Profibus (с англ. Pro cess Fi eld Bus — шина полевого уровня , ( prɔfɪ bʌs )) — открытая промышленная сеть , прототип которой был разработан компанией Siemens AG для своих промышленных контроллеров Simatic . На основе этого прототипа Организация пользователей Profibus разработала международные стандарты, принятые затем некоторыми национальными комитетами по стандартизации . Очень широко распространена в Европе , особенно в машиностроении и управлении промышленным оборудованием. Сеть Profibus — это комплексное понятие, она основывается на нескольких стандартах и протоколах. Сеть отвечает требованиям международных стандартов и . Поддержкой, стандартизацией и развитием сетей стандарта Profibus занимается Profibus Network Organization (PNO).

Profibus объединяет технологические и функциональные особенности последовательной связи полевого уровня. Она позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на уровне датчиков и приводов.

Profibus использует обмен данными между ведущим и ведомыми устройствами (протоколы DP и PA ) или между несколькими ведущими устройствами (протоколы и FMS ). Требования пользователей к получению открытой, независимой от производителя системе связи, базируется на использовании стандартных протоколов Profibus.

Сеть Profibus построена в соответствии с многоуровневой сетевой моделью ISO 7498 . Profibus определяет следующие уровни:

• 1 — физический уровень — отвечает за характеристики физической передачи;
• 2 — канальный уровень — определяет протокол доступа к шине;
• 3 — уровень приложений — отвечает за прикладные функции.

Поддерживаемые стандарты

• 
  Profibus штекеры (разъемы)
• 
  Проводка в штекере Profibus
• 
  Кабель Profibus (характерного цвета)

Открытость и независимость от производителя гарантирует стандарт EN , всё остальное реализовано в соответствии со стандартом DIN (а именно: техника передачи данных, методы доступа, протоколы передачи, сервисные интерфейсы для уровня приложений, спецификация протоколов, кодирование, коммуникационная модель и т. д. ). С помощью Profibus, устройства разных производителей могут работать друг с другом без каких-либо специальных интерфейсов. Семейство Profibus состоит из трех совместимых друг с другом версий: Profibus PA , Profibus DP и Profibus FMS .

Описание

Физический уровень Profibus

Физически Profibus может представлять собой:

• электрическую сеть с шинной топологией , использующую экранированную витую пару, соответствующую стандарту RS-485 ;
• оптическую сеть на основе волоконно-оптического кабеля;
• инфракрасную сеть.

Скорость передачи по ней может варьироваться от 9,6 Кбит/сек до 12 Мбит/сек.

Протокол доступа к шине

Для всех версий Profibus существует единый протокол доступа к шине. Этот протокол реализуется на 2 уровне модели OSI (в Profibus называемый ). Данный протокол реализует процедуру доступа с помощью маркера ( англ. token ). Сеть Profibus состоит из ведущих ( англ. master ) и ведомых ( англ. slave ) станций. Ведущая станция может контролировать шину, то есть может передавать сообщения (без удалённых запросов), когда она имеет право на это (то есть когда у неё есть маркер). Ведомая станция может лишь распознавать полученные сообщения или передавать данные после соответствующего запроса. Маркер циркулирует в логическом кольце, состоящем из ведущих устройств. Если сеть состоит только из одного ведущего, то маркер не передаётся (в таком случае в чистом виде реализуется система master-slave ). Сеть в минимальной конфигурации может состоять либо из двух ведущих, либо из одного ведущего и одного ведомого устройства.

Конфигурирование Profibus

Многие из программных средств конфигурирования сети Profibus ориентированы непосредственно на того или иного производителя и часто содержат помимо средств конфигурирования сети дополнительные средства, например, средства для программирования контроллеров. Среди таких программ это Step 7 (пакет программирования контроллеров Simatic S7-300 и Simatic S7-400 фирмы Siemens AG ) . Но есть много программ, работающих с оборудованием разных фирм, в частности, таких как — для конфигурирования сети Profibus, или — средство для пассивного (то есть без какого-либо влияния на сеть) наблюдения за обменом данными в сети Profibus.

Протоколы сети Profibus

Одни и те же каналы связи сети Profibus допускают одновременное использование нескольких протоколов передачи данных :

• Profibus DP (Decentralized Peripheral — распределённая периферия) — протокол, ориентированный на обеспечение скоростного обмена данными между:
  • системами автоматизации (ведущими DP-устройствами),
  • устройствами распределённого ввода-вывода (ведомыми DP-устройствами).

  Протокол характеризуется минимальным временем реакции и высокой стойкостью к воздействию внешних электромагнитных полей . Оптимизирован для высокоскоростных и недорогих систем. Эта версия сети была спроектирована специально для связи между автоматизированными системами управления и распределенной периферией. Электрически близка к RS-485 , но сетевые карты используют двухпортовую , что позволяет устройствам обмениваться данными без загрузки процессора контроллера.

• Profibus PA ( англ. Process Automation — автоматизация процесса) — протокол обмена данными с оборудованием полевого уровня, расположенным в обычных или (взрывоопасных зонах). Протокол отвечает требованиям международного стандарта . Позволяет подключать датчики и приводы на одну линейную шину или кольцевую шину.

• Profibus FMS ( англ. Fieldbus Message Specification — спецификация сообщений полевого уровня) — универсальный протокол для решения задач по обмену данными между интеллектуальными сетевыми устройствами (контроллерами, компьютерами/программаторами, системами человеко-машинного интерфейса) на полевом уровне. Некоторый аналог промышленного Ethernet , обычно используется для высокоскоростной связи между контроллерами и компьютерами верхнего уровня и используемыми диспетчерами. Скорость до 12 Мбит/с.

Все протоколы используют одинаковые технологии передачи данных и общий метод доступа к шине, поэтому они могут функционировать на одной шине. Дополнительно к перечисленным протоколам, поддерживаются следующие возможности обмена данными:

• Службы ( англ. Field Data Link — канал полевых данных) позволяют быстро установить соединение с любым устройством, поддерживающим FDL.
• Функции S7 позволяют оптимизировать соединение с устройствами семейства Simatic S7 .

Прочие промышленные шины

• IO-link — промышленный интерфейс типа точка-точка для связи с дискретными устройствами, разработанный PROFIBUS User Organisation.
• PROFInet
• CAN
• DeviceNet
• AS-Interface
• Промышленный Ethernet
• Foundation fieldbus
• InterBus
• GENIbus

Реализация подключения узла Siemens PROFIBUS к ПЛК Allen-Bradley ControlLogix, использующему EtherNet/IP в качестве протокола связи, приведена в документе Item-Number 32989175 , выпущенном департаментом Safety Integrated фирмы Siemens, под названием «Allen-Bradley EtherNet/IP to PROFIBUS Communications». Такая интеграция стала возможной благодаря использованию шлюза EtherNet/IP to PROFIBUS фирмы ProSoft Technology, Inc. которая расположена в Бейкерсфилде, Калифорния, США.

Ссылки