PROFIBUS

Umfassende Protokoll Übersicht

PROFIBUS: Einführung

PROFIBUS ist nicht ein kommunikation system, aber eine vielzahl von protokollen gebaut auf die gleiche feld-bus technologie bündel. Benutzer können verschiedene PROFIBUS-Protokolle mit ihrer eigenen Software und anderen Anforderungen kombinieren, was zu einem einzigartigen Anwendungsprofil führt. Mit vielen verfügbaren Profilen kann PROFIBUS spezifischen Anforderungen gerecht werden. Eines bleibt jedoch gleich. Durch gründliche Tests erfüllen PROFIBUS-Geräte einen hohen Qualitätsstandard, der einem hochwertigen Netzwerk entspricht.

Geschichte

PROFIBUS entstand aus einem gemeinsamen Vorstoß der Bundesregierung, deutscher Unternehmen und anderer Branchenführer in den späten 1980er Jahren. Ihre Bemühungen schufen eine Automatisierungslösung, die nicht nur heute noch rentabel ist, sondern auch zu weiteren Lösungen geführt hat. Das stolze Erbe von PROFIBUS ermöglicht es vielen europäischen Kunden, sich an die Automatisierung zu wenden, die auf ihre Bedürfnisse zugeschnitten ist.

Origin

1987 schlossen sich 21 Unternehmen und Institutionen in Deutschland zu einem neuen Protokoll zusammen. Ihr Ziel war es, ein bit-serielles Feldbussystem zu schaffen. Damit das System funktionsfähig war, mussten sie die Feldgeräteschnittstelle standardisieren. Die Gruppe, die den Namen Zentralverband der Elektroindustrie (ZVEI) angenommen hatte, vollendete ihr Ziel mit der Erstellung von PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification).

Dieses neue Protokoll erfüllt die Standardisierung der industriellen Automatisierung durch ein Protokoll, das komplexe Kommunikationen senden kann. Der ZVEI war aber noch nicht fertig. 1993 führte die Gruppe einen neuen Standard ein, PROFIBUS DP (Dezentrale Peripherie). Diese neue Version bot mehr Einfachheit, einschließlich einfacherer Konfiguration und schnellerer Nachrichtenübermittlung.

Der ZVEI betreut weiterhin die Elektronikindustrie in Deutschland. Ihre Arbeit zur Schaffung von PROFIBUS war von entscheidender Bedeutung.

Organisationen

PROFIBUS-Standards werden über ein Paar wichtiger Organisationen gepflegt und weiterentwickelt. 1989 gründeten PROFIBUS-Hersteller und -Anwender die PROFIBUS User Organization (PNO). Diese Gruppe war und ist ein nichtkommerzielles Unternehmen. Die Mitglieder arbeiten daran, PROFIBUS durch Support und Schulung voranzubringen, einschließlich der Veröffentlichung von Dokumenten, die Benutzern helfen, ihre Anforderungen mithilfe vorhandener Technologie zu erfüllen.

1995 wurde eine größere Gruppe mit dem Namen PROFIBUS International (PI) gegründet. Als größter Feldbus-Anwenderverband der Welt ist PI in der Lage, viele Aufgaben zu übernehmen, die für die Weiterentwicklung von PROFIBUS von entscheidender Bedeutung sind. Wie die PNO bildet PI die Benutzer über PROFIBUS aus und hilft, seine Platzierung auf der ganzen Welt voranzutreiben. Die Organisation geht jedoch noch weiter, indem sie bei der Qualitätssicherung hilft, Standards setzt und neue PROFIBUS-Technologien entwickelt.

Übersicht

PROFIBUS ist eine intelligente Feldbustechnologie. Geräte im System werden an eine zentrale Leitung angeschlossen. Einmal verbunden, können diese Geräte Informationen auf effiziente Weise kommunizieren, können jedoch über Automatisierungsnachrichten hinausgehen. PROFIBUS-Geräte können auch an der Eigendiagnose und Anschlussdiagnose teilnehmen. Auf der grundlegendsten Ebene profitiert PROFIBUS vom überlegenen Design seiner OSI-Schichten und der grundlegenden Topologie.

OSI—Modell

PROFIBUS-Netzwerke nutzen drei separate Schichten des OSI-Netzwerkmodells. Zunächst beschreibt PROFIBUS die Anwendungsschicht. Es gibt mehrere Versionen von PROFIBUS, die verschiedene Arten von Nachrichten auf der Anwendungsebene verarbeiten. Einige der Arten von Nachrichten, die PROFIBUS unterstützt, umfassen zyklischen und azyklischen Datenaustausch, Diagnose, Alarmierung und isochrone Nachrichtenübermittlung.

PROFIBUS definiert nicht die Schichten drei bis sechs. Es definiert jedoch die Datenverbindung und die physikalischen Schichten, die Schichten eins und zwei. Die Datenverbindungsschicht wird durch eine Feldbusdatenverbindung oder FDL vervollständigt. Das FDL-System kombiniert zwei gängige Schemata, die Master-Slave-Methodik und die Token-Weitergabe. In einem Master-Slave-Netzwerk senden Master, in der Regel Controller, Anfragen an Slaves, Sensoren und Aktoren. Die Sklaven reagieren entsprechend. PROFIBUS umfasst auch Token Passing, ein System, in dem ein „Token“ -Signal zwischen Knoten übergeben wird. Nur der Knoten mit dem Token kann kommunizieren. Das Token-Passing-Konzept ist wie die sprechende Muschel; Nur die Person mit der Muschel darf sprechen.

Schließlich definiert PROFIBUS eine physikalische Schicht, die jedoch Raum für Flexibilität lässt. PROFIBUS-Systeme können drei Arten von Medien haben. Das erste ist ein Standard-Twisted-Pair-Verdrahtungssystem, in diesem Fall RS485. Zwei fortschrittlichere Systeme sind ebenfalls verfügbar. PROFIBUS-Systeme können jetzt in Fällen, in denen dies angemessener ist, mit Glasfaserübertragung arbeiten. Ein sicherheitsverbessertes System namens Manchester Bus Power oder MBP ist auch in Situationen verfügbar, in denen die chemische Umgebung explosionsgefährdet ist.

Topologie

PROFIBUS verwendet die Bustopologie. In dieser Topologie ist eine zentrale Leitung oder ein Bus im gesamten System verdrahtet. An diesen zentralen Bus sind Geräte angeschlossen. Ein Bus macht eine Leitung in voller Länge von der zentralen Steuerung zu jedem einzelnen Gerät überflüssig.

Früher musste jedes PROFIBUS-Gerät direkt an den zentralen Bus angeschlossen werden. Der technologische Fortschritt hat jedoch ein neues „Zweidrahtsystem“ ermöglicht. In dieser Topologie kann der PROFIBUS-Zentralbus an ein ProfiNet-Ethernet-System angeschlossen werden. Auf diese Weise können mehrere PROFIBUS-Busse miteinander verbunden werden.

Arten von PROFIBUS

PROFIBUS hat eine Handvoll Revisionen durchlaufen. In einigen Fällen haben Fortschritte zu einem neuen PROFIBUS-Typ geführt. In anderen Fällen bedeuten neue Revisionen unterschiedliche Versionen desselben PROFIBUS-Typs. In jedem Fall kann das System aufgrund der Vielzahl der PROFIBUS-Lösungen an die unterschiedlichen Anforderungen verschiedener Branchen angepasst werden.

PROFIBUS FMS

Die erste Version von PROFIBUS war PROFIBUS FMS, Fieldbus Message Specification. PROFIBUS FMS wurde entwickelt, um zwischen programmierbaren Steuerungen und PCs zu kommunizieren und komplexe Informationen zwischen ihnen zu senden. Leider war die FMS-Technologie als anfängliche Anstrengung der PROFIBUS-Designer nicht so flexibel wie nötig. Dieses Protokoll war nicht für weniger komplexe Nachrichten oder die Kommunikation in einem breiteren, komplizierteren Netzwerk geeignet. Neue PROFIBUS-Typen würden diese Anforderungen erfüllen. PROFIBUS FMS wird heute noch verwendet, obwohl die überwiegende Mehrheit der Benutzer neuere Lösungen für angemessener hält.

PROFIBUS DP

Der zweite PROFIBUS-Typ ist universeller. Dieses neue Protokoll, das als PROFIBUS DP für dezentrale Peripherie bezeichnet wird, ist viel einfacher und schneller. PROFIBUS DP wird in der überwiegenden Mehrzahl der heute gebräuchlichen PROFIBUS-Anwendungsprofile eingesetzt. Anwendungsprofile ermöglichen es Benutzern, ihre Anforderungen an eine bestimmte Lösung zu kombinieren, und sie werden in Kürze ausführlicher besprochen.

PROFIBUS DP hat selbst drei verschiedene Versionen. Jede Version, von DP-V0 bis DP-V1 und DP-V2, bietet neuere, kompliziertere Funktionen.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA ist ein Protokoll für die Prozessautomatisierung. In Wirklichkeit ist PROFIBUS PA eine Art PROFIBUS DP-Anwendungsprofil. PROFIBUS PA standardisiert die Übertragung von Messdaten. Es hat jedoch eine sehr wichtige einzigartige Eigenschaft. PROFIBUS PA wurde speziell für den Einsatz in explosionsgefährdeten Umgebungen entwickelt.

In den meisten Umgebungen arbeitet PROFIBUS PA über RS485-Twisted-Pair-Medien. Dieses Medium unterstützt zusammen mit dem PA-Anwendungsprofil die Stromversorgung über den Bus. In explosionsgefährdeten Umgebungen kann diese Leistung jedoch zu Funken führen, die Explosionen auslösen. Dazu kann PROFIBUS PA mit Manchester Bus Powered Technology (MBP) eingesetzt werden.

MBP-Technologie

Das MBP-Medium wurde speziell für den Einsatz in PROFIBUS PA entwickelt. Es ermöglicht die Übertragung von Daten und Strom. Die Technologie senkt jedoch die Leistung. Eine kleinere Leistung reduziert oder eliminiert fast die Möglichkeit einer Explosion. Busse mit MBP können 1900 Meter erreichen und Filialen unterstützen. Anwendungsprofile

PROFIBUS kann mithilfe von Anwendungsprofilen auf spezifische Anforderungen zugeschnitten werden. Es gibt viele Profile, die Standards für Übertragungsmedien, Kommunikationsprotokolle (FMS, DP-V0 usw.) und einzigartige Protokolle kombinieren. Jedes Anwendungsprofil ist auf eine bestimmte Verwendung zugeschnitten, und regelmäßig erscheinen neue Profile. Sie alle aufzulisten wäre umständlich.

Einige Anwendungsprofile sind jedoch weit verbreitet. Zwei Beispiele sind PROFIsafe und PROFIdrive. PROFIsafe

PROFIsafe verwendet zusätzliche Software, um ein Netzwerk mit hoher Integrität zu erstellen. Dieses Netzwerk ist in Situationen nützlich, in denen eine hohe Sicherheit erforderlich ist. Damit Lieferanten und Hersteller in PROFIsafe zertifiziert werden können, müssen sie hohe Qualitätsstandards einhalten.

PROFIdrive

PROFIdrive wurde für Motion Control Anwendungen entwickelt. Software, die der PROFIBUS DP-Spezifikation hinzugefügt wurde, ermöglicht dem Netzwerk eine präzise Steuerung von Servomotoren und anderen Geräten. So kann PROFIdrive eine Synchronisation über das Netzwerk erreichen.

Qualitätssicherung

Die PROFIBUS-Anwenderorganisation hat ein Konformitätstestprogramm erstellt, um sicherzustellen, dass die Geräte hohe Standards erfüllen. In diesem Programm wird ein Gerät zum Testen an ein unabhängiges Labor gesendet. Anschließend wird das Gerät einer umfassenden Testreihe unterzogen, zu der unter anderem Hardware-, Konformitäts- und Funktionstests gehören. Die Testergebnisse werden dokumentiert

Wenn ein Gerät alle Tests besteht, kann sein Hersteller ein Konformitätszertifikat beantragen. Das Zertifikat ist drei Jahre gültig und kann bei weiteren Tests erneuert werden.

Attribute	Rating
PRIMARY VENDOR	Siemens
PRIMARY ADVANTAGES	Very Fast and Simple Integration to Siemens PLCs | Acceptance in Europe
PRIMARY ADVANTAGES	Expensive ASIC Required, No Power over the Bus, Expensive Connectors
NETWORK SPEED	12 Meg
DUPLICATE ADDRESS DETECTION	None
MAXIMUM FRAME SIZE	244 Bytes
CONNECTORS	Enhanced DB-9 for Profibus Speed
CONNECTORS	None – Half Duplex Protocol
BANDWIDTH UTILIZATION	Medium to Low | Frame Size larger than most applications require
MAXIMUM NUMBER NODES	126 with 32 Maximum per segment
MESSAGING TYPES	Two Types (Messaging and I/O)
PRIMARY COMMUNICATION METHODS	Half Duplex Master Slave
MAX I/O PER PACKET	244 Bytes
LARGE MESSAGE FRAGMENTATION	No
TYPICAL CYCLE TIMES	10 mec
SPONSORING ORGANIZATION	Profibus User Organization (PNO)
CONNECTOR COST	Expensive Drivers and Interface for 12Meg Speed
TYPICAL FLASH REQUIRED	ASIC Plus 5K in Processor
TYPICAL RAM REQUIRED	5K | Varies with I/O Supported