться скорости передачи от 9,6 кбит / с до 12 Мбит / с. Длина кабеля между двумя репитерами ограничена от 100 до 1200 м, в зависимости от используемой скорости передачи данных. Этот метод передачи в основном используется с PROFIBUS DP.
• С оптической передачи по волоконной оптике , звездообразной , Шинные и кольцевых топологий используются. Расстояние между ретрансляторами может составлять до 15 км. Кольцевая топология также может быть выполнена с резервированием.
• При использовании технологии передачи MBP (Manchester Bus Powered) данные и питание полевой шины подаются по одному и тому же кабелю. Мощность может быть уменьшена таким образом, что становится возможным использование во взрывоопасных средах. Топология шины может иметь длину до 1900 м и допускает разветвление для полевых устройств (максимум 60 м ответвлений). Скорость передачи здесь составляет 31,25 кбит / с. Эта технология была специально разработана для использования в автоматизации процессов для PROFIBUS PA.

Для передачи данных через скользящие контакты для мобильных устройств или оптической или радиопередачи данных на открытом пространстве могут быть получены продукты различных производителей, однако они не соответствуют ни одному стандарту.

PROFIBUS DP использует двухжильный экранированный кабель с фиолетовой оболочкой и работает со скоростью от 9,6 кбит / с до 12 Мбит / с. Для сети может быть выбрана конкретная скорость, чтобы дать достаточно времени для связи со всеми устройствами, присутствующими в сети. Если системы меняются медленно, то приемлемой является более низкая скорость связи, а если системы меняются быстро, эффективная связь будет происходить за счет более высокой скорости. Сбалансированная передача RS485, используемая в PROFIBUS DP, позволяет одновременно подключать только 31 устройство; однако можно подключить больше устройств (до 126) или расширить сеть с помощью концентраторов или повторителей (4 концентратора или повторителей, чтобы достичь 126). Концентратор или повторитель также считаются устройством.

PROFIBUS PA работает с фиксированной скоростью 31,25 кбит / с по двухжильному экранированному кабелю в синей оболочке. Связь может быть инициирована для минимизации риска взрыва или для систем, которые по своей сути нуждаются в безопасном оборудовании. Форматы сообщений в PROFIBUS PA идентичны PROFIBUS DP.

Примечание: PROFIBUS DP и PROFIBUS PA не следует путать с PROFINET .

Профили [ править ]

Профили - это предварительно определенные конфигурации функций и возможностей, доступных в PROFIBUS для использования в определенных устройствах или приложениях. Они определяются рабочими группами PI и публикуются PI. Профили важны для открытости, взаимодействия и взаимозаменяемости, так что конечный пользователь может быть уверен, что аналогичное оборудование от разных поставщиков работает стандартизированным образом. Выбор пользователя также стимулирует конкуренцию, которая подталкивает поставщиков к повышению производительности и снижению затрат.

Существуют профили PROFIBUS, например, для энкодеров, лабораторных приборов, интеллектуальных насосов , роботов и машин с числовым программным управлением. Профили также существуют для таких приложений, как использование HART и беспроводной связи с PROFIBUS, а также для устройств автоматизации процессов через PROFIBUS PA. Другие профили указаны для управления движением (PROFIdrive) и функциональной безопасности ( PROFIsafe ).

Организация [ править ]

PROFIBUS Nutzerorganisation эВ (Организация PROFIBUS пользователя или ПНО) была создана в 1989 г. Эта группа состояла в основном из производителей и пользователей из Европы. В 1992 году была основана первая региональная организация PROFIBUS (PROFIBUS Schweiz в Швейцарии). В последующие годы были добавлены дополнительные региональные ассоциации PROFIBUS и PROFINET (RPA).

В 1995 году все RPA объединились в международную зонтичную ассоциацию PROFIBUS & PROFINET International (PI). Сегодня PROFIBUS представлен 25 RPA по всему миру (включая PNO) с более чем 1400 участниками, включая большинство, если не всех крупных поставщиков средств автоматизации и поставщиков услуг, а также множество конечных пользователей.

См. Также [ править ]

• Fieldbus
• Список протоколов автоматизации

Ссылки [ править ]

• Технология и применение PROFIBUS - Описание системы
• Дж. Вейгманн, Г. Килиан: Децентрализация с помощью PROFIBUS DP / DPV1 , ISBN  978-3-89578-218-3
• М. Фельзер: Руководство по PROFIBUS, сборник информации, объясняющий сети PROFIBUS, собранный профессором Максом Фельзером , ISBN 978-3-8442-1435-2 
• Р. Митчелл: PROFIBUS: Карманный справочник, ISBN 978-1556178627 
• Дж. Пауэл, Х. Ванделин: Улавливание процесса Fieldbus: Введение в Profibus для автоматизации процессов, ISBN 978-1606503966 
• Дж. Сю: PROFIBUS на практике: установка устройств и кабелей PROFIBUS, ISBN 978-1481245210 
• Дж. Сю: PROFIBUS на практике: системная инженерия, устранение неисправностей и обслуживание, ISBN 978-1493614684 
• Дж. Сю: PROFIBUS на практике: системная архитектура и дизайн, ISBN 978-1507633045 

Внешние ссылки [ править ]

• PROFIBUS и PROFINET International
• Руководство по PROFIBUS от профессора Макса Фельзера - онлайн-версия