PROFIBUS

Comprehensive Protocol Overview

PROFIBUS: Introduction

PROFIBUS ei ole yksi tietoliikennejärjestelmä, vaan useita protokollia, jotka on rakennettu samaan kenttäväylätekniikkapakettiin. Käyttäjät voivat yhdistää erilaisia PROFIBUS-protokollia omiin ohjelmistoihinsa ja muihin vaatimuksiin, jolloin tuloksena on ainutlaatuinen sovellusprofiili. PROFIBUS soveltuu erilaisiin tarpeisiin. Yksi asia pysyy kuitenkin samana. Perusteellisen testauksen avulla PROFIBUS-laitteet täyttävät korkean laatutason, joka sopii laadukkaaseen verkkoon.

historia

PROFIBUS syntyi 1980-luvun lopulla Saksan hallituksen, saksalaisten yritysten ja muiden teollisuusjohtajien yhteisponnistuksesta, jonka tuloksena syntyi automaatioratkaisu, joka ei ole ainoastaan vielä nykyäänkin toimiva, vaan on johtanut uusiin ratkaisuihin. PROFIBUSIN ylpeä perintö mahdollistaa sen, että monet eurooppalaiset asiakkaat voivat käyttää juuri heidän tarpeisiinsa sopivaa automaatiota.

Origin

vuonna 1987 21 saksalaista yritystä ja laitosta yhdisti voimansa uuden protokollan luomiseksi. Heidän tavoitteenaan oli luoda bittisarjamainen Kenttäväyläjärjestelmä. Jotta järjestelmä olisi elinkelpoinen, heidän piti standardoida kenttälaitteiden rajapinta. Ryhmä, joka oli ottanut nimen Central Association for the Electrical Industry (ZVEI), saavutti tavoitteensa luomalla PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification).

Tämä uusi protokolla tyydytti teollisuusautomaation standardisoinnin monimutkaiseen viestintään kykenevän protokollan avulla. ZVEI ei kuitenkaan ollut valmis. Vuonna 1993 ryhmä esitteli uuden standardin, PROFIBUS DP: n (hajautettu periferia). Tämä uusi versio sisälsi enemmän yksinkertaisuus, mukaan lukien helpompi kokoonpano ja nopeampi viestintä.

ZVEI palvelee edelleen elektroniikkateollisuutta Saksassa. Heidän työnsä PROFIBUKSEN luomiseksi oli elintärkeää.

organisaatiot

PROFIBUS-standardeja ylläpidetään ja kehitetään parin tärkeän organisaation kautta. Vuonna 1989 PROFIBUS-valmistajat ja-käyttäjät perustivat PROFIBUS-Käyttäjäjärjestön (PNO). Tämä ryhmä oli ja on edelleen ei-kaupallinen yritys. Jäsenet työskentelevät profibusin edistämiseksi tuen ja koulutuksen avulla, mukaan lukien julkaisemalla asiakirjoja, jotka auttavat käyttäjiä tyydyttämään tarpeensa olemassa olevan teknologian avulla.

suurempi ryhmä perustettiin vuonna 1995 ja se sai nimen PROFIBUS International eli PI. Maailman suurimpana Kenttäväylien käyttäjäyhdistyksenä PI pystyy toteuttamaan monia PROFIBUS-järjestelmän etenemiselle elintärkeitä tehtäviä. Kuten PNO, PI kouluttaa käyttäjiä PROFIBUS ja auttaa edistämään sen sijoittamista kaikkialla maailmassa. Organisaatio menee kuitenkin pidemmälle auttamalla laadunvarmistuksessa, laatimalla standardeja ja kehittämällä uusia PROFIBUS-teknologioita.

Overview

PROFIBUS on älykäs, kenttäväylätekniikka. Järjestelmän laitteet kytkeytyvät keskusjohtoon. Kun nämä laitteet on kytketty, ne voivat välittää tietoa tehokkaasti, mutta ne voivat mennä automaatioviestejä pidemmälle. PROFIBUS-laitteet voivat osallistua myös itse-ja yhteysdiagnostiikkaan. Kaikkein perustasolla PROFIBUS hyötyy OSI-kerrosten erinomaisesta suunnittelusta ja perustopologiasta.

OSI — malli

PROFIBUS-verkot käyttävät kolmea erillistä osi-verkkomallin kerrokset. Ensinnäkin PROFIBUS kuvaa sovelluskerroksen. PROFIBUSISTA on olemassa useita versioita, jotka käsittelevät erilaisia viestejä sovelluskerroksessa. Jotkut tyypit messaging PROFIBUS tukee ovat syklinen ja asyklinen tiedonvaihto, diagnoosi, hälytys-käsittely, ja isochronous messaging.

PROFIBUS ei määrittele kerroksia kolmesta kuuteen. Se kuitenkin määrittelee datayhteyden ja fysikaaliset kerrokset, kerrokset yksi ja kaksi. Tiedonsiirtokerros suoritetaan kenttäväylän datalinkin eli FDL: n kautta. FDL-järjestelmä yhdistää kaksi yhteistä järjestelmää, master-slave-metodologian ja token passingin. Isäntä-orja-verkossa isännät, yleensä valvojat, lähettävät pyyntöjä orjille, sensoreille ja toimilaitteille. Orjat reagoivat sen mukaisesti. PROFIBUS sisältää myös token passing-järjestelmän, jossa solmujen välillä kulkee ”token” – signaali. Vain poletin sisältävä solmu voi kommunikoida. Token passing-käsite on kuin puhuva kotilo; vain kotilolla oleva henkilö saa puhua.

lopuksi PROFIBUS määrittelee fysikaalisen kerroksen, joskin se jättää joustovaraa. PROFIBUS-järjestelmissä voi olla kolmenlaisia medioita. Ensimmäinen on standardi kierretty pari johdotus järjestelmä, tässä tapauksessa RS485. Saatavilla on myös kaksi kehittyneempää järjestelmää. PROFIBUS-järjestelmät voivat nyt toimia valokuituyhteyden avulla silloin, kun se on tarkoituksenmukaisempaa. Manchester Bus Power eli MBP-niminen turvallisuutta parantava järjestelmä on käytettävissä myös tilanteissa, joissa kemiallinen ympäristö on altis räjähdyksille.

topologiassa

PROFIBUS käyttää väylätopologiaa. Tässä topologiassa keskusviiva eli väylä johdetaan koko järjestelmään. Laitteet on kiinnitetty tähän keskusväylään. Yksi väylä poistaa tarpeen kokopitkälle linjalle, joka kulkee keskusohjaimelta jokaiselle yksittäiselle laitteelle.

aiemmin jokaisen PROFIBUS-laitteen oli liityttävä suoraan keskusväylään. Tekniikan edistysaskeleet ovat kuitenkin mahdollistaneet uuden ”kahden johdon” järjestelmän. Tässä topologiassa PROFIBUS – keskusväylä voi kytkeytyä ProfiNet-Ethernet-järjestelmään. Tällä tavoin useat PROFIBUS-väylät voivat kytkeytyä toisiinsa.

Profibustyypit

PROFIBUS on edennyt kourallisen version kautta. Joissakin tapauksissa edistysaskeleet ovat johtaneet uudenlaiseen PROFIBUKSEEN. Muissa tapauksissa uusilla versioilla tarkoitetaan saman PROFIBUSTYYPIN eri versioita. PROFIBUS-ratkaisujen moninaisuus tarkoittaa joka tapauksessa sitä, että järjestelmää voidaan mukauttaa eri toimialojen erilaisiin tarpeisiin.

PROFIBUS FMS

PROFIBUS-järjestelmän alkuperäinen versio oli Profibus FMS, Kenttäväyläsanomaluokitus. PROFIBUS FMS on suunniteltu kommunikoimaan ohjelmoitavien ohjaimien ja tietokoneiden välillä ja lähettämään monimutkaista tietoa niiden välillä. Valitettavasti FMS-tekniikka ei ollut niin joustava kuin olisi ollut tarpeen, koska se oli PROFIBUS-suunnittelijoiden ensimmäinen ponnistus. Tämä protokolla ei soveltunut vähemmän monimutkaisiin viesteihin tai viestintään laajemmassa, monimutkaisemmassa verkossa. Uudentyyppiset PROFIBUT tyydyttäisivät nämä tarpeet. PROFIBUS FMS on edelleen käytössä, vaikka valtaosa käyttäjistä pitää uudempia ratkaisuja tarkoituksenmukaisempina.

PROFIBUS DP

toinen PROFIBUSTYYPPI on yleisempi. Nimeltään PROFIBUS DP, hajautetun reuna, tämä uusi protokolla on paljon yksinkertaisempi ja nopeampi. PROFIBUS DP: tä käytetään valtaosassa nykyisin käytössä olevista PROFIBUS-sovellusprofiileista. Sovellusprofiilien avulla käyttäjät voivat yhdistää vaatimuksensa tietylle ratkaisulle, ja niistä keskustellaan lähiaikoina yksityiskohtaisemmin.

PROFIBUS DP: llä itsellään on kolme erillistä versiota. Jokainen versio, DP-V0 DP-V1 ja DP-V2, tarjoaa uudempia, monimutkaisempia ominaisuuksia.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA on prosessiautomaatioon suunniteltu protokolla. Todellisuudessa PROFIBUS PA on eräänlainen PROFIBUS DP-sovellusprofiili. PROFIBUS PA standardoi mitatun tiedon lähettämisprosessin. Sillä on kuitenkin hyvin tärkeä ainutlaatuinen ominaisuus. PROFIBUS PA on suunniteltu erityisesti vaarallisiin ympäristöihin.

useimmissa ympäristöissä PROFIBUS PA toimii RS485-kierretyn pariväliaineen päällä. Tämä media, yhdessä PA-sovellusprofiili tukee valtaa väylän yli. Räjähdysalttiissa ympäristöissä tuo voima voi kuitenkin aiheuttaa kipinöitä, jotka aiheuttavat räjähdyksiä. Tätä varten PROFIBUS PA: ta voidaan käyttää Manchester Bus Powered Technologyn (MBP) kanssa.

MBP-tekniikka

MBP-media suunniteltiin erityisesti käytettäväksi PROFIBUS PA: ssa. Se mahdollistaa sekä tietojen että tehon siirtämisen. Teknologia vähentää virtaa. Pienempi teho vähentää tai lähes poistaa räjähdyksen mahdollisuuden. MBP: tä käyttävät bussit pääsevät 1900 metriin ja voivat tukea haaroja. Sovellusprofiilit

PROFIBUS voidaan räätälöidä erityistarpeisiin sovellusprofiilien avulla. On olemassa monia profiileja, joissa yhdistyvät standardit siirtovälineille, viestintäprotokollalle (FMS, DP-V0 jne.) ja ainutlaatuisille protokollille. Jokainen sovellusprofiili on räätälöity tiettyyn käyttötarkoitukseen, ja uusia profiileja ilmestyy säännöllisesti. Niiden kaikkien luetteleminen olisi hankalaa.

jotkin sovellusprofiilit ovat kuitenkin yleisiä. Kaksi esimerkkiä ovat PROFIsafe ja PROFIdrive. PROFIsafe

PROFIsafe käyttää lisäohjelmistoja korkean eheyden verkon luomiseen. Tämä verkko on hyödyllinen tilanteissa, joissa korkea turvallisuus on vaatimus. Jotta toimittajat ja valmistajat voivat saada profisafe-sertifikaatin, heidän on ylläpidettävä korkeita laatuvaatimuksia.

PROFIdrive

PROFIdrive luotiin liikkeenohjaussovelluksia varten. PROFIBUS DP-spesifikaatioon lisätyn ohjelmiston avulla verkko pystyy ohjaamaan servomoottoreita ja muita laitteita tarkasti. Näin PROFIdrive voi saavuttaa synkronoinnin verkon yli.

laadunvarmistus

PROFIBUS-Käyttäjäorganisaatio on luonut vaatimustenmukaisuuden testausohjelman varmistaakseen, että laitteet täyttävät korkeat standardit. Tässä ohjelmassa laite lähetetään riippumattomaan laboratorioon testattavaksi. Tämän jälkeen laite käy läpi kattavan sarjan testejä, mukaan lukien laitteisto -, Vaatimustenmukaisuus-ja Toimintotestit, muun muassa. Testitulokset dokumentoidaan

kun laite läpäisee kaikki testit, sen valmistaja voi hakea vaatimustenmukaisuustodistusta. Sertifikaatti on voimassa kolme vuotta ja sen voi uusia lisätesteillä.

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