Profibus je průmyslovou sběrnicí, která nachází v automatizační technice široké uplatnění, a to jak v oblasti průmyslové automatizace - Profibus DP, tak i v oblasti procesní automatizace – Profibus PA. V roce 1996 byla přijata sběrnice PROFIBUS jako evropská norma EN50170, což zaručuje její standardizaci.

Základní vlastnosti sběrnice Profibus

Profibus podporuje čtyři topologie:

• sběrnice
• strom
• hvězda
• kruh

Preferovanou topologií je sběrnice. Maximální délka sítě Profibus DP/FMS pro RS-485 v závislosti na přenosové rychlosti je uvedena v tab. 1.

Síť může být prodloužena pomocí opakovačů. Na segmentu mezi dvěma opakovači může být až 30 stanic, celkový počet stanic na síti je maximálně 127.

Přenosové technologie

1. RS-485 (high speed – H2) – Profibus DP/FMS

• asynchronní kódování NRZ, přenosová rychlost od 9,6 kb/s do 12Mb/s,
• stíněná kroucená dvojlinka, 32 stanic v segmentu, celkem maximálně 127 stanic,
• pomocí opakovačů lze sít prodloužit do 10 km, připojení 9-pinovým D-Sub konektorem,

2. optické vlákno - Profibus DP/FMS

• maximální délka sběrnice závisí na typu optického vlákna (do 80 km),
• topologie segmentu – kruh nebo hvězda,
• možnost použít převodník mezi RS-485 a optickým vláknem.

3. IEC 1158-2 (Low Speed - H1) - Profibus PA

• synchronní kódování Manchester II s rychlostí 31,25 kb/s,
• volitelná jiskrová bezpečnost a volitelné napájení po sběrnici,
• stíněná nebo nestíněná kroucená dvojlinka
• délka segmentu maximálně 1 900 m (ne pro EEx), síť lze prodloužit pomocí čtyř opakovačů, podporuje topologie sběrnice, strom a nebo
• jejich kombinace,
• 10 až 32 stanic v segmentu (závisí na třídě EEx a proudové spotřebě), maximálně 127 stanic

Volba přenosové technologie je závislá na prostředí, v němž je sběrnice provozována (rušení, nebezpečí výbuchu).

Přenosová rychlost

Přenosová rychlost pro Profibus DP/FMS je uvedena v tab. 1, přenosová rychlost pro Profibus PA je konstantní 31,25 kb/s (dáno standardem IEC 1158-2). Doba reakce u Profibus DP pro přenosové rychlosti 500 kb/s, 1,5 Mb/s a 12 Mb/s, znázorněná v grafu, je přijatelná pro klasické úlohy řízení v reálném čase ( např. pro přenosovou rychlost 1,5 Mb/s, 1 master a 10 slave je informace o vstupech a výstupech přenesena mezi zařízeními master a slave během 3 ms). Další výhodou pro řízení v reálném čase je fakt, že přístup na sběrnici je deterministický, tudíž lze garantovat cyklus sběrnice (dobu oběhu tokenu). Díky těmto vlastnostem se Profibus DP začíná používat i pro řízení servomechanismů v obráběcích strojích (ProfiDrive Profil). Obecně lze říci, že komunikace po Profibusu DP neomezuje scan cyklus PLC, jenž je limitován mimo jiné dobou výpočtu řídícího algoritmu. Profibus FMS je díky své obecnosti pomalejší.
 

Linková vrstva je společná pro Profibus DP, FMS i PA. Přístup na sběrnici v konfiguraci s jedním masterem je realizován vztahem master/slave, kde master zařízení je aktivní a vyzývá pasivní zařízení typu slave. Je-li na sběrnici více aktivních zařízení (konfigurace multi-master), zařízení master si vyměňují pověření k přístupu na sběrnici v logickém kruhu (token-ring). Protokol je schopen detekovat nefunkční stanici, ztracený token, dva tokeny, přenosové chyby (Hammingova vzdálenost 4) a další druhy možných závad na síti. Zařízení master a slave mohou být kdykoli přidána nebo vyjmuta a linková vrstva automaticky překonfiguruje logický kruh, popř. master provede parametrizaci a konfiguraci zařízení slave.

Profibus DP

Profibus DP je z Profibusů nejpoužívanější. Slouží pro rychlou cyklickou komunikaci mezi PLC a jejich decentralizovanými vstupy a výstupy. Síť může být typu monomaster nebo multimaster. Při konfiguraci sítě monomaster je řízení typu master/slave, při multimaster si jednotlivé řídící jednotky umožňují přístup na sběrnici metodou token passing, a komunikace mezi řídící jednotkou, která vlastní token a podřízenou je opět master/slave. Profibus DP je vybaven diagnostickými funkcemi pro monitorování stavu systému z hlediska spolehlivosti a bezpečnosti. Na jeden segment sběrnicové sítě je možno připojit až 32 zařízení (aktivních/pasivních) a pro připojení více zařízení je nutno použít opakovače.
 

Struktura sítě s metodou přístupu. Čerchované čáry zobrazují, se kterými slave může master komunikovat.

Profibus DP umožňuje velmi jednoduchou konfiguraci vzdálených periferií pro více než 1 000 různých zařízení s využitím tzv. souborů GSD. Hodnoty vstupů a výstupů jsou periodicky čteny a zapisovány na straně PLC (Master Class 1). Rozšíření normy navíc umožňuje:

• acyklickou komunikaci mezi PLC (Master Class 1) a vzdálenou periferií (např. operátorským panelem, požárním hlásičem),
• acyklickou komunikaci mezi konfiguračním nástrojem (Master Class 2) a vzdálenou periferií (např. možnost kalibrace, změny jednotek, nastavení alarmů).

Zabezpečení redundance sítě je umožněno stavbou protokolu, jenž s touto možností počítá. Daný produkt však tuto možnost musí samozřejmě podporovat (např. některé produkty ABB, CEAG, Siemens redundanci podporují, ZAT na vývoji redundantních zařízení pracuje).

Profibus v praxi

Podpora ze strany dodavatelů zařízení závisí zpravidla na jejich technické zdatnosti a ochotě seznamovat se s novými technologiemi, které jejich mateřská společnost podporuje. Velmi uspokojivě se rozrůstá i skupina českých výrobců podporujících tuto přenosovou technologii. Profibus má za sebou už relativně dlouhou cestu a v současné době existuje řada efektivně fungujících aktivit, jejichž seznam včetně seznamu produktů nejsnáze naleznete na www.profibus.com (electronic product guide na této adrese zahrnuje 1 900 produktů včetně 200 produktů pro PA, dále zde najdete knihovny GSD, dokumentaci atd.). Počet zařízení využívajících Profibus v aplikacích přesahuje dva miliony kusů. Profibus je dominující průmyslovou sběrnicí v Evropě (40 % trhu průmyslových komunikací) a jednou z mála masově využívaných průmyslových sběrnic v České republice (počet fungujících aplikací v České republice se pohybuje okolo jednoho sta, počet zařízení přesáhl jeden tisíc). Příklady aplikací v České republice naleznete na stránkách www.profibus.cz.

Sdružení Profibus CZ

V roce 1997 vzniklo sdružení Profibus CZ (www.profibus.cz), jež zastupuje organizaci Profibus v České republice. Úkolem sdružení je šířit informace o standardu Profibus a sdružovat společnosti, které vyvíjejí, prodávají a integrují zařízení využívající tuto sběrnici. Za účelem osvěty poskytuje sdružení technické informace, zajišťuje technickou literaturu (kompletní technická dokumentace je pro členy zdarma), ve spolupráci s ČVUT organizuje školení (od roku 1997 prošlo školeními 150 účastníků, nepočítaje studenty ČVUT). Dále poskytuje pomoc při vývojových pracích (Amit, ZAT, Intronix, Gamet, Datapartner, ELO, JSP, LTC atd.), při analýze provozu sítě (Sidat, Cetos, atd.). Pro efektivní vývoj, integraci a výuku funguje na ČVUT laboratoř otevřená i pro technickou veřejnost (sedm zařízení master, dvacet zařízení slave, dva analyzátory, tři specializovaná diagnostická a monitorovací zařízení a další vybavení).

Případy typických aplikací mohou čtenáři nalézt na www.profibus.com v sekci electronic product guide – case studies.

DOWNLOAD & Odkazy

• WWW prezentace sdružení Profibus CZ - http://www.profibus.cz
• Domovská stránka PROFIBUS INTERNATIONAL - http://www.profibus.com
   
• Průmylové sběrnice na HW Serveru - Přehled a stručná charakteristika vybraných průmyslových sběrnic