Totul despre reţeaua PROFIBUS şi modul de utilizare a acesteia cu serviciile IIoT
Pe scurt
- Scopul acestui articol este de a oferi informaţii necesare cu privire la reţelele PROFIBUS.
- Vom discuta despre tipurile de reţele PROFIBUS, modul în care funcţionează acestea, diferenţa dintre protocoalele PROFIBUS şi PROFINET şi modul de aplicare a IIoT într-o soluţie PROFIBUS.
- După ce veţi citi articolul, veţi fi pregătiţi să faceţi îmbunătăţiri la reţeaua dumneavoastră. Însă chiar dacă nu aveţi una, veţi avea toate informaţiile esenţiale pentru a planifica implementarea unei astfel de reţele în fabrica dumneavoastră.
- De asemenea, este important să menţionăm că numărul utilizatorilor din comunitatea PROFIBUS creşte zilnic. Grupul de interes responsabil pentru protocol face o treabă excelentă în a promova PROFIBUS oriunde merge.
- Să analizăm mai îndeaproape acest protocol şi să învăţăm cum să îl utilizăm împreună cu serviciile IIoT pentru a obţine performanţe optime de la dispozitivele de teren şi de reţea.
Ce este PROFIBUS?
PROFIBUS este o reţea digitală responsabilă de asigurarea comunicaţiei între senzorii de teren şi sistemul de control sau controlere. Prima idee în timpul dezvoltării sale a fost aceea de a implementa soluţii PROFIBUS în industriile de automatizare a fabricilor, apoi în industriile de procesare, producţie etc.
La început, grupul de interes a dezvoltat PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Acesta era un protocol complex care nu se mai foloseşte în prezent. După aceea, grupul a lucrat la crearea protocolului PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals) şi, în 1998, a fost lansat PROFIBUS PA (Process Automation).
Astăzi, când vorbim despre PROFIBUS, avem PROFIBUS DP (descentralizarea perifericelor) şi PROFIBUS PA (automatizarea proceselor). În plus, a fost dezvoltată reţeaua PROFINET bazată pe comunicaţia Ethernet, deja implementată în multe domenii şi aplicaţii diferite.
Care sunt tipurile de protocoale PROFIBUS?
După cum s-a menţionat anterior, pe piaţă veţi găsi PROFIBUS DP şi PROFIBUS PA. Să vedem acum cum funcţionează PROFIBUS DP şi PA şi în ce aplicaţii sunt utilizate cel mai frecvent.
Ce este PROFIBUS DP?
Reţeaua PROFIBUS DP a bazată pe un strat fizic RS485 şi pe standardul european EN-50170. Stratul fizic nu trebuie să fie neapărat din cupru – puteţi utiliza şi tehnologie fără fir sau fibră optică. DP din PROFIBUS DP vine de la descentralizarea perifericelor. Numele se referă la conexiunile de intrare/ieşire, care utilizează comunicaţii seriale de mare viteză complet descentralizate pentru a se conecta la un controler central.
De asemenea, este relevant să menţionăm că protocolul PROFIBUS DP se bazează pe modelul Open System Interconnection (OSI) conform standardului ISO 7498 şi că fiecare strat de protocol are sarcini definite. Reţeaua PROFIBUS DP este o reţea multi-master pe bază de token – asta înseamnă că, atunci când există două sau mai multe dispozitive principale (master) în sistem, un token care conferă dreptul de a comunica cu dispozitivele de teren este transmis de la un master la altul, iar fiecare primeşte o parte din timpul de comunicare.
Dispozitive principale (master) din clasa 01, care comunică informaţii ciclice pentru a controla procesul. Dispozitive principale din clasa 02 (opţionale), care comunică informaţii aciclice şi sunt utilizate pentru diagnosticare, alarme şi configurarea dispozitivelor. În ceea ce priveşte viteza, reţeaua funcţionează la 9,6 kbp/s până la 12 Mbp/s într-un sistem de 100 până la 1000 de metri. În ceea ce priveşte topologia, reţelele PROFIBUS DP sunt liniare şi se utilizează gateway-uri, amplificatoare şi terminatoare. Nu în ultimul rând, reţelele DP pot avea un profil ProfiSafe şi pot fi utilizate în aplicaţii de siguranţă SIL3.
Ce este PROFIBUS PA?
Iniţial, protocolul PROFIBUS PA a fost dezvoltat ca o evoluţie a comunicaţiei HART. Acesta este dedicat aplicaţiilor de teren, unde este necesară comunicaţia între instrumentele de măsurare şi sistemul de control. PROFIBUS PA utilizează perechi ecranate răsucite atât pentru alimentare, cât şi pentru comunicaţii. Structura fizică a reţelei sale respectă cerinţele standardului IEC-61158-2, iar rata de transfer a datelor în reţea este de 31,25 kbit/s. De fapt, este aproape identic cu FOUNDATION Fieldbus H1 – ambele se bazează pe acelaşi standard.
La momentul dezvoltării, rata de transfer de 31,25 kbit/s era mai mult decât suficientă (şi încă este) pentru tipul de informaţii trimise şi primite de instrumentele de teren. Dispozitivele PROFIBUS PA nu sunt conectate direct la controler. Acesta se află în reţeaua PROFIBUS DP mai rapidă şi este accesat printr-un cuplor sau o legătură. Cuplorul/legătura acţionează ca o interfaţă de reţea şi alimentează magistrala cu energie. Avantajul reţelelor PA este că pot fi proiectate cu siguranţă intrinsecă, ceea ce înseamnă că instrumentele conectate la acestea pot funcţiona în zone periculoase.
În mod normal, există mai puţine dispozitive pe o magistrală cu siguranţă intrinsecă în comparaţie cu o reţea convenţională, dar acest lucru depinde de mai mulţi factori care determină numărul optim de dispozitive pentru fiecare. Printre aceştia se numără, de exemplu, curentul de consum al instrumentului, lungimea magistralei, tipul cablului etc.
Ce este PROFINET?
Trebuie precizat că în acest capitol nu vom intra prea mult în detalii despre PROFINET, deoarece, deşi este întreţinut şi de grupul de interes PROFIBUS, este un protocol diferit.
Putem spune că PROFINET poate fi considerat o evoluţie a protocolului PROFIBUS. În industria actuală, oamenii preferă să utilizeze protocoale bazate pe Ethernet (IEEE 802.3) şi modelul OSI. Aplicaţiile PROFINET variază de la control la comunicaţie pe teren, permiţând o reţea uniformă şi verticală, precum şi toate avantajele IT în zonele de producţie ale unei companii.
Există deja mulţi producători care folosesc instrumente de teren cu un protocol nativ bazat pe Ethernet. Un alt avantaj în ceea ce priveşte implementarea sa este că acest tip de protocol este uşor de implementat, deoarece utilizează un model bine cunoscut, cu un cost redus al infrastructurii. PROFINET nu este acelaşi lucru cu PROFIBUS Ethernet! PROFINET este un standard deschis bazat pe Ethernet şi o evoluţie a protocolului PROFIBUS.
Un avantaj semnificativ al protocolului PROFINET este coexistenţa sa latentă cu TCP/IP, care adaugă beneficii substanţiale. Toate dispozitivele sunt conectate la o singură reţea în care se efectuează controlul, diagnosticarea etc. În mod normal, nu sunt necesare gateway-uri. Standardul permite construirea reţelei în multe moduri diferite, de exemplu, sub formă de topologie inelară, liniară, arborescentă sau stelară etc. PROFINET funcţionează la viteze de până la 1000 megabiţi pe secundă, iar cablurile pot avea o lungime de până la 100 de metri. Datorită funcţionării sale de mare viteză, are un timp de răspuns mai mic de 1 milisecundă.
Care este diferenţa dintre PROFIBUS şi PROFINET?
Când vorbim despre PROFIBUS, ne referim la un protocol de comunicaţie digitală tradiţional şi binecunoscut, care a fost implementat în diferite industrii şi aplicaţii. Acest protocol se bazează pe comunicaţia serială şi a adus multe beneficii industriei.
PROFINET este un protocol bazat pe reţelele Ethernet industriale. PROFINET permite o comunicaţie mai rapidă şi oferă o lăţime de bandă mai mare. Acest lucru înseamnă că un mesaj schimbat pe reţeaua PROFINET poate conţine mult mai multe informaţii decât un mesaj transmis pe reţeaua PROFIBUS.
Mai jos aveţi un tabel de la PROFIBUS International, în care se face o comparaţie între cele două opţiuni:
În final, este una dintre cele mai bune soluţii disponibile. Cu toate acestea, este esenţial să vedeţi care sunt cerinţele aplicaţiei dumneavoastră pentru a implementa cel mai bun protocol de comunicaţie în fabrica dumneavoastră.
Ce este PROFIBUS şi PROFINET International?
PROFIBUS şi PROFINET International este o comunitate mare de automatizare prezentă în diferite părţi ale lumii. Aceasta este responsabilă pentru PROFIBUS şi PROFINET, două dintre cele mai relevante protocoale de comunicaţie de pe piaţă. Organizaţia încearcă să reducă decalajul în ceea ce priveşte cunoştinţele despre protocoalele de teren în diferite industrii. Aceasta organizează evenimente pentru a discuta despre tehnologie şi pentru a transmite cunoştinţe utilizatorilor finali.
Cum sunt utilizate serviciile IIoT într-o reţea PROFIBUS?
Unii utilizatori PROFIBUS implementează reţeaua ca un sistem de 4-20 mA. Însă este posibil să se utilizeze datele din reţea.
Monitorizarea tradiţională a stării poate fi destul de complexă în anumite scenarii. Cu toate acestea, în prezent, serviciile IIoT permit monitorizarea uşoară a stării dispozitivelor şi oferă acces rapid la informaţiile şi documentele din baza de date, chiar şi de la distanţă.
Pentru a colecta informaţiile privind diagnosticarea şi starea din teren, trebuie să dispuneţi de o poartă de comunicaţie, aşa-numita fieldgate. Un bun exemplu este Fieldgate SFG500. Aceasta va funcţiona ca un dispozitiv principal DP din clasa 02, colectând toate datele de la dispozitivele dumneavoastră de teren. Fieldgate-ul este apoi conectat la un dispozitiv periferic, cum ar fi FieldEdge SGC500.
Toate informaţiile de la dispozitive sunt transferate în cloud utilizând un mediu securizat. Aici, puteţi utiliza diferite tipuri de servicii IIoT, cum ar fi Netilion Health, pentru a monitoriza starea de funcţionare a dispozitivelor dumneavoastră de teren.
În acelaşi timp, puteţi utiliza Netilion Library pentru a organiza toată documentaţia referitoare la dispozitivele dumneavoastră de teren, cum ar fi manuale tehnice, rapoarte de calibrare etc.
Nu în ultimul rând, puteţi controla mai bine baza instalată. Netilion Analytics, împreună cu dispozitivul periferic, va crea o replică digitală a dispozitivului dumneavoastră, oferind toate informaţiile referitoare la baza instalată, cum ar fi tipul de dispozitive, furnizorii, criticitatea, uzura morală şi multe altele.
