Alt om et PROFIBUS-nettverk og hvordan det brukes med IIoT-tjenester

PROFIBUS er et digitalt nettverk som er ansvarlig for kommunikasjonen mellom feltsensorene og kontrollsystemet eller kontrollerne. Den første ideen under utviklingen var å implementere PROFIBUS-løsninger i fabrikkautomatiseringsindustrien, deretter prosessindustrien, produksjonsindustrien osv.

Helt i begynnelsen utviklet interessegruppen PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Det var en kompleks protokoll som ikke lenger er i bruk i dag. Deretter arbeidet de med å lage PROFIBUS DP-protokollen (Decentralised Peripherals), og i 1998 ble PROFIBUS PA (Process Automation) lansert.

I dag, når vi snakker om PROFIBUS, har vi PROFIBUS DP og PROFIBUS PA. I tillegg til det er PROFINET, basert på Ethernet-kommunikasjon, blitt utviklet og allerede implementert i mange forskjellige områder og anvendelser.

Som nevnt tidligere, finnes PROFIBUS DP og PROFIBUS PA på markedet. La oss nå se hvordan PROFIBUS DP og PA fungerer og i hvilke anvendelser de brukes mest.

PROFIBUS DP-nettverket ble utviklet som en rask løsning basert på et RS485-fysisk lag og den europeiske standarden EN-50170. Det fysiske laget trenger ikke å være kobber – du kan også ha trådløst eller fiberoptikk. PROFIBUS DP står for Decentralized Periphery (desentralisert periferi). Navnet refererer til I/U-tilkoblingene, som bruker fullstendig desentralisert seriell høyhastighetskommunikasjon for å koble til en sentral kontroller.

Det er også relevant å nevne at PROFIBUS DP-protokollen er basert på Open System Interconnection (OSI)-modellen i henhold til ISO 7498-standarden, og at hvert protokollag har definerte oppgaver. PROFIBUS DP-nettverket er et multi-master token-nettverk – det betyr at når det er to eller flere mastere i systemet, sendes et token som gir rett til å kommunisere med feltapparatene fra master til master, og hver får en andel av kommunikasjonstiden.

Det finnes to klasser av master. Masterklasse 01 kommuniserer syklisk informasjon for å kontrollere prosessen. Masterklasse 02 (valgfritt) kommuniserer asyklisk informasjon og brukes til diagnostikk, alarmer og enhetskonfigurasjon. Når det gjelder hastighet, fungerer nettverket med 9,6 kbp/s opp til 12 Mbp/s i et system på 100 til 1000 meter. Når det gjelder topologien, er PROFIBUS DP-nettverk lineære, og du bruker gateways, repeatere og terminatorer. Sist, men ikke minst, kan DP-nettverk ha en ProfiSafe-profil og brukes i SIL3-sikkerhetsanvendelser.

Opprinnelig ble PROFIBUS PA-protokollen utviklet som en videreutvikling av HART-kommunikasjon. Den er dedikert til feltanvendelser, der det er behov for kommunikasjon mellom måleinstrumentene og kontrollsystemet. PROFIBUS PA bruker skjermede tvunnet par for både strøm og kommunikasjon. Den fysiske nettverksstrukturen er i samsvar med IEC-61158-2, og datahastigheten på nettverket er 31,25 kbit/s. Faktisk er det stort sett det samme som FOUNDATION Fieldbus H1 – begge er basert på samme standard.

På utviklingstidspunktet var 31,25 kbit/s mer enn nok (og er det fortsatt) for den typen informasjon som sendes og mottas av feltinstrumenter. PROFIBUS PA-enheter er ikke koblet direkte til kontrolleren. Denne sitter på det raskere PROFIBUS DP-nettverket og nås via en kobler eller lenke. Koblingen/lenken fungerer som et nettverksgrensesnitt og forsyner bussen med strøm.

PROFIBUS PA-enheter er ikke koblet direkte til kontrolleren. Denne sitter på det raskere PROFIBUS DP-nettverket og nås via en kobler eller lenke. Koblingen/lenken fungerer som et nettverksgrensesnitt og forsyner bussen med strøm. Det flotte med PA-nettverk er at de kan utformes slik at de er egensikre, noe som betyr at instrumentene som er koblet til dem, kan brukes i farlige områder.

Normalt er det færre enheter på en egensikker buss sammenlignet med et konvensjonelt nettverk, men dette avhenger av flere faktorer som bestemmer det optimale antallet enheter for hver. Disse er for eksempel instrumentets strømforbruk, busslengde, kabeltype osv.

Det er viktig å nevne at dette kapitlet ikke vil gå i dybden på PROFINET , fordi det, selv om det også vedlikeholdes av PROFIBUS-interessegruppen, er en annen protokoll.

Vi kan si at PROFINET kan betraktes som en videreutvikling av PROFIBUS-protokollen. I dagens industri foretrekker man å bruke protokoller basert på Ethernet (IEEE 802.3) og OSI-modellen. PROFINET kan brukes fra kontroll til kommunikasjon i feltet, og gir et ensartet og vertikalt nettverk samt alle fordelene med IT i et selskaps produksjonsområder.

Det finnes allerede mange produsenter med feltinstrumenter som bruker en innfødt Ethernet-basert protokoll. En annen fordel ved implementeringen er at denne typen protokoll er enkel å implementere fordi den bruker en velkjent modell med lave infrastrukturkostnader. PROFINET bør ikke betraktes som PROFIBUS-Ethernet! PROFINET er en åpen standard basert på Ethernet og en videreutvikling av PROFIBUS-protokollen.

En betydelig fordel med PROFINET er dens latente sameksistens med TCP/IP, som gir betydelige fordeler. Alle enheter er koblet til ett enkelt nettverk hvor kontroll, diagnostikk osv. utføres. Gatewayer er normalt ikke nødvendig. Standarden gjør det mulig å bygge opp nettverket på mange forskjellige måter, for eksempel som en ring-, linje-, tre- eller stjernetopologi. PROFINET opererer med hastigheter på opptil 1000 megabit per sekund, og kablene kan være opptil 100 meter lange. På grunn av den høye hastigheten har den en responstid på mindre enn 1 millisekund.

Når vi snakker om PROFIBUS, snakker vi om en tradisjonell og velkjent digital kommunikasjonsprotokoll som har blitt implementert i forskjellige bransjer og anvendelser. Denne protokollen er basert på seriell kommunikasjon og har gitt industrien mange fordeler.

PROFINET er en protokoll basert på Industrial Ethernet. PROFINET støtter raskere kommunikasjon, og du har også mer båndbredde. Dette betyr at en melding som utveksles på PROFINET-nettverket kan inneholde mye mer informasjon enn en melding på PROFIBUS.

Nedenfor finner du en tabell fra PROFIBUS International som sammenligner de to alternativene:

Til syvende og sist er det en av de beste løsningene som finnes. Det er imidlertid fortsatt viktig å se på kravene til en anvendelse for å kunne implementere den beste kommunikasjonsprotokollen i anlegget.

PROFIBUS og PROFINET International er et stort automatiseringsfellesskap som finnes i ulike deler av verden. De er ansvarlige for PROFIBUS og PROFINET, to av de mest relevante kommunikasjonsprotokollene på markedet. Organisasjonen prøver å redusere gapet i kunnskap om feltprotokoller i ulike bransjer. De organiserer arrangementer for å snakke om teknologien og bringe kunnskap til sluttbrukerne.

Noen PROFIBUS-brukere implementerer nettverket som et 4-20 mA-system. Men det er mulig å bruke dataene fra nettverket til å forstå hva som skjer og handle før noe skjer.

Tradisjonell tilstandsovervåking kan være ganske kompleks i noen scenarier. Nå støtter imidlertid IIoT-tjenester enkel overvåking av enhetens tilstand og gir rask tilgang til databaseinformasjon og dokumenter – selv eksternt.

For å samle inn diagnostikk- og statusinformasjon fra feltet, må du ha en såkalt fieldgate. Et godt eksempel er Fieldgate SFG500. Den fungerer som en klasse 02 DP-master og samler inn alle dataene fra feltutstyret. Fieldgaten kobles deretter til en edge-enhet, for eksempel FieldEdge SGC500.

All informasjon fra enhetene overføres til skyen ved hjelp av et sikkert miljø. Her kan du bruke forskjellige typer IIoT-tjenester, for eksempel Netilion Health for å overvåke helsetilstanden til feltutstyret.

Samtidig kan du bruke Netilion Library til å organisere all dokumentasjon om feltutstyret, for eksempel tekniske håndbøker, kalibreringsrapporter og så videre.

Sist, men ikke minst, kan du få bedre kontroll over det installerte utstyret. Netilion Analytics, sammen med edge-enheten, vil opprette en digital tvilling av enheten, som fremskaffer all informasjon om det installerte utstyret, for eksempel type enheter, leverandører, kritikalitet, foreldelse og mye mer.