Alt om PROFIBUS-netværk, og hvordan de anvendes med IIoT-tjenester

PROFIBUS er et digitalt netværk, der varetager kommunikationen mellem feltsensorerne og styresystemet eller controllerne. Den første idé på tegnebrættet var at få PROFIBUS-løsninger implementeret i fabriksautomatiseringsindustrien, derefter i procesindustrien, i fremstillingsindustrien etc.

Helt fra begyndelsen udviklede interessegruppen PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Det var en kompleks protokol, som ikke længere bruges i dag. Derefter arbejdede de på at skabe PROFIBUS DP-protokollen (Decentralised Peripherals), og i 1998 blev PROFIBUS PA (Process Automation) lanceret.

Når vi i dag taler om PROFIBUS, har vi PROFIBUS DP og PROFIBUS PA. Derudover er PROFINET, der er baseret på Ethernet-kommunikation, blevet udviklet og allerede implementeret i mange forskellige områder og applikationer.

Som tidligere nævnt findes der både PROFIBUS DP og PROFIBUS PA på markedet. Så lad os se på, hvordan PROFIBUS DP og PA fungerer, og i hvilke applikationer de oftest bruges.

PROFIBUS DP-netværket blev udviklet som en hurtig løsning baseret på et fysisk RS485-lag og den europæiske standard EN-50170. Det fysiske lag behøver ikke at være kobber – man kan også have trådløst eller fiberoptik. PROFIBUS DP står for Decentralized Periphery. Navnet henviser til I/O-forbindelserne, som bruger helt decentral seriel højhastighedskommunikation til at oprette forbindelse til en central controller.

Det er også vigtigt at nævne, at PROFIBUS DP-protokollen er baseret på OSI-modellen (Open System Interconnection) i henhold til ISO 7498-standarden, og hvert protokollag har definerede opgaver. PROFIBUS DP-netværket er et multi-master token-netværk – det betyder, at når der er to eller flere mastere i systemet, sendes et token, der giver ret til at tale med feltenhederne, fra master til master, og hver får en del af kommunikationstiden.

Der er to klasser af master. Master Class 01 kommunikerer cyklisk information for at styre processen. Master Class 02 (valgfrit) kommunikerer acyklisk information og bruges til diagnostik, alarmer og enhedskonfiguration. Når det gælder hastigheden, fungerer netværket med 9,6 kbp/s op til 12 Mbp/s i et system på 100 til 1000 meter. Hvad angår topologien, er PROFIBUS DP-netværk lineære, og man bruger gateways, repeatere og terminatorer. Sidst, men ikke mindst, kan DP-netværk have en ProfiSafe-profil, og de kan bruges i SIL3-sikkerhedsapplikationer.

Oprindeligt blev PROFIBUS PA-protokollen udviklet som en videreudvikling af HART-kommunikation. Den er beregnet til feltanvendelser, hvor der er behov for kommunikation mellem måleinstrumenterne og styresystemet. PROFIBUS PA bruger snoede, skærmede par til både strøm og kommunikation. Den fysiske netværksstruktur er i overensstemmelse med IEC-61158-2, og datahastigheden på netværket er 31,25 kbit/s. Faktisk er det stort set det samme som FOUNDATION Fieldbus H1 – begge er baseret på den samme standard.

På udviklingstidspunktet var 31,25 kbit/s mere end nok (og er det stadig) til den type information, der sendes og modtages af feltinstrumenter. PROFIBUS PA-enheder er ikke sluttet direkte til controlleren. Den sidder på det hurtigere PROFIBUS DP-netværk og nås via en kobling eller et link. Koblingen/linket fungerer som et netværksinterface og leverer strøm til bussen. Det gode ved PA-netværk er, at de kan designes til at være egensikre, hvilket betyder, at de instrumenter, der er forbundet med dem, kan fungere i farlige områder.

Normalt er der færre enheder på en egensikker bus sammenlignet med et konventionelt netværk, men det afhænger af flere faktorer, der bestemmer det optimale antal enheder for hver enkelt. Det er f.eks. instrumentets forbrugsstrøm, buslængde, kabeltype etc.

Det er vigtigt at sige, at dette kapitel ikke går i dybden med PROFINET, for selv om den også vedligeholdes af PROFIBUS-interessegruppen, er det en anden protokol.

Vi kan sige, at PROFINET kan betragtes som en videreudvikling af PROFIBUS-protokollen. I industrien i dag vil man gerne bruge protokoller baseret på Ethernet (IEEE 802.3) og OSI-modellen. PROFINET kan anvendes fra styring til kommunikation i marken og bringer et ensartet og vertikalt netværk samt alle fordelene ved it ind i en virksomheds produktionsområder.

Du kan allerede finde mange producenter med feltinstrumenter, der bruger en indbygget Ethernet-baseret protokol. En anden fordel ved implementeringen er, at denne type protokol er nem at implementere, fordi den bruger en velkendt model med lave infrastrukturomkostninger. PROFINET kan ikke betragtes som et PROFIBUS Ethernet! PROFINET er en åben standard baseret på Ethernet og en videreudvikling af PROFIBUS-protokollen.

En væsentlig fordel ved PROFINET er dens latente sammenhæng med TCP/IP, som giver betydelige fordele. Alle enheder er forbundet til et enkelt netværk, hvor kontrol, diagnostik etc. varetages. Gateways er normalt ikke nødvendige. Standarden gør det muligt at opbygge netværket på mange forskellige måder som f.eks. en ring-, linje-, træ- eller stjernetopologi. PROFINET arbejder med hastigheder på op til 1000 megabit pr. sekund, og kablerne kan være op til 100 meter lange. Som følge af den høje hastighed har den en responstid på mindre end 1 millisekund.

Når vi taler om PROFIBUS, taler vi om en traditionel og velkendt digital kommunikationsprotokol, som er blevet implementeret i forskellige brancher og applikationer. Denne protokol er baseret på seriel kommunikation og har givet industrien mange fordele.

PROFINET er en protokol baseret på Industrial Ethernet. PROFINET understøtter hurtigere kommunikation, og du har også mere båndbredde. Det betyder, at en meddelelse, der udveksles på PROFINET-netværket, kan indeholde meget mere information end en meddelelse på PROFIBUS.

Nedenfor har du en tabel fra PROFIBUS International, der sammenligner de to muligheder:

Når alt kommer til alt, er det en af de bedste løsninger, der findes. Men det er stadig vigtigt at finde ud af, hvad kravene til din applikation er, så du kan implementere den bedste kommunikationsprotokol på dit anlæg.

PROFIBUS og PROFINET International er et stort automatiseringsfællesskab, der findes i forskellige dele af verden. De er ansvarlige for PROFIBUS og PROFINET, som er to af de mest centrale kommunikationsprotokoller på markedet. Organisationen forsøger at mindske kløften mellem viden om feltprotokoller i forskellige brancher. De arrangerer events for at fortælle om teknologien og bringe viden ud til slutbrugerne.

Nogle PROFIBUS-brugere implementerer netværket som et 4-20 mA-system. Men det er muligt at bruge data fra netværket til at forstå, hvad der foregår, og handle, før der sker noget.

Traditionel tilstandsovervågning kan være ret kompleks i nogle scenarier. Men nu understøtter IIoT-tjenester en nem overvågning af enhedens helbredstilstand og giver hurtig adgang til databaseoplysninger og dokumenter – selv eksternt.

For at indsamle diagnose- og statusoplysninger fra felten skal du have en såkaldt fieldgate. Et godt eksempel er Fieldgate SFG500. Den fungerer som en klasse 02 DP-master, der indsamler alle data fra dine feltenheder. Fieldgaten forbindes derefter med en edge-enhed som f.eks. FieldEdge SGC500.

Alle oplysninger fra enhederne overføres til skyen i et sikkert miljø. Her kan du bruge forskellige typer IIoT-tjenester som f.eks. Netilion Health til at overvåge helbredstilstanden af dine feltenheder.

Samtidig kan du få Netilion Library til at organisere al dokumentation om dine feltenheder som f.eks. tekniske manualer, kalibreringsrapporter og så videre.

Sidst, men ikke mindst, kan du få bedre kontrol over din installerede base. Netilion Analytics vil sammen med edge-enheden skabe en digital tvilling af din enhed og give alle oplysninger om den installerede base som f.eks. typen af enheder, leverandører, kritikalitet, forældelse og meget mere.