Vše o síti PROFIBUS a jak ji používat se službami IIoT

PROFIBUS je digitální síť zodpovědná za komunikaci mezi senzory v provozu a řídicím systémem nebo kontroléry. První myšlenkou během jeho vývoje bylo implementovat řešení PROFIBUS v průmyslu automatizace výroby, poté v procesním průmyslu, výrobě atd.

Na úplném začátku zájmová skupina vyvinula PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Jednalo se o složitý protokol, který se dnes již nepoužívá. Poté pracovali na vytvoření protokolu PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals – decentralizované periferie) a v roce 1998 byl spuštěn PROFIBUS PA (Process Automation – automatizace procesů).

Dnes, když mluvíme o PROFIBUSu, máme PROFIBUS DP a PROFIBUS PA. Kromě toho byl vyvinut PROFINET, založený na ethernetové komunikaci, a již byl implementován v mnoha různých oblastech a aplikacích.

Jak již bylo zmíněno, na trhu najdete PROFIBUS DP a PROFIBUS PA. Pojďme se tedy nyní podívat, jak fungují PROFIBUS DP a PA a ve kterých aplikacích se používají nejčastěji.

Síť PROFIBUS DP byla vyvinuta jako rychlé řešení založené na fyzické vrstvě RS485 a evropské normě EN 50170. Fyzická vrstva nemusí být měděná – můžete mít i bezdrátové připojení nebo optická vlákna. PROFIBUS DP je zkratka pro decentralizovanou periferii. Název odkazuje na I/O připojení, která využívají zcela decentralizovanou vysokorychlostní sériovou komunikaci pro připojení k centrálnímu kontroléru.

Je také důležité zmínit, že protokol PROFIBUS DP je založen na modelu Open System Interconnection (OSI) podle normy ISO 7498 a každá vrstva protokolu má definované úkoly. PROFIBUS DP je síť s tokeny multimaster – to znamená, že pokud jsou v systému dva nebo více masterů, token, který jim dává právo komunikovat s polní instrumentací, je předáván z masteru na master a každý z nich získává podíl na komunikačním čase.

Existují dvě třídy masterů. Třída Master 01 předává cyklické informace pro řízení procesu. Třída Master 02 (volitelné) přenáší acyklické informace a používá se pro diagnostiku, alarmy a konfiguraci přístroje. Co se týče rychlosti, síť pracuje s rychlostí 9,6 kb/s až 12 Mb/s v systému o délce 100 až 1 000 metrů. Co se týče topologie, sítě PROFIBUS DP jsou lineární a používají se v nich brány, repeatery a terminátory. V neposlední řadě mohou mít sítě DP profil ProfiSafe a lze je použít v bezpečnostních aplikacích SIL3.

Protokol PROFIBUS PA byl původně vyvinut jako nástupce komunikace HART. Je určen pro provozní aplikace, kde je vyžadována komunikace mezi měřicími přístroji a řídicím systémem. PROFIBUS PA používá kroucené stíněné páry vodičů pro napájení i komunikaci. Jeho fyzická síťová struktura splňuje normu IEC 61158-2 a datová rychlost v síti je 31,25 kbit/s. Ve skutečnosti je to v podstatě stejné jako FOUNDATION Fieldbus H1 – oba jsou založeny na stejné normě.

V době vývoje byla rychlost 31,25 kbit/s více než dostatečná (a stále je) pro typ informací odesílaných a přijímaných polními přístroji. Přístroje PROFIBUS PA nejsou připojeny přímo k řídicí jednotce. To je úkolem rychlejší sítě PROFIBUS DP a je dostupná přes coupler nebo linku. Coupler/linka fungují jako síťové rozhraní a dodávají napájení sběrnici.

Přístroje PROFIBUS PA nejsou připojeny přímo k řídicí jednotce. To je úkolem rychlejší sítě PROFIBUS DP a je dostupná přes coupler nebo linku. Coupler/linka fungují jako síťové rozhraní a dodávají napájení sběrnici. Skvělou věcí na sítích PA je, že mohou být navrženy tak, aby byly jiskrově bezpečné, což znamená, že přístroje k nim připojené mohou pracovat v nebezpečných prostředích.

Na jiskrově bezpečné sběrnici je obvykle méně přístrojů ve srovnání s konvenční sítí, ale to závisí na několika faktorech, které určují optimální počet přístrojů pro každou z nich. Jedná se například o proud spotřebovaný přístrojem, délku sběrnice, typ kabelu.

Je nezbytné říci, že tato kapitola se nebude do hloubky zabývat protokolem PROFINET, protože ačkoliv je také spravován zájmovou skupinou PROFIBUS, jedná se o jiný protokol.

Můžeme říci, že PROFINET lze považovat za evoluci protokolu PROFIBUS. V dnešním průmyslu lidé rádi používají protokoly založené na Ethernetu (IEEE 802.3) a modelu OSI. PROFINET lze aplikovat od řízení až po komunikaci v provozu, což přináší jednotnou a vertikální síť a zároveň všechny výhody IT ve výrobních prostorách společnosti.

Již nyní můžete najít mnoho výrobců s polními přístroji používajícími nativní protokol založený na Ethernetu. Další výhodou jeho implementace je, že tento typ protokolu se snadno implementuje, protože využívá známý model s nízkými náklady na infrastrukturu. PROFINET by neměl být považován za PROFIBUS Ethernet! PROFINET je otevřený standard založený na Ethernetu a vývojový stupeň protokolu PROFIBUS.

Významnou výhodou PROFINETu je jeho latentní koexistence s TCP/IP, což přináší značné výhody. Všechny přístroje jsou připojeny k jedné síti, kde se provádí řízení, diagnostika atd. Brány obvykle nejsou vyžadovány. Standard umožňuje budování sítě mnoha různými způsoby, například kruhovou, liniovou, stromovou nebo hvězdicovou topologií. PROFINET pracuje rychlostí až 1 000 megabitů za sekundu a kabely mohou být dlouhé až 100 metrů. Díky vysokorychlostnímu provozu má dobu odezvy kratší než 1 milisekunda.

Když mluvíme o PROFIBUSu, mluvíme o tradičním a známém digitálním komunikačním protokolu, který byl implementován v různých odvětvích a aplikacích. Tento protokol je založen na sériové komunikaci a přinesl průmyslu mnoho benefitů.

PROFINET je protokol založený na průmyslovém Ethernetu. PROFINET podporuje rychlejší komunikaci a máte k dispozici větší šířku pásma. To znamená, že zpráva vyměňovaná v síti PROFINET může obsahovat mnohem více informací než zpráva na sběrnici PROFIBUS.

Níže naleznete tabulku od společnosti PROFIBUS International, která porovnává obě možnosti:

Ve finále je to jedno z nejlepších dostupných řešení. Je však stále nezbytné zjistit, jaké jsou požadavky vaší aplikace, abyste mohli ve svém provozu implementovat nejlepší komunikační protokol.

PROFIBUS a PROFINET International je rozsáhlá automatizační komunita působící v různých částech světa. Jsou zodpovědní za PROFIBUS a PROFINET, dva z nejvýznamnějších komunikačních protokolů na trhu. Organizace se snaží zmenšit rozdíly ve znalostech protokolů v terénu v různých odvětvích. Pořádají akce, kde se věnují technologiím, a zpřístupňují znalosti koncovým uživatelům.

Někteří uživatelé PROFIBUSu implementují síť jako systém 4–20 mA. Je ale možné využít data ze sítě k pochopení toho, co se děje, a k akci dříve, než se něco stane.

Tradiční monitorování stavu může být v některých scénářích poměrně složité. Služby IIoT však nyní podporují snadné sledování stavu přístroje a poskytují rychlý přístup k informacím a dokumentům v databázi – a to i na dálku.

Pro sběr diagnostických a stavových informací z terénu potřebujete tzv. fieldgate. Dobrým příkladem je Fieldgate SFG500. Bude fungovat jako DP master třídy 02 a shromažďovat veškerá data z vaší polní instrumentace. Fieldgate se poté připojí k přístroji edge, jako je například FieldEdge SGC500.

Veškeré informace z přístroje jsou přenášeny do cloudu pomocí zabezpečeného prostředí. Zde můžete využít různé typy služeb IIoT, například Netilion Health pro sledování stavu vaší polní instrumentace.

Zároveň můžete mít k dispozici Netilion Library pro organizaci veškeré dokumentace týkající se vaší polní instrumentace, jako jsou technické manuály, kalibrační zprávy atd.

V neposlední řadě můžete mít lepší kontrolu nad svou instalovanou bází. Netilion Analytics společně s přístrojem edge vytvoří digitální dvojče vašeho přístroje, které poskytne veškeré informace o instalované bázi, jako je typ přístroje, dodavatelé, kritičnost, zastaralost a mnoho dalšího.