bélyegkép|jobbra|250px|Profibus logo A Profibus (Process Field Bus) egy univerzális ipari kommunikációs rendszer, melyet nagy előszeretettel alkalmaznak ott, ahol nagyobb rendszerek jelcseréje zajlik.
A Profibus gyártófüggetlen, nyílt terepbuszszabvány széleskörű alkalmazási területtel. A szervezet neve az utóbbi időben PI-re váltott, mert a Profibus utódjának fejlesztett Profinet is a szervezethez tartozik.
A Profibus lehetővé teszi különböző gyártók eszközeinek speciális interfész nélküli kommunikációját. A Profibus felhasználható nagy sebességű, időkritikus adatátvitelre és nagy, bonyolult kommunikációs feladatok megoldására egyaránt. Az utóbbi években a Profibust egyre inkább a Profinet váltja le. bélyegkép|jobbra|250px|Profibusz típusok: Legalul, a terepi szinten a Profibus DP és egy átalakító modulon keresztül a Profibus PA érhető el a PLC felől. A Profibus FMS a master PLC-ket köti össze a középső szinten a megjelenítőkkel (HMI-kkal). A legfelső szintre (ERP/SCADA) az adatokat vagy a PLC-k, vagy a SCADA-k szolgáltatják. Jellemzően a szűk keresztmetszetet az FMS szokta képezni, melynek sebessége, ha a vonal rendesen ki van építve, maximum 12 Mb/s. A modernebb megoldásokban ezért az FMS-t nagyon gyakran a lényegesen gyorsabb és megbízhatóbb Profinettel váltották ki.
Története 1989-ben fejlesztette ki a BMBF (Bundesministerium für Bildung und Forschung – Képzési és Fejlesztési Minisztérium) 21 vállalat bevonásával a német DIN 19245 szabványnak megfelelően. Ezt a későbbiekben a nemzetközi EN 50170-es normának feleltették meg. Legutóbb a Profibus standardot az IEC 61158-nak (nemzetközi terepi busz standard) feleltették meg.
Változatai
Profibus DP A DP a „Dezentrale Peripherie” rövidítése, ez elosztott I/O-nak fordítható. Ez a busz többnyire a szenzorok és aktorok beolvasását és vezérlését látja el. A busz fejlett diagnosztikai megoldásokat is integrál, alapvetően az I/O szigetek (más néven DP-k) és a PLC-k közötti kommunikációra szokás alkalmazni.
Az elosztott eszközökkel való kommunikáció legnagyobb része ciklikusan történik. Ebben a kommunikációban az EN 50170 szabvánnyal összhangban levő Profibus DP funkciók használhatók fel. Ezen ciklikus funkciók végrehajtása mellett az intelligens terepi eszközök konfigurálására, diagnosztizálására és hibakezelésére aciklikus kommunikációs funkciók használata is szükséges, magyarul normál működés mellett a PLC ciklusa szerint meghatározott időközönként történik az adatok olvasása/írása, de konfigurálás/diagnosztika esetén a kommunikáció ütemezése eltér ettől.
A Profibus DP mono-master és multi-master rendszereket tesz lehetővé. A Simatic csak a mono-master módot támogatja, azaz egy DP hálózaton csak egy master lehetséges.
A Profibus DP maximális átviteli sebessége 12 Mbit/s.
Egy buszra maximum 126 eszköz csatlakoztatható. Egy rendszer konfigurációja leírható az állomások számának, az állomások és az I/O címek egymáshoz rendelésének, az adatformátumnak, a diagnosztikai üzenetek formátumának és a használt busz paramétereinek megadásával.
Speciális változata az ún. PROFIdrive, ami hajtásrendszerekkel való kommunikációra alkalmazható. Ez talán a legszélesebb körben alkalmazott Profibus-változat.
A Profibus DP rendszerek eszköztípusai 1. osztályú DP master (DPM1): Az 1. osztályú DP master egy központi vezérlő, mely egy meghatározott üzenetciklus során információt cserél az elosztott állomásokkal (DP slave-ek). Ebbe az osztályba tartoznak a programozható vezérlők (PLC-k), a PC-k és a VME rendszerek. 2. osztályú DP master (DPM2): A 2. osztályú DP masterek programozók, konfigurációs eszközök vagy vezérlő panelek. A DP rendszer konfigurálására, vezérlési és ellenőrzési célokra használhatók fel. DP slave: A DP slave egy periféria (I/O eszköz, meghajtó, HMI, szelep, stb.) mely begyűjti az input információt és a vezérlő felé továbbítja, onnan pedig az outputot viszi át a DP felé. Vannak csak input vagy csak output eszközök is. Az input és output információ mennyisége az eszköz típusától függ. Egyidejűleg maximum 246 byte információ megengedett mind az input, mind az output vonatkozásában.
Profibus PA A Profibus PA (Process Automation) folyamatszabályozási célokra használható. Lehetővé teszi érzékelők és beavatkozók közös buszra csatlakozását nagy megbízhatóságot igénylő környezetben is. Az IEC 1158-2 nemzetközi szabvány szerinti 2 vezetékes technológiával egyszerre szolgál kommunikációra és a tápfeszültség továbbítására.
A Profibus PA a folyamatautomatizálásban használatos. A PA az automatizálási rendszereket kapcsolja össze a folyamatvezérlő rendszerekkel és a terepi eszközökkel. Az analóg 4-20 mA-es technológiát váltja fel. A Profibus PA használata a tervezési, kábelezési, szerelési és karbantartási költségek 40%-os csökkenését eredményezi, miközben az elérhető funkciók száma és a megbízhatóság nő.
További előnyei:
Egyedi folyamat automatizálási alkalmazási profilok és a különböző gyártók eszközeinek kicserélhetősége Eszközök hozzáadása és eltávolítása a többi állomás zavarása nélkül Transzparens kommunikáció a Profibus PA és a Profibus DP busz szegmensek között szegmenscsatolók alkalmazásával Az IEC 1158-2 technológián alapuló távoli tápfeszültség-ellátás és adatátvitel ugyanazon a két vezetéken Kétféle hibatűrési típus „teljesen megbízható” vagy „nem teljesen megbízható”
Profibus FMS A Fieldbus Message Specification a magasabb szintű komplex gépek és vezérlők közötti kommunikációra lett kifejlesztve, de nem igazán terjedt el. Helyette ezen a szinten is gyakran a DP-t szokás használni, vagy a Profinetet. Éppen ezért az FMS már nem része a nemzetközi terepibusz-szabványnak.
Az FMS szolgáltatások a terepbusz alkalmazásokra optimalizált MMS szolgáltatások (MMS = Manufacturing Message Specification, ISO 9506) részét képezik, melyeket a kommunikációs objektumok adminisztrációját szolgáló és hálózatmenedzsment funkciókkal egészítettek ki.
FMS szolgáltatások Context Management: A logikai kapcsolatok létrehozására és bontására valamint nem megengedett szolgáltatások elutasítására szolgálnak. Variable Access: Egyszerű változók, rekordok, tömbök és változó listák érhetők el. Domain Management: Nagy memóriaterületeket továbbítanak. A továbbítandó adatokat a felhasználó szegmentálja. Event Management: Alarm üzenetek és események továbbítására szolgálnak. Ezek az üzenetek broadcast vagy multicast továbbítással is átvihetők. Program Invocation Management: A szolgáltatások programvezérlésre használhatók. VFD Support: Azonosításra és státusz lekérdezésre szolgálnak. Az eszköz kérésére is továbbíthatók multicast vagy broadcast üzenetként. OD Management: Ezekkel a szolgáltatásokkal olvasható vagy írható az objektumkönyvtár.
Technológia
A Profibus OSI modell szerinti besorolása:
Profibus-Protokoll (Az OSI-Modell szerint) OSI-szint Angol megnevezés Profibus 7 Alkalmazási réteg Application DP-V0 DP-V1 DP-V2 Management 6 Megjelenítési réteg Presentation -- 5 Viszony réteg Session 4 Szállítási réteg Transport 3 Hálózati réteg Network 2 Adatkapcsolati réteg Data Link FDL 1 Fizikai réteg Physical RS–485 Optikai MBP
FDL A Profibus adatkapcsolati rétege az FDL (Fieldbus Data Link).
FDL/MAC Az FDL rétegnek a fő funkciója a hozzáférés vezérlés (MAC – Medium Access Control). Ennek feladata kétrétű:
Amennyiben a hálózaton több master is található, úgy token vezérlést alkalmaz. A token egy speciális távirat, mely mindig kijelöl egy mastert küldésre. Amíg a token a masternél van, úgy az lefolytathatja a számára szükséges kommunikációt – persze záros időn belül –, majd a tokent tovább kell adnia a következő masternek.
Ha a masterhez egy vagy több hozzárendelt slave tartozik, akkor amíg a tokennel rendelkezik, le kell kérdeznie a slave-et vagy slave-eket, és ki kell adnia rájuk a parancsokat. A slave-ek a master megszólítása nélkül nem kommunikálhatnak. Amennyiben a hálózaton csak egy master van (pl. Profibus DP esetén), úgy az folyamatosan rendelkezik a token fölött, és folyamatosan kommunikálhat a hozzárendelt slave-ekkel.
A MAC-nek kell megállapítania első indításkor a tokenek sorrendjét, majd futás alatt figyelemmel kísérnie, ha kiesik egy master a hálózatról, akkor meg kell vonni a tokenjogosultságát ha újonnan belép (vagy visszalép) egy master a hálózatra, akkor be kell vonnia a tokenhívásba.
FDL-Adatbiztosítás Az FDL a pont-pont kapcsolatok mellett a broadcast és multicast üzeneteket is támogatja: multicast: az aktív állomás egy (nyugtázatlan) üzenetet küld a többi állomás egy csoportjának (lehetnek ezek masterek és slave-ek is) broadcast: az aktív állomás egy (nyugtázatlan) üzenetet küld az összes többi állomásnak (lehetnek ezek masterek és slave-ek is).
Az FDL réteg szolgáltatásai
SzolgáltatásFunkcióLeírásDPPAFMS SDA bélyegkép|jobbra|250px|SDA Adatküldés nyugtázással (Send Data with Acknowledge) - - X SRD bélyegkép|jobbra|250px|SRD Adatküldés és fogadás válasszal (Send and Receive Data with Reply) X X - SDN bélyegkép|jobbra|250px|SDN Adatküldés nyugtázás nélkül (Send Data with No Acknowledge) X X X CSRD bélyegkép|jobbra|250px|CSRD Ciklikus adatküldés és fogadás válasszal (Cyclic Send and Receive Data with Reply) - - X
Profibusz telegram formátum
Telegramm típus Kódolás Felépítés Adatmező nélküli telegram SD1 = 0x10SD1DASAFCFCSED Változó adathosszú telegram SD2 = 0x68SD2LELErSD2DASAFCPDUFCSED Fix adathosszú telegram (ritka) SD3 = 0xA2SD3DASAFCPDUFCSED Token telegram SD4 = 0xDCSD4DASA Rövid nyugta SC = 0xE5SC Telegrammok elemei A fenti táblázatból
Mező kódja Angol megnevezés Hossza Lehetséges értékei Leírása SD1 .. SD4 start delimiter 1 bájt - start-byte, egyben a telegram-típus azonosítója LE length 1 bájt 4..249 hossz byte; a DA, SA, FC és adatmező hossza bájtban LEr lenght repeat 1 bájt 4..249 hossz byte még egyszer, a biztonság kedvéért DA destination address 1 bájt - célállomás címe SA source address 1 bájt 0..127 + „1” a legmagasabb helyi értéken küldő állomás címe FC function code 1 bájt - telegram-típus azonosítása: küldés, kérés, nyugtázás, .. FCS frame check sequence 1 bájt - ellenőrző bájt ED end delimiter 1 bájt 16H záró bájt SC special character - E5H egyedi karakter PDU Protocol Data Unit - - adatblokk
Profibus alkalmazási réteg elemei A profibus fejlődésével, funkcióinak bővülésével a leírásának is lépést kellett tartania, ezt a verziók felállításával tették lehetővé. Az „alap” Profibus meglehetősen „fapados” volt még – bár tegyük rögtön hozzá, hogy az ez által definiált funkciók teszik ki máig a DP funkcionalitás 99%-át – ezt 1993-ban definiálták (DP-V0). A DP-V1 1997-ben, a DP-V2 2002-ben bővítette tovább a Profibus DP tevékenységi palettáját.
DP-V0 A DP-V0 (decentralized periphery – version 0) alapfunkciói: ciklikus adatcsere állomás- , modul- és csatornaspecifikus diagnózis GSD
DP-V1 A DP-V1 (decentralized periphery – version 1) alapfunkciói az alábbi elemekkel egészülnek ki: minden, nem ciklikus adatforgalmazás az intelligens terepi berendezések irányába. Ez magába foglalja a hibakezelést, kezelést és felügyeletet, párhuzamosan a ciklikus forgalmazással. Lehetővé teszi a busz résztvevőre az on-line kapcsolatot a mérnöki állomásról. Tartalmazza a DP-V1 specifikus riasztásokat: státusz-, update- és gyártóspecifikus riasztások. EDD és FDT integráció Fail safe
DP-V2 A DP-V2 (decentralized periphery – version 2) alapfunkciói az alábbi elemekkel egészülnek ki: "isochroner slave" üzem slave keresztreferencia (Data Exchange Broadcast: DXB) slave – slave adatcsere publisher / subscriber időszinkronizáció és időbélyeg redundancia DP HART alapvetően az DP-V2 által a hajtások tengelyvezérlése és követése gyorsítható
Profibus konfiguráció GSD File A Profibus eszközök az elérhető funkciók (az I/O jelek és a diagnosztikai üzenetek száma) és a busz paraméterek (baud rate és időzítések) tekintetében különböznek. Ezek a paraméterek eszközönként és gyártónként változnak.