PROFIBUS

Aperçu complet du protocole

PROFIBUS:Introduction

PROFIBUS n’est pas un système de communication unique, mais une variété de protocoles construits sur le même ensemble de technologies de bus de terrain. Les utilisateurs peuvent combiner des variétés de protocoles PROFIBUS avec leurs propres logiciels et d’autres exigences, ce qui donne un profil d’application unique. Avec de nombreux profils disponibles, PROFIBUS peut répondre à des besoins spécifiques. Une chose reste la même, cependant. Grâce à des tests approfondis, les appareils PROFIBUS répondent à un haut niveau de qualité digne d’un réseau de haute qualité.

Histoire

PROFIBUS est né d’une poussée combinée du gouvernement allemand, des entreprises allemandes et d’autres leaders de l’industrie à la fin des années 1980.Leurs efforts ont créé une solution d’automatisation qui est non seulement encore viable aujourd’hui, mais a conduit à d’autres solutions. Le fier héritage de PROFIBUS permet à de nombreux clients européens de se tourner vers l’automatisation spécifique à leurs besoins.

Origine

En 1987, 21 entreprises et institutions allemandes se sont associées pour créer un nouveau protocole. Leur objectif était de créer un système de bus de terrain bit-série. Pour que le système soit viable, ils devaient standardiser l’interface de l’appareil de terrain. Le groupe, qui avait pris le nom d’Association Centrale pour l’Industrie Électrique (ZVEI), a atteint son objectif avec la création de PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification).

Ce nouveau protocole a satisfait la standardisation de l’automatisation industrielle grâce à un protocole capable d’envoyer des communications complexes. Le ZVEI n’était cependant pas terminé. En 1993, le groupe a introduit une nouvelle norme, PROFIBUS DP (Périphérie décentralisée). Cette nouvelle version présentait plus de simplicité, notamment une configuration plus facile et une messagerie plus rapide.

Le ZVEI continue de servir l’industrie électronique en Allemagne. Leur travail pour créer PROFIBUS était vital.

Organisations

Les normes PROFIBUS sont maintenues et avancées via deux organisations importantes. En 1989, les fabricants et utilisateurs de PROFIBUS ont créé la PROFIBUS User Organization (PNO). Ce groupe était, et est toujours, une entreprise non commerciale. Les membres travaillent à faire progresser PROFIBUS par le soutien et l’éducation, y compris la publication de documents qui aident les utilisateurs à satisfaire leurs besoins en utilisant la technologie existante.

Un groupe plus important a été formé en 1995 et nommé PROFIBUS International, ou PI. En tant que plus grande association d’utilisateurs de bus de terrain au monde, PI est en mesure d’entreprendre de nombreuses tâches essentielles à la progression de PROFIBUS. Comme le PNO, PI éduque les utilisateurs sur PROFIBUS et aide à faire progresser son placement dans le monde entier. Cependant, l’organisation va plus loin en aidant à l’assurance qualité, en établissant des normes et en développant de nouvelles technologies PROFIBUS.

Aperçu

PROFIBUS est une technologie intelligente de bus de terrain. Les appareils du système se connectent à une ligne centrale. Une fois connectés, ces appareils peuvent communiquer des informations de manière efficace, mais peuvent aller au-delà des messages d’automatisation. Les appareils PROFIBUS peuvent également participer à l’autodiagnostic et au diagnostic de connexion. Au niveau le plus élémentaire, PROFIBUS bénéficie d’une conception supérieure de ses couches OSI et de sa topologie de base.

Modèle OSI

Les réseaux PROFIBUS utilisent trois couches distinctes de la Modèle de réseau OSI. Tout d’abord, PROFIBUS décrit la couche d’application. Il existe plusieurs versions de PROFIBUS qui gèrent différents types de messagerie au niveau de la couche application. Certains des types de messagerie pris en charge par PROFIBUS incluent l’échange de données cyclique et acyclique, le diagnostic, la gestion des alarmes et la messagerie isochrone.

PROFIBUS ne définit pas les couches trois à six. Il définit cependant la liaison de données et les couches physiques, les couches un et deux. La couche de liaison de données est complétée par une liaison de données de bus de terrain, ou FDL. Le système FDL combine deux schémas communs, la méthodologie maître-esclave et le passage de jetons. Dans un réseau maître-esclave, les maîtres, généralement des contrôleurs, envoient des demandes aux esclaves, aux capteurs et aux actionneurs. Les esclaves répondent en conséquence. PROFIBUS comprend également le passage de jetons, un système dans lequel un signal « jeton » est transmis entre les nœuds. Seul le nœud avec le jeton peut communiquer. Le concept de passage de jeton est comme la conque parlante; seule la personne avec la conque est autorisée à parler.

Enfin, PROFIBUS définit une couche physique, bien qu’elle laisse place à la flexibilité. Les systèmes PROFIBUS peuvent avoir trois types de supports. Le premier est un système de câblage standard à paires torsadées, en l’occurrence RS485. Deux systèmes plus avancés sont également disponibles. Les systèmes PROFIBUS peuvent maintenant fonctionner en utilisant une transmission par fibre optique dans les cas où cela est plus approprié. Un système amélioré de sécurité appelé Manchester Bus Power, ou MBP, est également disponible dans les situations où l’environnement chimique est sujet à une explosion.

Topologie

PROFIBUS utilise la topologie du bus. Dans cette topologie, une ligne centrale, ou bus, est câblée dans tout le système. Les appareils sont connectés à ce bus central. Un bus élimine le besoin d’une ligne complète allant du contrôleur central à chaque appareil individuel.

Dans le passé, chaque appareil PROFIBUS devait se connecter directement au bus central. Les progrès technologiques, cependant, ont rendu possible un nouveau système « à deux fils ». Dans cette topologie, le bus central PROFIBUS peut se connecter à un système Ethernet ProfiNet. De cette façon, plusieurs bus PROFIBUS peuvent se connecter les uns aux autres.

Types de PROFIBUS

PROFIBUS a progressé à travers une poignée de révisions. Dans certains cas, les progrès ont conduit à un nouveau type de PROFIBUS. Dans d’autres cas, les nouvelles révisions signifient des versions différentes du même type de PROFIBUS. Dans tous les cas, la variété des solutions PROFIBUS permet d’adapter le système aux différents besoins des différentes industries.

PROFIBUS FMS

La version initiale de PROFIBUS était PROFIBUS FMS, Spécification de message de bus de terrain. PROFIBUS FMS a été conçu pour communiquer entre les automates programmables et les PC, en envoyant des informations complexes entre eux. Malheureusement, étant l’effort initial des concepteurs PROFIBUS, la technologie FMS n’était pas aussi flexible que nécessaire. Ce protocole n’était pas approprié pour des messages moins complexes ou des communications sur un réseau plus large et plus compliqué. De nouveaux types de PROFIBUS répondraient à ces besoins. PROFIBUS FMS est toujours utilisé aujourd’hui, bien que la grande majorité des utilisateurs trouvent des solutions plus récentes plus appropriées.

PROFIBUS DP

Le deuxième type de PROFIBUS est plus universel. Appelé PROFIBUS DP, pour Périphérie décentralisée, ce nouveau protocole est beaucoup plus simple et rapide. PROFIBUS DP est utilisé dans la très grande majorité des profils d’application PROFIBUS utilisés aujourd’hui. Les profils d’application permettent aux utilisateurs de combiner leurs besoins pour une solution spécifique, et ils seront discutés plus en détail sous peu.

PROFIBUS DP a, lui-même, trois versions distinctes. Chaque version, de DP-V0 à DP-V1 et DP-V2, fournit des fonctionnalités plus récentes et plus compliquées.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA est un protocole conçu pour l’automatisation des processus. En réalité, PROFIBUS PA est un type de profil d’application PROFIBUS DP. PROFIBUS PA standardise le processus de transmission des données mesurées. Il possède cependant une caractéristique unique très importante. PROFIBUS PA a été conçu spécifiquement pour une utilisation dans des environnements dangereux.

Dans la plupart des environnements, PROFIBUS PA fonctionne sur des supports à paire torsadée RS485. Ce support, ainsi que le profil d’application PA, prend en charge l’alimentation sur le bus. Dans les environnements explosifs, cependant, cette puissance peut conduire à des étincelles qui induisent des explosions. Pour gérer cela, PROFIBUS PA peut être utilisé avec la technologie Manchester Bus Powered technology (MBP).

Technologie MBP

Le support MBP a été spécialement conçu pour être utilisé dans PROFIBUS PA. Il permet la transmission de données et d’énergie. La technologie réduit la puissance, cependant. Une puissance réduite réduit, ou élimine presque, la possibilité d’explosion. Les bus utilisant MBP peuvent atteindre 1900 mètres et peuvent supporter des branches. PROFIBUS peut être adapté à des besoins spécifiques à l’aide de profils d’application. Il existe de nombreux profils qui combinent des standards pour les supports de transmission, les protocoles de communication (FMS, DP-V0, etc)), et des protocoles uniques. Chaque profil d’application est adapté à une utilisation spécifique, et de nouveaux profils apparaissent régulièrement. Les énumérer tous serait fastidieux.

Certains profils d’application sont cependant très répandus. Deux exemples sont PROFIsafe et PROFIdrive. PROFIsafe

PROFIsafe utilise des logiciels supplémentaires pour créer un réseau à haute intégrité. Ce réseau est utile dans les situations où une sécurité élevée est une exigence. Pour que les fournisseurs et les fabricants soient certifiés dans PROFIsafe, ils doivent maintenir des normes de qualité élevées.

PROFIdrive

PROFIdrive a été créé pour les applications de contrôle de mouvement. Un logiciel ajouté à la spécification PROFIBUS DP permet au réseau d’obtenir un contrôle précis des servomoteurs et autres équipements. Ainsi, PROFIdrive peut réaliser une synchronisation sur le réseau.

Assurance qualité

L’organisation des utilisateurs PROFIBUS a créé un programme de tests de conformité pour s’assurer que les appareils répondent à des normes élevées. Dans ce programme, un appareil est envoyé à un laboratoire indépendant pour être testé. L’appareil subit ensuite une série complète de tests, y compris des tests de matériel, de conformité et de fonction, entre autres. Les résultats des tests sont documentés

Lorsqu’un appareil réussit tous les tests, son fabricant peut demander un certificat de conformité. Le certificat est valable trois ans et peut être renouvelé avec des tests supplémentaires.

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