Comprendre PROFIBUS et son rôle dans l’automatisation industrielle

 

L’héritage de la norme 4-20 mA dans les processus industriels

La norme 4-20 mA est depuis longtemps la pierre angulaire de la mesure et du contrôle dans les processus industriels ; elle est réputée pour sa robustesse et sa fiabilité. Cette méthode de transmission de signaux analogiques continue d’être le premier choix dans diverses applications industrielles, ce qui témoigne de sa pertinence sur le long terme.
 
 

Transition vers les technologies de Fieldbus

Ces dernières années, l’introduction des technologies Fieldbus a entraîné un changement significatif, transformant littéralement la communication dans les environnements industriels.

Le Fieldbus est un réseau numérique qui relie des dispositifs tels que des capteurs, des transmetteurs et des actionneurs à des systèmes de contrôle, ce qui rend possible un contrôle immédiat et en temps réel.


 

Découvrir PROFIBUS

PROFIBUS(Process Field Bus), leader mondial des solutions de bus de terrain, est à la pointe de la technologie Fieldbus. PROFIBUS est réputé pour son efficacité et les nombreux avantages qu’il offre, notamment :
 

  • Économie : Il réduit considérablement les coûts de câblage en éliminant les besoins de connexions directes entre les appareils de terrain et les systèmes de contrôle.

  • Fiabilité : Les câbles plus courts améliorent la fiabilité du système.

  • Diagnostics : Il offre des possibilités de diagnostic avancées pour la maintenance du système.

  • Immunité aux interférences : Il offre une bonne robustesse contre le bruit électrique.


L’utilisation généralisée de PROFIBUS a créé un vaste réseau d’appareils compatibles, garantissant une bonne compatibilité et une bonne adaptabilité globale dans l’automatisation industrielle.
 
 

Comprendre les variantes DP et PA de PROFIBUS

PROFIBUS DP (Périphériques décentralisés) 

PROFIBUS DP optimise la connectivité des appareils de terrain grâce à une approche décentralisée. En positionnant le système d’entrée/sortie (E/S) plus près des mesures sur le terrain, il élimine le besoin de câblage individuel de chaque dispositif vers le système de contrôle.

Ce réseau maître/appareil, fonctionnant sur une couche physique RS-485, prend en charge plusieurs appareils maîtres à l’aide d’un protocole en anneau à jeton. Il distingue les dispositifs maîtres de classe 1 et de classe 2, respectivement pour la communication de données régulière et à la demande. Cette approche permet d’adapter les vitesses de transmission et les configurations de réseau aux divers besoins.

Deux types de dispositifs maîtres : classe 1 et classe 2

  • Maîtres de classe 1 : ce sont les contrôleurs principaux chargés de demander cycliquement des données à chaque appareil. Cela garantit une communication en temps réel pour le contrôle du processus.

  • Maîtres de classe 2 : ils s’occupent généralement de la configuration ou du diagnostic. Ils communiquent de manière acyclique (non cyclique) et ne sont généralement pas connectés en permanence au réseau.


Les vitesses de transmission (taux de bauds) sont configurables par le maître de classe 1 ; elles vont de 9,6 kbps à 12 Mbps. La longueur maximale du câble dépend de la vitesse de transmission choisie, les vitesses inférieures permettant des longueurs plus longues (jusqu’à 1 200 mètres) et les vitesses supérieures des longueurs plus courtes (jusqu’à 100 mètres).

PROFIBUS DP est limité à 32 appareils dans une configuration en série, mais l’utilisation de répéteurs permet d’installer davantage d’appareils.

Une installation de PROFIBUS DP typique est illustrée ci-dessous :

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PROFIBUS PA (automatisation des processus) 

Conçu spécifiquement pour les processus industriels, PROFIBUS PA s’adapte aux changements de données plus lents, typiques de l’automatisation des processus.

En utilisant la technologie MBP (Manchester encoded Bus Powered) pour sa couche physique, PROFIBUS PA assure une sécurité intrinsèque dans les environnements dangereux.

PROFIBUS PA offre une structure de réseau flexible, employant généralement des configurations de troncs et d’embranchements pour permettre une connexion sécurisée et efficace des appareils de terrain à travers des barrières de terrain ou des protecteurs de segments.



La longueur des segments PROFIBUS PA est limitée de deux manières :
 

  • La longueur totale du segment ne peut excéder 1 900 mètres.
  • Dans les applications à sécurité intrinsèque, la longueur des embranchements est limitée à 30 mètres.


Une installation typique de PROFIBUS PA est illustrée ci-dessous :

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PROFIBUS technical overview

Understanding technical specifications allows engineers and technicians to effectively design, implement, and troubleshoot PROFIBUS networks. This ensures dependable and efficient communication in industrial automation systems. 

Network structure

  • PROFIBUS DP typically uses a linear bus structure, where each device is connected in series along a single cable.
  • PROFIBUS PA supports bus, star, and ring structure, offering flexibility in network design to meet the needs of process automation environments.


Communication protocol

PROFIBUS uses a token-passing protocol to control communication among devices on the network. This guarantees structured and predictable data transfer.

It also supports master-device communication where one or more master devices control the data exchange with devices.
 

Data transmission

PROFIBUS can operate at various baud rates, from 9.6 Kbps to 12 Mbps. The actual rate depends on network conditions and lengths of cable.

The maximum cable length changes with the baud rate: higher speeds require shorter cables, while lower speeds can use longer cables, up to 1200 meters at 9.6 Kbps.

Media and connectors

PROFIBUS DP: Usually employs shielded twisted pair cables with RS-485 signal levels, suitable for industrial environments due to their robustness.

PROFIBUS PA: Is designed for process industries and uses Manchester Bus Powered (MBP) technology, allowing for intrinsic safety in potentially explosive atmospheres.
 

Device addresses

PROFIBUS networks support up to 126 devices per segment, with each device assigned a unique address for communication purposes.
 

Error handling

PROFIBUS incorporates comprehensive error-checking mechanisms, including cyclic redundancy check (CRC) for ensuring data integrity during transmission.


The future of PROFIBUS in industrial automation

PROFIBUS stands as a key advancement in industrial automation, merging the trusted performance of the 4-20 mA standard with the modern benefits of Fieldbus technologies.

Its widespread use and ongoing enhancements show its ability to adapt to the changing needs of industrial operations. By adopting PROFIBUS, industries gain a strong, scalable communication system that enhances efficiency, reduces costs, and improves diagnostics and safety.


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