Kaikki PROFIBUS-verkosta ja sen käytöstä IIoT-palveluiden kanssa

PROFIBUS on digitaalinen verkko, joka vastaa tiedonsiirrosta kenttäanturien ja ohjausjärjestelmän tai ohjaimien välillä. Ensimmäinen ajatus sitä kehitettäessä oli ottaa PROFIBUS-ratkaisut käyttöön ensin tehdasautomaatioteollisuudessa, sitten prosessiteollisuudessa, valmistuksessa jne.

Sidosryhmä kehitti heti alussa PROFIBUS FMS:ää (Fieldbus Message Specification). Se oli monimutkainen protokolla, jota ei enää nykyään käytetä. Sen jälkeen työskenneltiin PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals) -protokollan luomiseksi ja vuonna 1998 lanseerattiin PROFIBUS PA (Process Automation).

Nykyään, kun puhumme PROFIBUSista, meillä on PROFIBUS DP ja PROFIBUS PA. Sen lisäksi on kehitetty Ethernet-tiedonsiirtoon perustuva PROFINET, joka on jo otettu käyttöön monilla eri alueilla ja sovelluksissa.

Kuten aiemmin mainittiin, markkinoill on PROFIBUS DP ja PROFIBUS PA. Tutustutaan nyt, miten PROFIBUS DP ja PA toimivat ja missä sovelluksissa niitä useimmin käytetään.

PROFIBUS DP -verkko kehitettiin nopeaksi ratkaisuksi, joka perustuu fyysiseen kerrokseen RS485 ja eurooppalaiseen standardiin EN-50170. Fyysisen kerroksen ei tarvitse olla kuparia – voidaan myös käyttää langatonta tai kuituoptiikkaa. PROFIBUS DP on lyhenne sanoista Decentralized Periphery. Nimi viittaa I/O-liitäntöihin, jotka käyttävät täysin hajautettua nopeaa sarjaliikennettä muodostaakseen yhteyden keskusohjaimeen.

On myös syytä todeta, että PROFIBUS DP -protokolla perustuu ISO 7498 -standardin mukaiseen Open System Interconnection (OSI) -malliin ja jokaisella protokollakerroksella on määritellyt tehtävät. PROFIBUS DP -verkko on multi-master-tunnusverkko – eli kun järjestelmässä on kaksi tai useampia isäntää, kenttälaitteisiin puhumiseen oikeuttava tunnus välitetään isännältä toiselle ja kumpikin saa osuuden viestintäajasta.

Isäntäluokkia on kaksi. Master Class 01 välittää syklistä tietoa prosessin ohjaamiseksi. Master Class 02 (valinnainen) välittää asyklistä tietoa ja sitä käytetään diagnostiikkaan, hälytyksiin ja laitekonfigurointiin. Verkko toimii 9,6 kbp/s - 12 Mbp/s nopeudella 100-1000 metrin järjestelmässä. Mitä tulee topologiaan, PROFIBUS DP -verkot ovat lineaarisia ja käytät yhdyskäytäviä, toistimia ja päätelaitteita. Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, DP-verkoilla voi olla ProfiSafe-profiili ja niitä voidaan käyttää SIL3-turvasovelluksissa.

Alun perin PROFIBUS PA -protokolla kehitettiin HART-viestinnän kehityskulkuna. Se on tarkoitettu kenttäsovelluksiin, joissa tarvitaan tiedonsiirtoa mittalaitteiden ja ohjausjärjestelmän välillä. PROFIBUS PA käyttää kierrettyjä suojattuja pareja sekä tehoon että tiedonsiirtoon. Sen fyysinen verkkorakenne on IEC-61158-2:n mukainen ja verkon tiedonsiirtonopeus on 31,25 kbit/s. Se on oikeastaan aika sama kuin FOUNDATION Fieldbus H1 – molemmat perustuvat samaan standardiin.

Kehityshetkellä 31,25 kbit/s oli enemmän kuin tarpeeksi (ja on edelleen) kenttälaitteiden lähettämälle ja vastaanottamalle tiedolle. PROFIBUS PA -laitteita ei ole kytketty suoraan ohjaimeen. Se sijaitsee nopeammassa PROFIBUS DP -verkossa ja saavutetaan kytkimen tai linkin kautta. Kytkin/linkki toimii verkkoliitäntänä ja syöttää virtaa väylään. Parasta PA-verkoissa on, että ne voidaan suunnitella luonnostaan ​​vaarattomiksi, mikä tarkoittaa, että niihin liitetyt mittalaitteet voivat toimia räjähdysvaarallisilla alueilla.

Normaalisti luonnostaan ​​vaarattomalla väylällä on vähemmän laitteita verrattuna perinteiseen verkkoon, mutta tämä riippuu useista tekijöistä, jotka määrittävät kullekin laitteiden optimaalisen lukumäärän. Näitä ovat esimerkiksi laitteen kulutusvirta, väylän pituus, kaapelityyppi jne.

Huomioi, että tässä luvussa ei käsitellä PROFINET kovin syvällisesti, koska vaikka PROFIBUS-sidosryhmä pitää myös sitä yllä, kyseessä on erilainen protokolla.

Voidaan sanoa, että PROFINETiä voidaan pitää PROFIBUS-protokollan evoluutiona. Nykyään alan ihmiset haluavat käyttää Ethernetiin (IEEE 802.3) ja OSI-malliin perustuvia protokollia. PROFINETiä voidaan käyttää ohjaamaan kentän viestintää niin, että se tuo yhtenäisen ja vertikaalisen verkon sekä kaikki IT:n edut yrityksen eri tuotantoalueille.

Löydät jo monia valmistajia, joilla on alkuperäistä Ethernet-pohjaista protokollaa käyttäviä kenttälaitteita. Toinen etu sen käytössä on, että tällainen protokolla on helppo toteuttaa, koska se käyttää hyvin tunnettua mallia, jonka infrastruktuurikustannukset ovat alhaiset. PROFINETiä ei pidä pitää PROFIBUS-Ethernetinä! PROFINET on avoin standardi, joka perustuu Ethernetiin ja PROFIBUS-protokollan kehitykseen.

PROFINETin merkittävä etu on sen piilevä rinnakkaiselo TCP/IP:n kanssa, mikä tuo huomattavasti lisää etuja. Kaikki laitteet on kytketty yhteen verkkoon, jossa suoritetaan ohjaus, diagnostiikka jne. Yhdyskäytäviä ei yleensä tarvita. Standardi mahdollistaa verkon rakentamisen monella eri tavalla, esimerkiksi rengas-, linja-, puu- tai tähtitopologialla. PROFINET toimii jopa 1000 megabitin nopeudella sekunnissa ja kaapelit voivat olla jopa 100 metriä pitkiä. Nopean toimintansa ansiosta sen vasteaika on alle 1 millisekunti.

Kun puhumme PROFIBUSista, puhumme perinteisestä ja tunnetusta digitaalisesta viestintäprotokollasta, jota käytetään eri toimialoilla ja sovelluksissa. Tämä protokolla perustuu sarjaviestintään ja on tuonut paljon etuja teollisuudelle.

PROFINET on teolliseen Ethernetiin perustuva protokolla. PROFINET tukee nopeampaa viestintää ja sillä on myös enemmän kaistanleveyttä. Tämä tarkoittaa, että PROFINET-verkossa vaihdettu viesti voi sisältää paljon enemmän tietoa kuin PROFIBUS-viesti.

Alla on PROFIBUS Internationalin taulukko, jossa vertaillaan molempia vaihtoehtoja:

Se on lopulta yksi parhaista saatavilla olevista ratkaisuista. On kuitenkin edelleen tärkeää huomioida sovelluksesi vaatimukset parhaan tiedonsiirtoprotokollan toteuttamiseksi laitoksessasi.

PROFIBUS ja PROFINET International ovat laaja automaatioyhteisö, joka on läsnä eri puolilla maailmaa. Ne vastaavat PROFIBUS- ja PROFINET-protokollasta, jotka ovat markkinoiden tärkeimpiä viestintäprotokollia. Organisaatio yrittää kaventaa kenttäprotokollaosaamisen kuilua eri toimialoilla. Organisaatio järjestää tapahtumia, joissa puhutaan teknologiasta ja tuodaan tietoa loppukäyttäjille.

Jotkut PROFIBUS-käyttäjät toteuttavat verkon 4-20 mA järjestelmän tavoin. Mutta on mahdollista käyttää verkon tietoja ymmärtääkseen, mitä tapahtuu, ja toimiakseen ennen kuin jotain tapahtuu.

Perinteinen kunnon monitorointi voi joissakin skenaarioissa olla melko monimutkaista. Nyt IIoT-palvelut tukevat kuitenkin laitteen kunnon helppoa monitorointia ja tarjoavat nopean pääsyn tietokantatietoihin ja asiakirjoihin - jopa etänä.

Diagnostiikka- ja tilatietojen keräämiseksi kentältä tarvitset ns. kenttäportin. Yksi hyvä esimerkki on Fieldgate SFG500. Se toimii luokan 02 DP-masterina, joka kerää kaikki tiedot kenttälaitteistasi. Kenttäportti yhdistetään sitten reunalaitteeseen, kuten FieldEdge SGC500:aan.

Kaikki laitteista tuleva tieto siirretään pilveen suojatussa ympäristössä. Siellä voit käyttää erityyppisiä IIoT-palveluita, esimerkiksi Netilion Healthia kenttälaitteiden terveydentilan monitorointiin.

Samaan aikaan Netilion Library voi järjestää kaikki kenttälaitteitasi koskevat asiakirjat, kuten tekniset käsikirjat, kalibrointiraportit jne.

Viimeisenä mutta ei vähäisimpänä, voit hallita asennettua laitekantaasi paremmin. Netilion Analytics yhdessä reunalaitteen kanssa luo laitteellesi digitaalisen kaksosen, joka tarjoaa asennetusta laitekannasta kaikki tiedot, kuten laitetyypit, toimittajat, kriittisyyden, vanhentumisen ja paljon muuta.