Allt om PROFIBUS-nätverk och hur man använder dem med IIoT-tjänster
Kortfattat
- Syftet med den här artikeln är att förmedla nödvändig information om PROFIBUS-nätverk.
- Vi kommer att ta upp olika typer av PROFIBUS, hur de fungerar, skillnaden mellan PROFIBUS och PROFINET och hur man tillämpar IIoT i en PROFIBUS-lösning.
- När du har läst artikeln kommer du att vara redo att förbättra ditt nätverk – och även om du inte har något kommer du att ha all information du behöver för att planera för en implementering på din anläggning.
- Det är viktigt att påpeka att skaran av PROFIBUS-användare växer dagligen. Intressegruppen som är ansvarig för protokollet gör ett bra jobb med att sprida ordet om PROFIBUS överallt.
- Låt oss ta en närmare titt på protokollet och ta reda på hur det kan användas tillsammans med IIoT-tjänster för att få ut mesta möjliga av fältenheter och nätverk.
Vad är PROFIBUS?
PROFIBUS är ett digitalt nätverk som tillhandahåller kommunikation mellan fältsensorerna och styrsystemet eller styrenheterna. Den ursprungliga idén när PROFIBUS utvecklades var att PROFIBUS-lösningar skulle implementeras inom fabriksautomation, sedan processindustrier, tillverkning osv.
Från första början utvecklade intressegruppen PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification, fältbussmeddelandespecifikation). Det var ett komplext protokoll som inte längre används. Efter det skapade de protokollet PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals, decentraliserad periferiutrustning) och 1998 lanserades PROFIBUS PA (Process Automation, processautomation).
När vi pratar om PROFIBUS i dag har vi PROFIBUS DP och PROFIBUS PA. Utöver dem har PROFINET, baserat på Ethernet-kommunikation, utvecklats och redan implementerats inom många olika områden och tillämpningar.
Vilka PROFIBUS-typer finns det?
Som nämns ovan finns i dag PROFIBUS DP och PROFIBUS PA på marknaden. Nu ska vi ta en titt på hur PROFIBUS DP och PA fungerar och inom vilka tillämpningar de används främst.
Vad är PROFIBUS DP?
Nätverket PROFIBUS DP utvecklades som en snabb lösning baserad på RS485 som fysiskt skikt och den europeiska standarden EN-50170. Det fysiska lagret behöver inte vara koppar – det går också att använda en trådlös lösning eller fiberoptik. PROFIBUS DP står för Decentralized Periphery, ungefär decentraliserad periferiutrustning. Namnet avser I/O-anslutningarna som använder helt decentraliserad seriell höghastighetskommunikation för att ansluta till en central styrenhet.
Det är också relevant att påpeka att protokollet PROFIBUS DP bygger på modellen Open System Interconnection (OSI) enligt standarden ISO 7498 och att varje protokollskikt har definierade uppgifter. Nätverket PROFIBUS DP är ett nätverk med flera huvudenheter och en token – det innebär att när det finns två eller flera huvudenheter i systemet skickas en token som ger rätt att kommunicera med fältenheterna från huvudenhet till huvudenhet, och varje huvudenhet får en andel av kommunikationstiden.
Det finns två klasser av huvudenheter. Huvudenhet (master) klass 01 kommunicerar cyklisk information för att styra processen. Huvudenhet klass 02 (tillval) kommunicerar acyklisk information och används till diagnostik, larm och enhetskonfigurering. Om man tittar på hastigheten arbetar nätverket vid 9,6 kbp/s upp till 12 Mbp/s i ett system på 100 till 1000 meter. När det gäller topologin är PROFIBUS DP-nätverk linjära och använder nätportar, repeatrar och terminatorer. Sist men inte minst kan DP-nätverk ha en ProfiSafe-profil och användas i tillämpningar med säkerhetsnivå SIL3.
Vad är PROFIBUS PA?
Protokollet PROFIBUS PA utvecklades ursprungligen som en vidareutveckling av HART-kommunikation. Det är avsett för processnära tillämpningar där det krävs kommunikation mellan mätinstrumenten och styrsystemet. PROFIBUS PA använder partvinnade skärmade par för både ström och kommunikation. Dess fysiska nätverksstruktur uppfyller IEC-61158-2 och nätverkets datahastighet är 31,25 kbit/s. Det är faktiskt till stor del identiskt med FOUNDATION Fieldbus H1 – båda bygger på samma standard.
När det utvecklades var 31,25 kbit/s mer än nog (och är det fortfarande) för den typ av information som skickas och tas emot av fältinstrument. PROFIBUS PA-enheter är inte direkt anslutna till styrenheten. Denna sitter i det snabbare PROFIBUS DP-nätverket och nås via en kopplare eller länk. Kopplaren/länken fungerar som ett nätverksgränssnitt och förser bussen med ström. Det som är så bra med PA-nätverk är att de kan utformas för att vara egensäkra, vilket innebär att instrumenten som ansluts till dem kan användas i explosionsfarliga områden.
Normalt sett finns det färre enheter på en egensäker buss jämfört med ett traditionellt nätverk, men detta beror på flera faktorer som avgör det optimala antalet enheter för varje buss. Dessa faktorer är bland annat instrumentens strömförbrukning, busslängd, kabeltyp osv.
Vad är PROFINET?
Vi vill förtydliga att vi inte kommer att fördjupa oss i PROFINET i den här artikeln. Även om det också förvaltas av intressegruppen bakom PROFIBUS är det nämligen ett helt annat protokoll.
PROFINET kan betraktas som en vidareutveckling av PROFIBUS-protokollet. Inom industrin i dag används ofta protokoll baserade på Ethernet (IEEE 802.3) och OSI-modellen. PROFINET kan användas från styrning till kommunikation i driftmiljön och ger ett enhetligt och vertikalt nätverk samt alla fördelar med informationsteknik i ett företags produktionsmiljö.
Det går redan att hitta många tillverkare med fältinstrument som använder ett inbyggt Ethernet-baserat protokoll. En annan fördel gällande implementeringen är att denna typ av protokoll är enkelt att implementera eftersom det använder en välkänd modell med en låg infrastrukturkostnad. PROFINET ska inte ses som PROFIBUS Ethernet! PROFINET är en öppen standard som bygger på Ethernet och en vidareutveckling av PROFIBUS-protokollet.
En betydande fördel med PROFINET är dess latenta samexistens med TCP/IP, vilket medför flera positiva aspekter. Alla enheter är anslutna till ett enda nätverk där styrning, diagnostik osv. utförs. Nätportar krävs normalt sett inte. Standarden gör att nätverket kan byggas upp på många olika sätt, till exempel med en ring-, linje-, träd- eller stjärntopologi. PROFINET använder hastigheter på upp till 1000 megabit per sekund, och kablarna kan vara upp till 100 meter långa. Tack vare den höga hastigheten har den en svarstid på under en millisekund.
Vad är skillnaden mellan PROFIBUS och PROFINET?
När vi pratar om PROFIBUS pratar om vi ett traditionellt och välkänt digitalt kommunikationsprotokoll som har implementerats inom olika industrier och användningsområden. Detta protokoll bygger på seriell kommunikation och har medfört en mängd fördelar för industrin.
PROFINET är ett protokoll baserat på Industrial Ethernet. PROFINET har stöd för snabbare kommunikation och ger också mer bandbredd. Detta innebär att ett meddelande som skickas i ett PROFINET-nätverk kan innehålla mycket mer information än ett meddelande i PROFIBUS.
Nedan ser du en tabell från PROFIBUS International med en jämförelse av de båda alternativen:
I slutändan är det en av de bästa lösningarna som finns att tillgå. Det är dock avgörande att titta på vilka krav som gäller för ditt användningsområde för att implementera det kommunikationsprotokoll som är bäst för just din anläggning.
Vad är PROFIBUS och PROFINET International?
PROFIBUS och PROFINET International är en stor gemenskap som finns i olika delar av världen. De är ansvariga för PROFIBUS och PROFINET, två av de mest relevanta kommunikationsprotokollen på marknaden. Organisationen försöker att minska kunskapsluckor gällande fältprotokoll i olika branscher. De organiserar evenemang för att prata om tekniken och ge slutanvändarna kunskap.
Hur använder man IIoT-tjänster i ett PROFIBUS-nätverk?
Vissa PROFIBUS-användare implementerar nätverket som ett 4–20 mA-system. Det går dock att använda data från nätverket för att förstå och agera innan något händer.
Traditionell tillståndsövervakning kan vara ganska komplex i vissa scenarier. Numera har dock IIoT-tjänster stöd för enkel övervakning av enhetsstatus och ger snabb åtkomst till databasinformation och dokument – även på distans.
För att samla in diagnostik- och statusinformation från driftmiljön behöver du en så kallad fieldgate. Ett bra exempel är Fieldgate SFG500. Den fungerar som en DP-huvudenhet klass 02 och samlar in data från fältenheterna. Fieldgate-enheten ansluts sedan till en gränsenhet, som FieldEdge SGC500.
All information från enheterna överförs till molnet med hjälp av en säker miljö. Här kan du använda olika typer av IIoT-tjänster, till exempel Netilion Health för att övervaka fältenheternas status.
Samtidigt kan du använda Netilion-biblioteket för att organisera all dokumentation om fältenheterna, till exempel tekniska handböcker och kalibreringsrapporter.
Sist men inte minst kan du få bättre kontroll över den installerade basen. Netilion Analytics, tillsammans med gränsenheten, skapar en digital tvilling av din enhet som ger dig all information om den installerade basen, som typ av enheter, leverantörer, kritikalitet, föråldring och mycket mer.
