Förståelse för PROFIBUS och dess roll inom industriell automation

 

Arvet från 4–20 mA-standarden inom industriella processer

Standarden 4–20 mA har länge varit hörnstenen för mätning och styrning inom industriella processer och är uppskattad för sin robusthet och tillförlitlighet. Denna analoga signalöverföringsmetod fortsätter att vara förstahandsvalet inom olika industriella applikationer, vilket framhäver dess bestående relevans.
 
 

Övergången till Fieldbus-teknik

Under de senaste åren har det skett en betydande förändring i och med introduktionen av Fieldbus-teknik, som har förändrat kommunikationen i industriella miljöer.

Fieldbus är ett digitalt nätverk som kopplar samman enheter som givare, transmittrar och ställdon med kontrollsystem, vilket möjliggör omedelbar distribuerad styrning i realtid.
 

Utforska PROFIBUS

PROFIBUS (Process Field Bus) ligger i framkant av Fieldbus-tekniken, som en global ledare inom Fieldbus-lösningar. PROFIBUS hyllas för sin effektivitet och flera fördelar såsom:
 

  • Kostnadseffektivitet: Minskar avsevärt kostnaderna för kabeldragning genom att eliminera behovet av direktanslutningar mellan fältenheter och kontrollsystem.
  • Tillförlitlighet: Kortare kabeldragningar ökar systemets tillförlitlighet.
  • Diagnostik: Erbjuder avancerade diagnostiska funktioner för systemunderhåll.
  • Immunitet mot störningar: Ger robusthet mot elektriskt brus.

 
Den breda användningen av PROFIBUS har skapat ett stort nätverk av kompatibla enheter, vilket ger god kompatibilitet och anpassningsförmåga inom industriell automation. 
 
 

Förståelse för PROFIBUS-varianterna DP och PA

PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) 

PROFIBUS DP optimerar anslutningsmöjligheterna för fältenheter genom ett decentraliserat tillvägagångssätt. Genom att placera I/O-systemet (input/output) närmare fältmätningarna, slipper man dra kablar individuellt mellan varje enhet och kontrollsystemet.

Detta master/enhet-nätverk använder RS485 som fysiskt lager och stödjer flera masterenheter med hjälp av ett ”token ring”-protokoll. Den skiljer mellan masterenheter av klass 1 och klass 2 för regelbunden datakommunikation respektive datakommunikation på begäran. Detta tillvägagångssätt möjliggör flexibla överföringshastigheter och nätverkskonfigurationer för att passa olika behov.

De två typerna av masterenheter: Klass 1 och klass 2

  • Klass 1-masters: är de primära styrenheterna som ansvarar för att begära cykliska data från varje enhet. Detta säkerställer kommunikation i realtid för processtyrning.

  • Klass 2-masters: hanterar vanligtvis konfiguration eller diagnostik. De kommunicerar acykliskt (icke-cykliskt) och är vanligtvis inte permanent anslutna till nätverket.


Överföringshastigheterna (baudhastigheterna) kan konfigureras av klass 1-mastern och sträcker sig från 9,6 kbps till 12 Mbps. Den maximala kabellängden beror på den valda baudhastigheten, där lägre hastigheter ger längre avstånd (upp till 1 200 meter) och högre hastigheter ger kortare avstånd (ner till 100 meter).

PROFIBUS DP är begränsad till 32 enheter i en kedjekopplad konfiguration, men med hjälp av repeaters är det möjligt att installera fler enheter.

En typisk PROFIBUS DP-installation visas nedan: 

[IMAGE]



PROFIBUS PA (Process Automation) 

PROFIBUS PA är speciellt utformad för processindustrin och klarar långsammare dataförändringar som är typiska för processautomation.

PROFIBUS PA använder MBP-teknik (Manchester encoded Bus Powered) som fysiskt lager och säkerställer egensäkerhet i farliga miljöer.

PROFIBUS PA erbjuder en flexibel nätverkslayout, som vanligtvis använder ”trunk and spur”-konfigurationer för säker och effektiv anslutning av fältenheter genom fältbarriärer eller segmentskydd.

Det finns två begränsningar för längden på PROFIBUS PA-segment:

  • Den totala längden på segmentet får inte överstiga 1 900 meter.
  • I egensäkra applikationer är ”spur”-längderna begränsade till 30 meter.


En typisk PROFIBUS PA-installation visas nedan:

[IMAGE]

 
 

Teknisk översikt över PROFIBUS

Genom förståelse för de tekniska specifikationerna kan ingenjörer och tekniker på ett effektivt sätt utforma, implementera och felsöka PROFIBUS-nätverk. Detta säkerställer tillförlitlig och effektiv kommunikation inom industriella automationssystem.

Nätverksstruktur

  • PROFIBUS DP använder vanligtvis en linjär busstruktur, där varje enhet är seriekopplad längs en enda kabel.

  • PROFIBUS PA stöder buss-, stjärn- och ringstrukturer, vilket ger en flexibel nätverksdesign som kan uppfylla behoven i processautomationsmiljöer.


Kommunikationsprotokoll 

PROFIBUS använder ett ”token-passing”-protokoll för att styra kommunikationen mellan enheterna i nätverket. Detta garanterar en strukturerad och förutsägbar dataöverföring.

Den stöder även kommunikation mellan master/enhet, där en eller flera masterenheter styr datautbytet med enheter.
 

Dataöverföring 

PROFIBUS kan arbeta med olika baudhastigheter, från 9,6 Kbps till 12 Mbps. Den faktiska hastigheten beror på nätverksförhållanden och kabellängder.

Den maximala kabellängden ändras med baudhastigheten: högre hastigheter kräver kortare kablar, medan lägre hastigheter tillåter användningen av längre kablar, upp till 1 200 meter vid 9,6 Kbps.

Media och anslutningar 

PROFIBUS DP: Använder vanligtvis skärmade, partvinnade kablar med RS485-signalnivåer, vilket gör dem robusta och lämpliga för industriella miljöer.

PROFIBUS PA: De är utformade för processindustrier och använder MBP-teknik (Manchester Bus Powered), vilket möjliggör egensäkerhet i potentiellt explosiva atmosfärer.
 

Enhetsadresser 

PROFIBUS-nätverk stöder upp till 126 enheter per segment, där varje enhet tilldelas en unik adress för kommunikationsändamål.
 

Felhantering 

PROFIBUS innehåller omfattande felkontrollmekanismer, inklusive CRC (Cyclic Redundancy Check) för att säkerställa dataintegritet under överföringen.


Framtiden för PROFIBUS inom industriell automation

PROFIBUS är ett viktigt framsteg inom industriell automation och kombinerar den pålitliga prestandan hos 4–20 mA-standarden med de moderna fördelarna med Fieldbus-teknik.

Den utbredda användningen och de pågående förbättringarna lyfter fram PROFIBUS förmåga att anpassa sig till industriella verksamheters föränderliga behov. Genom att använda PROFIBUS får industrierna ett starkt och skalbart kommunikationssystem som ökar effektiviteten, minskar kostnaderna och förbättrar diagnostik och säkerhet.

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.



[LINK TO PRODUCT AND CONTACT]