PROFIBUS

omfattande Protokollöversikt

PROFIBUS: introduktion

PROFIBUS är inte ett kommunikationssystem, utan en mängd olika protokoll byggda på samma fältbussteknikpaket. Användare kan kombinera olika PROFIBUS-protokoll med egen programvara och andra krav, vilket resulterar i en unik applikationsprofil. Med många profiler tillgängliga kan PROFIBUS passa specifika behov. En sak förblir dock densamma. Genom noggrann testning uppfyller PROFIBUS-enheter en hög kvalitetsstandard som passar ett högkvalitativt nätverk.

historia

PROFIBUS föddes ur ett kombinerat tryck av den tyska regeringen, tyska företag och andra branschledare i slutet av 1980-talet. deras ansträngningar skapade en automatiseringslösning som inte bara är livskraftig idag, men har lett till ytterligare lösningar. PROFIBUS stolta arv gör det möjligt för många europeiska kunder att vända sig till automatisering som är specifik för deras behov.

den centrala Föreningen för elindustrin skapade PROFIBUS.
den centrala Föreningen för elindustrin skapade PROFIBUS.

Origin

1987 gick 21 företag och institutioner i Tyskland samman för att skapa ett nytt protokoll. Deras mål var att skapa ett bit-seriellt fältbussystem. För att systemet ska vara livskraftigt behövde de standardisera fältenhetens gränssnitt. Gruppen, som hade tagit namnet Central Association for the Electrical Industry (ZVEI), slutförde sitt mål med skapandet av PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification).

detta nya protokoll uppfyllde standardisering av industriell Automation genom ett protokoll som kan skicka komplex kommunikation. ZVEI var dock inte färdig. 1993 introducerade gruppen en ny standard, PROFIBUS DP (decentraliserad periferi). Den här nya versionen innehöll mer enkelhet, inklusive enklare konfiguration och snabbare meddelanden.

ZVEI fortsätter att betjäna elektronikindustrin i Tyskland. Deras arbete med att skapa PROFIBUS var avgörande.

organisationer

PROFIBUS-standarder upprätthålls och avanceras via ett par viktiga organisationer. 1989 skapade PROFIBUS-tillverkare och användare PROFIBUS User Organization (PNO). Denna grupp var, och är fortfarande, ett icke-kommersiellt företag. Medlemmar arbetar för att främja PROFIBUS genom support och utbildning, inklusive publicering av dokument som hjälper användare att tillgodose deras behov med hjälp av befintlig teknik.

en större grupp bildades 1995 och fick namnet PROFIBUS International, eller PI. Som den största Fältbussanvändarföreningen i världen kan PI utföra många uppgifter som är avgörande för PROFIBUS utveckling. Liksom PNO utbildar PI användare på PROFIBUS och hjälper till att främja sin placering över hela världen. Organisationen går dock längre genom att hjälpa till med kvalitetssäkring, sätta standarder och utveckla ny PROFIBUS-teknik.

översikt

PROFIBUS är en smart, fältbussteknik. Enheter på systemet ansluter till en central linje. När de är anslutna kan dessa enheter kommunicera information på ett effektivt sätt, men kan gå utöver automatiseringsmeddelanden. PROFIBUS-enheter kan också delta i självdiagnos och anslutningsdiagnos. På den mest grundläggande nivån drar PROFIBUS nytta av överlägsen design av sina OSI-lager och grundläggande topologi.

OSI — Modell

Figur 1 — PROFIBUS OSI-Modell
Figur 1-PROFIBUS OSI-Modell

PROFIBUS-nätverk använder tre separata lager av OSI-nätverksmodellen. Först beskriver PROFIBUS applikationsskiktet. Det finns flera versioner av PROFIBUS som hanterar olika typer av meddelanden i applikationslagret. Några av de typer av meddelanden PROFIBUS stöder inkluderar cyklisk och acyklisk datautbyte, diagnos, larmhantering, och isokrona meddelanden.

PROFIBUS definierar inte lager tre till sex. Det definierar dock datalänken och fysiska lager, lager ett och två. Datalänkskiktet slutförs via en Fältbussdatalänk eller FDL. FDL-systemet kombinerar två vanliga system, master-slave-metodik och token-passering. I ett master-slavnätverk skickar mästare, vanligtvis styrenheter, förfrågningar till slavar, sensorer och ställdon. Slavarna svarar därefter. PROFIBUS inkluderar också tokenpassering, ett system där en ”token” – signal passeras mellan noder. Endast noden med token kan kommunicera. Token passing-konceptet är som den talande conch; endast personen med conch får prata.

gilla vad du läser?

prenumerera på vår e-postserie för Automation Education för att lära dig alla detaljer i de bästa industriella protokollen i ett byte-format varje vecka!

slutligen definierar PROFIBUS ett fysiskt lager, även om det ger utrymme för flexibilitet. PROFIBUS-system kan ha tre typer av media. Den första är ett standard tvinnat parkopplingssystem, i detta fall RS485. Ytterligare två avancerade system finns också tillgängliga. PROFIBUS-system kan nu fungera med fiberoptisk överföring i fall där det är mer lämpligt. Ett säkerhetsförbättrat system som heter Manchester Bus Power, eller MBP, finns också i situationer där den kemiska miljön är utsatt för explosion.

topologi

PROFIBUS använder busstopologin. I denna topologi är en central linje eller buss kopplad i hela systemet. Enheter är anslutna till denna centrala buss. En buss eliminerar behovet av en linje i full längd som går från den centrala styrenheten till varje enskild enhet.

tidigare var varje PROFIBUS-enhet tvungen att ansluta direkt till centralbussen. Tekniska framsteg har dock gjort det möjligt för ett nytt ”tvåtrådigt” system. I denna topologi kan PROFIBUS centralbuss ansluta till ett PROFINET Ethernet-system. På detta sätt kan flera PROFIBUS-bussar ansluta till varandra.

typer av PROFIBUS

PROFIBUS har avancerat genom en handfull revisioner. I vissa fall har framsteg lett till en ny typ av PROFIBUS. I andra fall innebär nya versioner olika versioner av samma typ av PROFIBUS. I alla fall innebär de olika PROFIBUS-lösningarna att systemet kan anpassas för att passa olika branschers olika behov.

PROFIBUS FMS

den ursprungliga versionen av PROFIBUS var PROFIBUS FMS, Fältbussmeddelandespecifikation. PROFIBUS FMS utformades för att kommunicera mellan programmerbara styrenheter och datorer och skicka komplex information mellan dem. Tyvärr, som den första ansträngningen från PROFIBUS-designers, var FMS-tekniken inte så flexibel som behövs. Detta protokoll var inte lämpligt för mindre komplexa meddelanden eller kommunikation i ett bredare, mer komplicerat nätverk. Nya typer av PROFIBUS skulle tillgodose dessa behov. PROFIBUS FMS används fortfarande idag, även om de allra flesta användare tycker att nyare lösningar är mer lämpliga.

PROFIBUS DP

den andra typen av PROFIBUS är mer universell. Kallas PROFIBUS DP, för decentraliserad periferi, är detta nya protokoll mycket enklare och snabbare. PROFIBUS DP används i den överväldigande majoriteten av PROFIBUS applikationsprofiler som används idag. Applikationsprofiler tillåter användare att kombinera sina krav på en specifik lösning, och de kommer att diskuteras mer detaljerat inom kort.

PROFIBUS DP har i sig tre separata versioner. Varje version, från DP-V0 till DP-V1 och DP-V2, ger nyare, mer komplicerade funktioner.

PROFIBUS PA

PROFIBUS PA är ett protokoll utformat för processautomatisering. I själva verket är PROFIBUS PA en typ av PROFIBUS DP-Applikationsprofil. PROFIBUS pa standardiserar processen för överföring av uppmätta data. Det har dock en mycket viktig unik egenskap. PROFIBUS PA har utformats speciellt för användning i farliga miljöer.

i de flesta miljöer arbetar PROFIBUS PA över RS485 twisted pair media. Detta media, tillsammans med pa ansökan profilen stöder makt över bussen. I explosiva miljöer kan dock den kraften leda till gnistor som inducerar explosioner. För att hantera detta kan PROFIBUS PA användas med Manchester Bus Powered technology (MBP).

MBP Technology

MBP media har utformats speciellt för att användas i PROFIBUS PA. Det tillåter överföring av både data och ström. Tekniken sänker dock strömmen. En mindre effekt minskar eller nästan eliminerar risken för explosion. Bussar som använder MBP kan nå 1900 meter och kan stödja grenar. Applikationsprofiler

PROFIBUS kan skräddarsys efter specifika behov med hjälp av applikationsprofiler. Det finns många profiler som kombinerar standarder för överföringsmedia, kommunikationsprotokoll (FMS, DP-V0, etc…) och unika protokoll. Varje applikationsprofil är anpassad till en specifik användning, och nya profiler visas regelbundet. Att lista dem alla skulle vara besvärligt.

vissa applikationsprofiler är dock utbredda. Två exempel är PROFIsafe och PROFIdrive. PROFIsafe

PROFIsafe använder ytterligare programvara för att skapa ett nätverk med hög integritet. Detta nätverk är användbart i situationer där hög säkerhet är ett krav. För att leverantörer och tillverkare ska vara certifierade i PROFIsafe måste de hålla höga kvalitetsstandarder.

PROFIdrive

PROFIdrive skapades för rörelsekontroll applikationer. Programvara som läggs till i PROFIBUS DP-specifikationen gör det möjligt för nätverket att uppnå exakt kontroll av servomotorer och annan utrustning. Således kan PROFIdrive uppnå synkronisering över nätverket.

kvalitetssäkring

användarorganisationen PROFIBUS har skapat ett testprogram för överensstämmelse för att säkerställa att enheter uppfyller höga krav. I detta program skickas en enhet till ett oberoende laboratorium för testning. Enheten genomgår sedan en omfattande serie tester, inklusive hårdvara, överensstämmelse och funktionstester, bland andra. Testresultaten dokumenteras

när en enhet klarar alla tester kan tillverkaren ansöka om ett överensstämmelsecertifikat. Certifikatet är giltigt i tre år och kan förnyas med ytterligare testning.

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

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.