Wszystko o sieci PROFIBUS oraz o tym, jak wykorzystywać ją w połączeniu z usługami IIoT
W skrócie
- Celem niniejszego artykułu jest dostarczenie niezbędnych informacji na temat sieci PROFIBUS .
- Omówimy w nim typy sieci PROFIBUS oraz sposób ich działania, a także pokażemy różnice pomiędzy PROFIBUS i PROFINET oraz, jak można zastosować IIoT w rozwiązaniu PROFIBUS.
- Mamy nadzieję, że ten artykuł pomoże naszym klientom w usprawnieniu działania ich sieci. A jeśli nawet sieć taka jeszcze nie została wdrożona, to potencjalny użytkownik już będzie miał wszystkie informacje, potrzebne do zaplanowania jej wdrożenia w swoim zakładzie.
- W tym miejscu należy również wspomnieć, że społeczność użytkowników PROFIBUS rozrasta się z dnia na dzień, a grupa osób odpowiedzialnych za ten protokół robi świetną robotę, rozpowszechniając informacje o PROFIBUS wszędzie, gdzie się da.
- Zatem spróbujmy przyjrzeć się bliżej temu protokołowi i sprawdźmy, jak można go używać w połączeniu z usługami IIoT, aby uzyskać maksymalną wydajność urządzeń obiektowych i sieci.
Czym jest PROFIBUS?
PROFIBUS to sieć cyfrowa, która zapewnia komunikację pomiędzy czujnikami obiektowymi a systemem sterowania lub kontrolerami. Podczas opracowywania pierwszej koncepcji rozwiązania PROFIBUS, zamierzano je wdrożyć w zakładowej automatyce przemysłowej, a następnie w procesach przemysłu przetwórczego, produkcji itp.
Najpierw powstał PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Był to złożony protokół, który nie jest już dziś używany. Następnie rozpoczęto prace nad stworzeniem protokołu PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals), a w 1998 roku wdrożono protokół PROFIBUS PA (Process Automation).
Dziś, gdy mówimy o PROFIBUS, mamy na myśli przede wszystkim PROFIBUS DP i PROFIBUS PA, ale warto przypomnieć, że jest również PROFINET, oparty na komunikacji Ethernet, który znalazł zastosowanie w wielu różnych obszarach.
Jakie są typy PROFIBUS?
Jak już wspomniano, na rynku są obecnie dostępne PROFIBUS DP i PROFIBUS PA. Zobaczmy teraz, jak działają te protokoły i gdzie są najczęściej wykorzystywane.
Co to jest PROFIBUS DP?
Sieć PROFIBUS DP została opracowana jako szybkie rozwiązanie, bazujące na warstwie fizycznej RS485 i europejskiej normie EN-50170. Warstwa fizyczna nie musi być „miedziana” – można również zastosować łączność bezprzewodową lub światłowody. DP w nazwie PROFIBUS DP to skrót od Decentralized Periphery. Nazwa odnosi się do połączeń WE/WY, które wykorzystują całkowicie zdecentralizowaną, szybką komunikację szeregową do łączenia się z centralnym systemem sterowania.
Warto również wspomnieć, że protokół PROFIBUS DP opiera się na modelu Open System Interconnection (OSI), zgodnie z normą ISO 7498, a każda warstwa protokołu ma zdefiniowane zadania. PROFIBUS DP jest siecią typu multi-master – to oznacza, że gdy w systemie są dwa lub więcej urządzeń nadrzędnych (master), token dający prawo do komunikacji z urządzeniami obiektowymi jest przekazywany od urządzenia nadrzędnego (master) do urządzenia podrzędnego (slave), a każde z nich otrzymuje część czasu komunikacji.
Są dwie klasy urządzeń master. Master klasy 01 przekazuje cykliczne informacje w celu sterowania procesem. Master klasy 02 (opcjonalny) przekazuje informacje acykliczne i służy do diagnostyki, alarmów i konfiguracji urządzeń. Jeśli chodzi o prędkość, to sieć działa z prędkością od 9,6 kbp/s do 12 Mbp/s, w systemie od 100 do 1000 metrów. A jeśli chodzi o topologię, to sieci PROFIBUS DP są liniowe i do ich budowy wykorzystuje się bramki, regeneratory sygnałów oraz terminatory. Wreszcie, co jest równie ważne, sieci DP mogą mieć profil ProfiSafe i mogą być używane w aplikacjach bezpieczeństwa SIL3.
Co to jest PROFIBUS PA?
Protokół PROFIBUS PA został opracowany w oparciu o komunikację HART i początkowo był traktowany jako następny etap w jej rozwoju. Wykorzystuje się go na obiektach, gdzie konieczna jest komunikacja pomiędzy przyrządami pomiarowymi a systemem sterowania. Zarówno do zasilania, jak i komunikacji, PROFIBUS PA używa skrętek ekranowanych. Fizyczna struktura sieci jest zgodna z normą IEC-61158-2, a szybkość transmisji danych wynosi 31,25 kbit/s. Właściwie jest to praktycznie to samo co FOUNDATION Fieldbus H1 – oba oparte są na tym samym standardzie.
W momencie opracowywania, prędkość 31,25 kbit/s była (i nadal jest) aż nadto wystarczająca dla informacji wysyłanych i odbieranych przez urządzenia obiektowe. Urządzenia PROFIBUS PA nie są podłączone bezpośrednio do sterownika. Pracuje on w szybszej sieci PROFIBUS DP i można do niego dotrzeć za pomocą łącznika lub łącza. Łącznik/łącze działa jako interfejs sieciowy i dostarcza zasilanie do magistrali. Największą zaletą sieci PA jest to, że można je zaprojektować tak, aby były samoistnie bezpieczne, co oznacza, że podłączone do nich urządzenia mogą pracować w strefach zagrożonych wybuchem.
Zazwyczaj na magistrali iskrobezpiecznej pracuje mniej urządzeń niż w sieci konwencjonalnej, jednak ich liczba zależy od kilku czynników, które w każdym przypadku determinują optymalną konfigurację sieci. Należą do nich na przykład: pobór prądu przez urządzenie, długość magistrali, typ kabla itp.
Co to jest PROFINET?
Na wstępie chcemy zaznaczyć, że w tym rozdziale nie będziemy specjalnie zagłębiać się w szczegóły dotyczące protokołu PROFINET . Zajmuje się nim co prawda ta sama grupa osób co PROFIBUS, jednak jest to inny protokół.
Można powiedzieć, że PROFINET powstał w wyniku rozwoju protokołu PROFIBUS. W dzisiejszym przemyśle chętnie korzysta się z protokołów opartych na standardzie Ethernet (IEEE 802.3) i modelu OSI. PROFINET może być używany w różnych dziedzinach, od sterowania po komunikację na obiekcie. Zapewnia jednolitą, „pionową” sieć i oferuje wszystkie korzyści wynikające z zastosowania IT w liniach produkcyjnych firm.
Można już znaleźć wielu producentów, którzy oferują urządzenia obiektowe komunikujące się za pomocą natywnego protokołu w oparciu o technologię Ethernet. Kolejną zaletą jest łatwość wdrożenia takiego protokołu, ponieważ wykorzystuje on dobrze znany model o niskich kosztach infrastruktury. Trzeba pamiętać, że PROFINET to nie to samo co PROFIBUS Ethernet! PROFINET to otwarty standard oparty na technologii Ethernet i, w pewnym sensie, kolejny etap w rozwoju protokołu PROFIBUS.
Istotną zaletą protokołu PROFINET jest to, że może współistnieć z komunikacją TCP/IP, co daje znaczące korzyści. Wszystkie urządzenia są połączone w jedną sieć, w której odbywa się sterowanie, diagnostyka itp. Bramki zazwyczaj nie są wymagane. Standard pozwala na budowę sieci na wiele różnych sposobów, np. w topologii pierścieniowej, liniowej, hierarchicznej, gwiazdy itp. PROFINET działa z prędkością do 1000 megabitów na sekundę, a kable mogą mieć długość do 100 metrów. Ze względu na dużą szybkość działania, czas reakcji wynosi mniej niż 1 milisekundę.
Czym się różni PROFIBUS od PROFINET?
Kiedy mówimy PROFIBUS, mamy na myśli tradycyjny i dobrze znany protokół komunikacji cyfrowej, który został wdrożony w różnych branżach i zastosowaniach. Protokół ten opiera się na komunikacji szeregowej i w różnych gałęziach przemysłu przyniósł już wiele korzyści.
PROFINET to protokół oparty na przemysłowym standardzie Ethernet. Ale PROFINET obsługuje szybszą komunikację i zapewnia większą przepustowość. To oznacza, że wiadomość przesyłana w sieci PROFINET może zawierać znacznie więcej informacji niż wiadomość przesyłana w sieci PROFIBUS.
W tabeli poniżej, opracowanej przez PROFIBUS International, znajdziemy porównanie obu tych opcji:
Podsumowując, jest to jedno z najlepszych dostępnych rozwiązań. Niezależnie od tego kluczowe jest dokładne określenie wymagań danego zastosowania, aby wdrożyć taki protokół komunikacyjny, który będzie najlepiej się sprawdzać w naszym zakładzie.
Co to jest PROFIBUS & PROFINET International?
PROFIBUS & PROFINET International to duża organizacja, która zajmuje się propagowaniem i wdrażaniem rozwiązań automatyki w różnych częściach świata. W swoich działaniach koncentruje się na PROFIBUS i PROFINET – dwóch z najważniejszych protokołów komunikacyjnych na rynku, starając się zmniejszyć luki w wiedzy na temat wykorzystania tych protokołów w różnych gałęziach przemysłu. W tym celu organizacja przygotowuje różne spotkania, aby rozmawiać o technologii i przekazywać użytkownikom końcowym niezbędne informacje.
Jak korzystać z usług IIoT w sieci PROFIBUS?
Niektórzy użytkownicy protokołu PROFIBUS wdrażają sieć tak, jak system 4–20 mA. Jednak dane zbierane z sieci można wykorzystać do lepszego zrozumienia bieżącej sytuacji i podjęcia działań, zanim dojdzie do problemów.
Tradycyjne monitorowanie stanu może być w niektórych przypadkach dość skomplikowane. Jednak obecnie, usługi IIoT umożliwiają łatwe monitorowanie stanu urządzeń i zapewniają szybki dostęp do informacji i dokumentów w bazie danych – nawet zdalnie.
Aby zebrać z obiektu informacje diagnostyczne i dane statusu, konieczne jest posiadanie tzw. bramki. Dobrym przykładem jest tutaj Fieldgate SFG500. Będzie działać jako urządzenie master DP klasy 02, zbierając wszystkie dane z urządzeń obiektowych. Bramka ta jest następnie podłączana do urządzenia brzegowego, takiego jak FieldEdge SGC500.
Wszystkie informacje z urządzeń są przesyłane do chmury za pomocą bezpiecznego środowiska. Tutaj też można korzystać z różnych typów usług IIoT, na przykład Netilion Health do monitorowania stanu urządzeń obiektowych.
Jednocześnie można mieć również Netilion Library do organizowania całej niezbędnej dokumentacji, np. instrukcji technicznych, raportów z kalibracji itp.
Wreszcie, co jest nie mniej ważne, można uzyskać lepszą kontrolę nad zainstalowanymi zasobami. Netilion Analytics, wraz z urządzeniem brzegowym, utworzy cyfrowego bliźniaka każdego urządzenia, dostarczając wszelkich informacji na temat zainstalowanych zasobów, takich jak: typ urządzenia, dostawca, stopień krytyczności, czas eksploatacji i wiele innych.
