Profibus - Profibus

Электрический разъем Profibus

PROFIBUS (Process Field Bus) является стандартом для fieldbus общение в автоматизация технологии и впервые была продвинута в 1989 году BMBF (Департамент образования и исследований Германии), а затем использовался Сименс. Не следует путать с PROFINET стандарт для Промышленный Ethernet.PROFIBUS открыто публикуется как часть стандарта IEC 61158.

Источник

История PROFIBUS восходит к публично разрекламированному плану ассоциации, которая началась в Германии в 1986 году и для которой 21 компания и институт разработали генеральный план проекта под названием "fieldbus ". Целью было внедрение и распространение использования бит-последовательный полевой шины на основе основных требований интерфейсов полевых устройств. С этой целью компании-участницы согласились поддерживать общую техническую концепцию производства (т.е. дискретное или заводское автоматизация ) и автоматизация 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) используются для управления датчиками и исполнительными механизмами через централизованный контроллер в производственных (заводских) приложениях автоматизации. Здесь, в частности, сосредоточены многие стандартные возможности диагностики.
• PROFIBUS PA (Автоматизация процессов) используется для мониторинга измерительного оборудования через систему управления процессами в приложениях автоматизации процессов. Этот вариант разработан для использования во взрывоопасных зонах (Ex-зона 0 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 создавались взрывоопасные условия, даже если произойдет сбой. 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 подключен к сети 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.

Технологии

Уровень приложений (OSI-Layer 7)

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 изохронный режим трансляции и обмена данными (раб связь с рабом)

Уровень безопасности (OSI-Layer 2)

Уровень безопасности FDL (Канал передачи данных по полевой шине) работает с гибридным методом доступа, который объединяет передача токена с методом ведущий-ведомый. В сети PROFIBUS DP контроллеры или системы управления процессами являются ведущими, а датчики и исполнительные механизмы - ведомыми.

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

Используются различные типы телеграмм. Их можно отличить по их началу разделитель (SD):

Нет данных

SD1 = 0x10

Данные переменной длины

SD2 = 0x68

Данные фиксированной длины

SD3 = 0xA2

Токен

SD4 = 0xDC

Поля

Точки доступа к сервису

Уровень битовой передачи (OSI-Layer 1)

Для уровня передачи битов определены три различных метода:

• С электрической передачей в соответствии с EIA-485, витая пара кабели с сопротивление из 150 Ом используются в топология шины. Битрейт от 9,6 кбит / с до 12 Мбит / с. Длина кабеля между двумя повторители ограничено от 100 до 1200 м, в зависимости от используемой скорости передачи данных. Этот метод передачи в основном используется с PROFIBUS DP.
• С оптической передачей через волоконная оптика, звезда-, автобус и кольцевые топологии используются. Расстояние между репитерами может составлять до 15 км. Кольцевая топология также может быть выполнена с резервированием.
• Благодаря 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 возможно использование во взрывоопасных средах. Топология шины может иметь длину до 1900 м и допускает разветвление для полевых устройств (макс. Ответвления 60 м). 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 можно выбрать конкретную 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 для достижения 126). Концентратор или повторитель также считаются устройством.

PROFIBUS PA работает с фиксированной скоростью 31,25 кбит / с по двухжильному экранированному кабелю с синей оболочкой. 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

Профили - это предварительно определенные конфигурации функций и возможностей, доступные 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 подобное оборудование от разных поставщиков работает стандартизированным образом. Выбор пользователя также стимулирует конкуренцию, которая подталкивает поставщиков к повышению производительности и снижению затрат.

Существуют профили PROFIBUS для энкодеров, лабораторных приборов, Интеллектуальные насосы, Роботы и машины с числовым программным управлением, например. 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

В PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (Организация пользователей PROFIBUS или PNO) была создана в 1989 году. 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.

Смотрите также

• Fieldbus
• Список протоколов автоматизации

Рекомендации

• 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

внешняя ссылка

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