Profibus

 

Vznik	1989
Vývoj	SIEMENS
Založen na	sériové komunikaci RS-485
Použití v PLC	Siemens, Wago

Profibus je široce používaný komunikační protokol v průmyslové automatizaci. Byl vyvinut v  80 letech minulého století skupinou německých firem v čele se Siemens. Název "Profibus" znamená "Process Field Bus" a odráží jeho původní účel poskytnout standardizovaný způsob, jak připojit senzory a další polní zařízení k programovatelným logickým řízením (PLC) a dalším řídicím systémům.

Profibus je sériový komunikační protokol, který používá architekturu master-slave. Master zařízení odesílá příkazy a požadavky slave zařízením, které odpovídají daty nebo stavovými informacemi. Profibus podporuje jak cyklickou, tak acyklickou výměnu dat, což umožňuje řízení a monitorování průmyslových procesů v reálném čase.

V průběhu let se Profibus vyvinul do několika různých variant, včetně Profibus DP (Decentralized Peripherals), Profibus PA (Process Automation) a Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Profibus DP je nejvíce používanou variantou a je navržen pro vysokorychlostní výměnu dat mezi PLC a periferiemi. Profibus PA (Process Automation) je varianta komunikačního protokolu Profibus, která je speciálně navržena pro aplikace v oblasti automatizace procesů. Používá se k propojení polních zařízení, jako jsou senzory, aktuátory a převaděče, s řídícím systémem v průmyslových odvětvích, jako jsou ropné a plynové, chemické a farmaceutické průmysly. Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) je schopen podporovat složité datové struktury a typy zpráv, což ho činí vhodným pro aplikace vyžadující pokročilé řízení a monitorovací schopnosti. Podporuje také komunikaci v reálném čase, což umožňuje rychlé reakční časy a vysokou přesnost v řídicích aplikacích.

Dnes se Profibus používá v široké škále průmyslových aplikací, včetně výroby, procesního řízení a automatizace budov. Je známý pro svou spolehlivost, flexibilitu a snadné použití a je podporován velkým ekosystémem dodavatelů a uživatelů po celém světě.

Historie PROFIBUS sahá až k veřejně propagovanému plánu sdružení, které začalo v Německu v roce 1986 a pro které 21 společností a institutů navrhlo hlavní projektový plán nazvaný „fieldbus“. Cílem bylo implementovat a rozšířit použití bitové sériové sběrnice na základě základních požadavků na rozhraní průmyslových zařízení. Za tímto účelem se 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 uzpůsoben pro náročné komunikační úlohy. Následně v roce 1993 byla dokončena specifikace pro jednodušší a tím i podstatně rychlejší protokol PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals). Profibus FMS se používá pro (nedeterministickou) komunikaci dat mezi zařízeními Profibus Master. Profibus DP je protokol vytvořený pro (deterministickou) komunikaci mezi Profibus master a jejich vzdálenými I/O.

Technologie

Profibus využívá tři vrstvi modelu ISO/OSI

 

 

 

 

Aplikační vrstva (OSI-layer)

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 režim a vysílání výměny dat (komunikace slave - slave)

Linková vrstva

Služby a protokoly vrstvy datového spoje FDL (Field bus Data Link) pracují s metodou hybridního přístupu, která kombinuje předávání tokenů s metodou master/slave. V síti PROFIBUS DP jsou řídicí jednotky nebo systémy řízení procesů (master) a snímače a jiné periferie vystupují jako slave.

Každý byte má sudou paritu a je přenášen asynchronně se start a stop bitem. Při přenosu telegram bytů nemusí být mezi stop bitem a následujícím počátečním bitem pauza. Master signalizuje začátek nového telegramu se SYN pauzou minimálně 33 bitů (logická "1" = sběrnice je nečinná). Používají se různé typy telegramů. Mohou být odlišeny jejich počátečním oddělovačem.

Fyzická vrstva

Pro fyzickou vrstvu jsou specifikovány tři různé metody:

Při přenosu pomocí RS-485 se v topologii sběrnice používají kroucené páry kabelů s impedancemi 150 ohmů. Lze použít přenosové rychlosti od 9,6 kbit/s až do 12 Mbit/s. Délka kabelu mezi dvěma opakovači je omezena od 100 do 1200 m v závislosti na použité přenosové rychlosti. Tento způsob přenosu se primárně používá u PROFIBUS DP.

Při přenosu po optickém vlákně se používají hvězdicové, sběrnicové nebo kruhové topologie. Vzdálenost mezi opakovači může být až 15 km. Kruhová topologie může být také v redundantním provedení.

Poslední možností přenosu je technologie MBP (Manchester Bus Powered). V tomto případě komunikační kabel zajišťuje kromě přenosu dat i napájení připojených periferii. Tato technologií lze vhodnou volbou výkonu využít i v prostředí s nebezpečím výbuchu. Sběrnicová topologie může být dlouhá až 1900 m a umožňuje odbočení (odbočka max. 60 m). Přenosová rychlost je zde pevných 31,25 kbit/s. Tato technologie byla speciálně vytvořena pro použití v automatizaci procesů pro PROFIBUS PA.

PROFIBUS DP používá dvoužilový stíněný kabel s fialovým pláštěm a umožňuje rychlosti od 9,6 kbit/s do 12 Mbit/s. Symetrický přenos RS485 používaný v PROFIBUS DP umožňuje připojení pouze 31 zařízení najednou. Tento limit lze však překročit za použití opakovačů a rozbočovačů. Využít lze až 4 opakovače tzn. celkem lze v síti propojí až 126 zařízení.

 

 

PROFIBUS PA využívá pevnou rychlost 31,25 kbit/s prostřednictvím modrého dvoužilového stíněného kabelu. Formáty zpráv v PROFIBUS PA jsou shodné s PROFIBUS DP. 

Profily

Profily jsou předdefinované konfigurace funkcí a vlastností dostupných sběrnicí PROFIBUS pro použití ve specifických zařízeních nebo aplikacích. Jsou specifikovány pracovními skupinami PI a také jimi publikovány. Profily jsou důležité pro otevřenost, interoperabilitu a zaměnitelnost, aby si koncový uživatel mohl být jistý, že podobná zařízení od různých výrobců fungují standardizovaným způsobem.

Existují například PROFIBUS profily pro enkodéry, laboratorní přístroje, inteligentní čerpadla, roboty a číslicově řízené stroje. Další profily jsou pro aplikace, jako je použití HART a bezdrátové připojení s PROFIBUS a zařízení pro automatizaci procesů přes PROFIBUS PA,  dále pak profily pro řízení pohybu (PROFIdrive) a funkční bezpečnost (PROFIsafe).

Produkty pro Probus z našeho portfolia

Anybus X-gateways for Profibus.pngAnybus X-brány umožňují připojení vašeho zařízení PROFIBUS Master/Slave a sítě k mnoha dalším fieldbus nebo průmyslovým Ethernetovým sítím.

Anybus Communicator for Profibus.pngAnybus Communicator je samostatný konvertor protokolu, který vám umožňuje připojit vaše zařízení k síti PROFIBUS.

Anybus IT_OT Gateway for Profibus.pngAnybus PROFIBUS to .NET umožňuje prezentovat data z výrobního prostředí z PROFIBUSu do aplikací .NET.

Master Simulator přeměňuje váš počítač na Profibus mastera - pro nastavení Profibus slave zařízení v síti, stejně jako během testů finální kontroly.

Anybus CompactCom – Integrujte konektivitu sítě PROFIBUS do vašich průmyslových zařízení.
Moderní řada CompactCom 40 je založena na oceněném síťovém procesoru Anybus NP40. Je vhodná jak pro obecné účely, tak i pro náročné aplikace v síti PROFIBUS.