kompleksowy przegląd protokołu
PROFIBUS: wprowadzenie
PROFIBUS nie jest jednym systemem komunikacyjnym, ale wieloma protokołami zbudowanymi na tym samym pakiecie technologii field-bus. Użytkownicy mogą łączyć różne protokoły PROFIBUS z własnym oprogramowaniem i innymi wymaganiami, co daje unikalny profil aplikacji. Dzięki wielu dostępnym profilom PROFIBUS może zaspokoić konkretne potrzeby. Jedno jednak pozostaje takie samo. Dzięki dokładnym testom urządzenia PROFIBUS spełniają wysokie standardy jakości, jak przystało na wysokiej jakości sieć.
Historia
PROFIBUS powstał w wyniku wspólnego działania rządu niemieckiego, niemieckich firm i innych liderów branży pod koniec lat 80. ich wysiłek stworzył rozwiązanie automatyzacji, które jest nie tylko możliwe do dziś, ale doprowadziło do dalszych rozwiązań. Dumne dziedzictwo PROFIBUS pozwala wielu europejskim klientom korzystać z automatyzacji dostosowanej do ich potrzeb.
pochodzenie
w 1987 roku 21 firm i instytucji w Niemczech połączyło siły, aby stworzyć nowy protokół. Ich celem było stworzenie bit-szeregowego systemu Fieldbus. Aby system był wykonalny, musieli znormalizować Interfejs urządzenia polowego. Grupa, która przyjęła nazwę Central Association for the Electrical Industry (ZVEI), zakończyła swój cel stworzeniem PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification).
Ten nowy protokół spełnił standaryzację automatyki przemysłowej poprzez protokół zdolny do wysyłania złożonych komunikatów. ZVEI jednak nie ukończył. W 1993 roku grupa wprowadziła nowy standard, PROFIBUS DP (Decentralized Periphery). Ta nowa wersja miała większą prostotę, w tym łatwiejszą konfigurację i szybsze przesyłanie wiadomości.
ZVEI nadal obsługuje przemysł elektroniczny w Niemczech. Ich praca nad stworzeniem PROFIBUSA była kluczowa.
organizacje
standardy PROFIBUS są utrzymywane i rozwijane przez parę ważnych organizacji. W 1989 roku producenci i użytkownicy PROFIBUS utworzyli organizację użytkowników PROFIBUS (PNO). Grupa ta była i nadal jest przedsięwzięciem niekomercyjnym. Członkowie pracują nad rozwojem PROFIBUS poprzez wsparcie i edukację, w tym publikowanie dokumentów, które pomagają użytkownikom zaspokoić ich potrzeby przy użyciu istniejącej technologii.
w 1995 roku powstała większa grupa o nazwie PROFIBUS International, czyli PI. Jako największe stowarzyszenie użytkowników magistrali Fieldbus na świecie, PI jest w stanie podjąć się wielu zadań istotnych dla rozwoju sieci PROFIBUS. Podobnie jak PNO, PI kształci użytkowników na PROFIBUS i pomaga rozwijać jego rozmieszczenie na całym świecie. Organizacja idzie jednak dalej, pomagając w zapewnieniu jakości, ustanawiając standardy i rozwijając nowe technologie PROFIBUS.
przegląd
PROFIBUS to inteligentna technologia magistrali field-bus. Urządzenia w systemie łączą się z centralną linią. Po podłączeniu urządzenia te mogą skutecznie przekazywać informacje, ale mogą wykraczać poza komunikaty automatyzacji. Urządzenia PROFIBUS mogą również uczestniczyć w autodiagnostyce i diagnostyce połączeń. Na najbardziej podstawowym poziomie PROFIBUS korzysta z doskonałej konstrukcji warstw OSI i podstawowej topologii.
Model OSI
sieci PROFIBUS wykorzystują trzy oddzielne warstwy model sieci osi. Po pierwsze, PROFIBUS opisuje warstwę aplikacji. Istnieje wiele wersji PROFIBUS, które obsługują różne rodzaje wiadomości w warstwie aplikacji. Niektóre typy komunikatów PROFIBUS obejmują cykliczną i acykliczną wymianę danych, diagnostykę, obsługę alarmów i wiadomości izochroniczne.
PROFIBUS nie definiuje warstw od trzech do sześciu. Definiuje on jednak łącze danych i warstwy fizyczne, warstwy pierwsze i drugie. Warstwa łącza danych jest uzupełniana przez łącze danych magistrali polowej (FDL). System FDL łączy dwa wspólne Schematy, metodologię master-slave i przekazywanie tokenów. W sieci master-slave, mastery, Zwykle Kontrolery, wysyłają żądania do Slave, czujników i siłowników. Niewolnicy reagują odpowiednio. PROFIBUS obejmuje również token passing, system, w którym sygnał” token ” jest przekazywany między węzłami. Tylko węzeł z tokenem może się komunikować. Koncepcja przekazywania tokenów jest jak koncha mówiąca; tylko osoba z konchą może mówić.
Jak to co czytasz?
Subskrybuj naszą serię wiadomości e-mail z zakresu automatyzacji, aby poznać tajniki najlepszych protokołów przemysłowych w formacie bajtowym tygodniowo!
wreszcie, PROFIBUS definiuje warstwę fizyczną, choć pozostawia miejsce na elastyczność. Systemy PROFIBUS mogą mieć trzy rodzaje nośników. Pierwszy to standardowy skrętka, w tym przypadku RS485. Dostępne są również dwa bardziej zaawansowane systemy. Systemy PROFIBUS mogą teraz pracować z wykorzystaniem transmisji światłowodowej w przypadkach, gdy jest to bardziej odpowiednie. Wzmocniony bezpieczeństwem system o nazwie Manchester Bus Power lub MBP jest również dostępny w sytuacjach, w których środowisko chemiczne jest podatne na wybuchy.
Topologia
PROFIBUS wykorzystuje topologię magistrali. W tej topologii linia Centralna lub magistrala jest Przewodowa w całym systemie. Urządzenia są podłączone do tej Centralnej Magistrali. Jedna magistrala eliminuje potrzebę stosowania linii o Pełnej długości przechodzącej od centralnego sterownika do każdego urządzenia.
w przeszłości każde urządzenie PROFIBUS musiało łączyć się bezpośrednio z centralną magistralą. Postęp technologiczny umożliwił jednak stworzenie nowego systemu „dwuprzewodowego”. W tej topologii magistrala PROFIBUS central może łączyć się z systemem ProfiNet Ethernet. W ten sposób wiele magistral PROFIBUS może łączyć się ze sobą.
typy PROFIBUSA
PROFIBUS przeszedł kilka poprawek. W niektórych przypadkach postępy doprowadziły do powstania nowego typu PROFIBUS. W innych przypadkach nowe wersje oznaczają różne wersje tego samego typu PROFIBUSA. W każdym razie różnorodność rozwiązań PROFIBUS oznacza, że system można dostosować do różnych potrzeb różnych branż.
PROFIBUS FMS
pierwotną wersją PROFIBUS był PROFIBUS FMS, Fieldbus Message Specification. PROFIBUS FMS został zaprojektowany do komunikacji pomiędzy programowalnymi sterownikami a komputerami PC, przesyłając między nimi złożone informacje. Niestety, będąc początkowym wysiłkiem projektantów PROFIBUS, technologia FMS nie była tak elastyczna, jak była potrzebna. Protokół ten nie był odpowiedni dla mniej złożonych wiadomości lub komunikacji w szerszej, bardziej skomplikowanej sieci. Nowe typy PROFIBUS zaspokoiłyby te potrzeby. PROFIBUS FMS jest nadal w użyciu, choć zdecydowana większość użytkowników uważa, że nowsze rozwiązania są bardziej odpowiednie.
PROFIBUS DP
drugi typ PROFIBUSA jest bardziej uniwersalny. Nazwany PROFIBUS DP, dla zdecentralizowanych peryferii, ten nowy protokół jest znacznie prostszy i szybszy. PROFIBUS DP jest używany w przeważającej większości obecnie używanych profili aplikacji PROFIBUS. Profile aplikacji pozwalają użytkownikom łączyć swoje wymagania dla konkretnego rozwiązania, a wkrótce zostaną one omówione bardziej szczegółowo.
PROFIBUS DP posiada trzy osobne wersje. Każda wersja, od DP-V0 do DP-V1 i DP-V2, zapewnia nowsze, bardziej skomplikowane funkcje.
PROFIBUS PA
PROFIBUS PA jest protokołem przeznaczonym do automatyzacji procesów. W rzeczywistości PROFIBUS PA jest rodzajem profilu aplikacji PROFIBUS DP. PROFIBUS PA standaryzuje proces przesyłania danych pomiarowych. Ma jednak bardzo ważną unikalną cechę. PROFIBUS PA został zaprojektowany specjalnie do użytku w niebezpiecznych środowiskach.
w większości środowisk PROFIBUS PA działa przez skrętkę RS485. Ten nośnik wraz z profilem aplikacji PA obsługuje zasilanie przez magistralę. Jednak w środowiskach wybuchowych ta moc może prowadzić do iskier, które wywołują eksplozje. W tym celu PROFIBUS PA może być używany z Manchester Bus Powered technology (MBP).
Technologia MBP
nośnik MBP został zaprojektowany specjalnie do użytku w PROFIBUS PA. Umożliwia transmisję zarówno danych, jak i mocy. Jednak technologia obniża moc. Mniejsza moc zmniejsza lub prawie eliminuje możliwość wybuchu. Autobusy wykorzystujące MBP mogą osiągnąć 1900 metrów i mogą obsługiwać oddziały. Profile aplikacji
PROFIBUS może być dostosowany do konkretnych potrzeb za pomocą profili aplikacji. Istnieje wiele profili, które łączą standardy dla mediów transmisyjnych, protokołu komunikacyjnego (FMS, DP-V0, itp…) i unikalnych protokołów. Każdy profil aplikacji jest dostosowany do konkretnego zastosowania, a nowe profile pojawiają się regularnie. Wymienienie ich wszystkich byłoby uciążliwe.
niektóre profile aplikacji są jednak powszechne. Dwa przykłady to PROFIsafe i PROFIdrive. PROFIsafe
PROFIsafe wykorzystuje dodatkowe oprogramowanie do tworzenia sieci o wysokiej integralności. Sieć ta jest przydatna w sytuacjach, w których wymagane jest wysokie bezpieczeństwo. Aby dostawcy i producenci mogli uzyskać certyfikat PROFIsafe, muszą utrzymywać wysokie standardy jakości.
PROFIdrive
PROFIdrive został stworzony dla aplikacji sterowania ruchem. Oprogramowanie dodane do specyfikacji PROFIBUS DP pozwala Sieci na uzyskanie precyzyjnej kontroli serwosilników i innych urządzeń. W ten sposób PROFIdrive może osiągnąć synchronizację w całej sieci.
zapewnienie jakości
Organizacja użytkowników PROFIBUS stworzyła program testowania zgodności, aby zapewnić, że urządzenia spełniają wysokie standardy. W tym programie urządzenie jest wysyłane do niezależnego laboratorium w celu przetestowania. Następnie urządzenie przechodzi kompleksową serię testów, w tym między innymi testy sprzętu, zgodności i działania. Wyniki testów są udokumentowane
gdy urządzenie przejdzie wszystkie testy, jego producent może ubiegać się o certyfikat zgodności. Certyfikat jest ważny przez trzy lata i może zostać odnowiony wraz z kolejnymi testami.
| 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 |