PROFIBUS

uitgebreid Protocol Overview

PROFIBUS: Inleiding

PROFIBUS is niet één communicatiesysteem, maar een verscheidenheid aan protocollen gebouwd op dezelfde field-bus technologie bundel. Gebruikers kunnen verschillende PROFIBUS-protocollen combineren met hun eigen software en andere vereisten, wat resulteert in een uniek toepassingsprofiel. Met de vele profielen die beschikbaar zijn, kan PROFIBUS aan specifieke behoeften voldoen. Eén ding blijft echter hetzelfde. Door grondige tests voldoen PROFIBUS-apparaten aan een hoge kwaliteitsstandaard die past bij een hoogwaardig netwerk.

geschiedenis

PROFIBUS is ontstaan uit een gecombineerde push van de Duitse regering, Duitse bedrijven en andere leiders in de industrie in de late jaren 1980. hun inspanningen creëerden een automatiseringsoplossing die niet alleen vandaag nog levensvatbaar is, maar ook tot verdere oplossingen heeft geleid. Het trotse erfgoed van PROFIBUS stelt veel Europese klanten in staat om zich te richten op automatisering die specifiek is afgestemd op hun behoeften.

oorsprong

in 1987 hebben 21 bedrijven en instellingen in Duitsland hun krachten gebundeld om een nieuw protocol op te stellen. Hun doel was om een Bit-serieel veldbussysteem te creëren. Om het systeem levensvatbaar te maken, moesten ze de veldapparateninterface standaardiseren. De groep, die de naam Central Association for the Electrical Industry (ZVEI) had aangenomen, voltooide zijn doel met de oprichting van PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification).

dit nieuwe protocol voldeed aan de standaardisatie van industriële automatisering door middel van een protocol dat in staat is complexe communicatie te verzenden. De ZVEI was echter nog niet af. In 1993 introduceerde de groep een nieuwe standaard, PROFIBUS DP (Decentral Periphery). Deze nieuwe versie bevatte meer eenvoud, waaronder eenvoudigere configuratie en snellere berichten.

het ZVEI blijft de elektronica-industrie in Duitsland bedienen. Hun werk om PROFIBUS te maken was van vitaal belang.

organisaties

PROFIBUSSTANDAARDEN worden onderhouden en verder ontwikkeld via een paar belangrijke organisaties. In 1989 richtten PROFIBUS-fabrikanten en-gebruikers de PROFIBUS User Organization (PNO) op. Deze groep was en is nog steeds een niet-commerciële onderneming. Leden werken aan het bevorderen van PROFIBUS door middel van ondersteuning en educatie, waaronder het publiceren van documenten die gebruikers helpen om aan hun behoeften te voldoen met behulp van bestaande technologie.

een grotere groep werd gevormd in 1995 en heette PROFIBUS International, of PI. Als grootste Veldbusgebruikersvereniging ter wereld is PI in staat om vele taken uit te voeren die van vitaal belang zijn voor de progressie van PROFIBUS. Net als de PNO, pi leidt gebruikers op PROFIBUS en helpt de plaatsing ervan over de hele wereld te bevorderen. De organisatie gaat echter verder door te helpen met kwaliteitsborging, normen te stellen en nieuwe PROFIBUS-technologieën te ontwikkelen.

overzicht

PROFIBUS is een slimme, field-bus-technologie. Apparaten op het systeem verbinden met een centrale lijn. Eenmaal verbonden, kunnen deze apparaten informatie op een efficiënte manier communiceren, maar kunnen ze verder gaan dan automatiseringsberichten. PROFIBUS-apparaten kunnen ook deelnemen aan zelfdiagnose en verbindingsdiagnose. Op het meest basale niveau profiteert PROFIBUS van een superieur ontwerp van zijn OSI-lagen en basale topologie.

OSI Model

PROFIBUS-netwerken maken gebruik van drie afzonderlijke lagen van het OSI-netwerkmodel. Ten eerste beschrijft PROFIBUS de applicatielaag. Er zijn meerdere versies van PROFIBUS die verschillende soorten berichten verwerken op de applicatielaag. Sommige van de soorten berichten die PROFIBUS ondersteunt omvatten cyclische en acyclische gegevensuitwisseling, diagnose, alarmafhandeling en isochrone berichten.

PROFIBUS definieert geen lagen drie tot en met zes. Het definieert echter wel de datalink en fysieke lagen, lagen één en twee. De datalinklaag wordt voltooid door middel van een datalink van de veldbus, of FDL. Het FDL systeem combineert twee gemeenschappelijke schema ‘ s, master-slave methodologie en token passeren. In een master-slave netwerk sturen meesters, meestal controllers, verzoeken naar slaven, sensoren en actuators. De slaven reageren daarop. PROFIBUS bevat ook token doorgeven, een systeem waarin een “token” signaal wordt doorgegeven tussen knooppunten. Alleen het knooppunt met het token kan communiceren. Het token passing concept is als de sprekende schelp; alleen de persoon met de schelp mag praten.

tenslotte definieert PROFIBUS een fysieke laag, hoewel het ruimte laat voor flexibiliteit. PROFIBUS-systemen kunnen drie soorten media hebben. De eerste is een standaard twisted-pair bedradingssysteem, in dit geval RS485. Twee meer geavanceerde systemen zijn ook beschikbaar. PROFIBUS-systemen kunnen nu werken met glasvezel-transmissie in gevallen waar dat meer geschikt is. Een veiligheidsversterkt systeem genaamd Manchester Bus Power, of MBP, is ook beschikbaar in situaties waar de chemische omgeving explosiegevoelig is.

topologie

PROFIBUS gebruikt de bus-topologie. In deze topologie is een centrale lijn, of bus, bedraad door het hele systeem. Apparaten zijn aan deze centrale bus bevestigd. Eén bus elimineert de noodzaak voor een volledige lijn die van de centrale regelaar naar elk afzonderlijk apparaat gaat.

in het verleden moest elk PROFIBUS-apparaat rechtstreeks op de centrale bus worden aangesloten. De technologische vooruitgang heeft het echter mogelijk gemaakt om een nieuw “two-wire” – systeem op te zetten. In deze topologie kan de PROFIBUS centrale bus worden aangesloten op een PROFINET Ethernet systeem. Op deze manier kunnen meerdere PROFIBUSBUSSEN met elkaar verbonden worden.

typen PROFIBUS

PROFIBUS heeft een handvol revisies doorlopen. In sommige gevallen hebben de ontwikkelingen geleid tot een nieuw type PROFIBUS. In andere gevallen betekenen nieuwe revisies verschillende versies van hetzelfde type PROFIBUS. Door de verscheidenheid aan PROFIBUS-oplossingen kan het systeem in elk geval worden aangepast aan de uiteenlopende behoeften van verschillende industrieën.

PROFIBUS FMS

de initiële versie van PROFIBUS was PROFIBUS FMS, Fieldbus Message Specification. PROFIBUS FMS is ontworpen om te communiceren tussen programmeerbare Controllers en PC ‘ s, waardoor complexe informatie tussen hen wordt verzonden. Helaas was de FMS-technologie, de eerste inspanning van PROFIBUS-ontwerpers, niet zo flexibel als nodig was. Dit protocol was niet geschikt voor minder complexe berichten of communicatie op een breder, ingewikkelder netwerk. Nieuwe soorten PROFIBUS zouden aan die behoeften voldoen. PROFIBUS FMS is nog steeds in gebruik, hoewel de overgrote meerderheid van de gebruikers vinden nieuwere oplossingen geschikter.

PROFIBUS DP

het tweede type PROFIBUS is universeler. Genoemd PROFIBUS DP, voor gedecentraliseerde periferie, dit nieuwe protocol is veel eenvoudiger en sneller. PROFIBUS DP wordt gebruikt in de overgrote meerderheid van de PROFIBUS-toepassingsprofielen die momenteel worden gebruikt. Applicatieprofielen stellen gebruikers in staat om hun eisen voor een specifieke oplossing te combineren, en ze zullen binnenkort meer in detail worden besproken.

PROFIBUS DP heeft zelf drie verschillende versies. Elke versie, van DP-V0 tot DP-V1 en DP-V2, biedt nieuwere, meer gecompliceerde functies.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA is een protocol ontworpen voor procesautomatisering. In werkelijkheid is PROFIBUS PA een type PROFIBUS DP-toepassingsprofiel. PROFIBUS PA standaardiseert het proces van het verzenden van gemeten gegevens. Het heeft wel een zeer belangrijke unieke eigenschap, dat wel. PROFIBUS PA is speciaal ontworpen voor gebruik in gevaarlijke omgevingen.

in de meeste omgevingen werkt PROFIBUS PA via RS485 twisted pair media. Dit medium, samen met het pa-toepassingsprofiel ondersteunt stroom over de bus. In explosieve omgevingen kan die kracht echter leiden tot vonken die explosies veroorzaken. Hiervoor kan PROFIBUS PA worden gebruikt met Manchester Bus Powered technology (MBP).

MBP-technologie

het MBP-medium is speciaal ontworpen voor gebruik in PROFIBUS PA. Het maakt overdracht van zowel gegevens als stroom mogelijk. De technologie schakelt de stroom uit. Een kleiner vermogen vermindert, of bijna elimineert, de mogelijkheid van explosie. Bussen met MBP kunnen 1900 meter bereiken en kunnen takken ondersteunen. Toepassingsprofielen

PROFIBUS kan worden aangepast aan specifieke behoeften met behulp van toepassingsprofielen. Er zijn veel profielen die standaarden combineren voor transmissiemedia, communicatieprotocol (FMS, DP-V0, enz…) en unieke protocollen. Elk toepassingsprofiel is afgestemd op een specifiek gebruik en er verschijnen regelmatig nieuwe profielen. Om ze allemaal op te sommen zou omslachtig zijn.

sommige toepassingsprofielen zijn echter wijdverbreid. Twee voorbeelden zijn PROFIsafe en PROFIdrive. PROFIsafe

PROFIsafe gebruikt aanvullende software om een netwerk met hoge integriteit aan te maken. Dit netwerk is nuttig in situaties waar hoge veiligheid een vereiste is. Voor leveranciers en fabrikanten om te worden gecertificeerd in PROFIsafe, moeten ze hoge normen in kwaliteit te handhaven.

PROFIdrive

PROFIdrive is gemaakt voor motion control toepassingen. Software die is toegevoegd aan de PROFIBUS DP-specificatie maakt het mogelijk dat het netwerk een nauwkeurige regeling van servomotoren en andere apparatuur kan bereiken. Zo kan PROFIdrive synchronisatie over het netwerk bereiken.

kwaliteitsborging

De PROFIBUS-gebruikersorganisatie heeft een programma voor conformiteitstests ontwikkeld om ervoor te zorgen dat apparaten aan hoge normen voldoen. In dit programma wordt een apparaat naar een onafhankelijk laboratorium gestuurd om te testen. Het apparaat ondergaat dan een uitgebreide reeks tests, waaronder Hardware -, Conformiteit-en functietests, onder andere. De testresultaten worden gedocumenteerd

wanneer een voorziening alle tests doorstaat, kan de fabrikant een conformiteitscertificaat aanvragen. Het certificaat is drie jaar geldig en kan worden verlengd met verdere tests.

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