Alles over een PROFIBUS-netwerk en het gebruik met IIoT-diensten
In het kort
- Het idee van dit artikel is het geven van noodzakelijke informatie over PROFIBUS -netwerken.
- We behandelen welke soorten PROFIBUS er zijn, hoe ze werken, het verschil tussen PROFIBUS en PROFINET en hoe IIoT in een PROFIBUS-oplossing moet worden gebruikt.
- Na het lezen van het artikel bent u klaar om uw netwerk te verbeteren. En zelfs als u er geen hebt, hebt u alle essentiële informatie voor het plannen van een implementatie in uw installatie.
- Het is ook belangrijk om te vermelden dat de gemeenschap van PROFIBUS-gebruikers dagelijks groeit. De belangengroep die verantwoordelijk is voor het protocol verricht uitstekend werk met het overal verspreiden van de PROFIBUS-boodschap.
- Laten we dit protocol eens nader bekijken en leren hoe dit samen met IIoT-diensten kan worden gebruikt, om optimale prestaties uit uw procesinstrumenten en -netwerk te halen.
Wat is PROFIBUS?
PROFIBUS is een digitaal netwerk dat verantwoordelijk is voor het leveren van de communicatie tussen de processensoren en het besturingssysteem of de controllers. Het eerste idee tijdens de ontwikkeling was de implementatie van PROFIBUS-oplossingen in fabrieksautomatiseringsindustrieën, vervolgens procesindustrieën, productie, etc.
Heel in het begin ontwikkelde de belangengroep PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Dit was een complex protocol dat nu niet meer wordt gebruikt. Hierna werkt men aan het PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals) protocol en in 1998 werd PROFIBUS PA (Process Automation) geïntroduceerd.
Als we het nu hebben over PROFIBUS is er PROFIBUS DP en PROFIBUS PA. Bovendien is er PROFINET, gebaseerd op ethernet-communicatie, dat al op veel plaatsen en in veel toepassingen is geïmplementeerd.
Welke soorten PROFIBUS zijn er?
Zoals gezegd, zijn PROFIBUS DP en PROFIBUS PA op de markt te vinden. Laten we nu eens kijken, hoe PROFIBUS DP en PA werken en in welke toepassingen ze het meest worden gebruikt.
Wat is Profibus DP?
Het PROFIBUS DP-netwerk is ontwikkeld als een snelle oplossing op basis van een fysieke RS485-laag en de Europese norm EN-50170. De fysieke laag hoeft niet van koper te zijn – draadloos of glasvezel kan ook. PROFIBUS DP staat voor Decentralized Periphery. De naam verwijst naar de I/O-aansluitingen, die gebruikmaken van volledig gedecentraliseerde snelle seriële communicatie voor verbinding met een centrale controller.
Vermeldenswaardig is ook dat het PROFIBUS DP-protocol is gebaseerd op het Open System Interconnection (OSI) model overeenkomstig de norm ISO 7498 en dat elke protocollaag gedefinieerde taken heeft. Het PROFIBUS DP-netwerk is een multi-master token-netwerk – dit betekent dat bij twee of meer masters in het systeem een token voor het recht van spreken met de procesinstrumenten passeert van master naar master, en elke een deel van de communicatietijd krijgt.
Er zijn twee masterklassen. Masterklasse 01 communiceert cyclische informatie om het proces te regelen. Masterklasse 02 (optioneel) communiceert acyclische informatie en wordt gebruikt voor diagnose, alarmen en instrumentconfiguratie. Wat betreft de snelheid: het netwerk werkt met 9,6 kbp/s tot 12 Mbp/s in een systeem van 100 tot 1000 meter. Wat de topologie betreft: PROFIBUS DP-netwerken zijn lineair, en u gebruikt gateways, repeaters en terminators. Last but not least, DP-netwerken kunnen een ProfiSafe-profiel hebben en ze kunnen worden gebruikt in SIL3-veiligheidstoepassingen.
Wat is Profibus PA?
In eerste instantie was het PROFIBUS PA-protocol ontwikkeld als een evolutie van HART-communicatie. Bedoeld voor procestoepassingen, waar communicatie tussen de meetinstrumenten en het besturingssysteem is vereist. PROFIBUS PA maakt gebruik van paarsgewijs getwiste afgeschermde aders voor zowel voeding als communicatie. De fysieke netwerkstructuur voldoet aan IEC-61158-2 en de overdrachtssnelheid in het netwerk is 31,25 kbit/s. Eigenlijk is het grotendeels hetzelfde als FOUNDATION Fieldbus H1 – beide zijn gebaseerd op dezelfde norm.
Ten tijde van de ontwikkeling was 31,25 kbit/s meer dan genoeg (en is het nog steeds) voor het type informatie dat door procesinstrumenten wordt verzonden en ontvangen. PROFIBUS PA-instrumenten zijn niet rechtstreeks aangesloten op de controller. Deze zit in het snellere PROFIBUS DP-netwerk en wordt bereikt via een koppeling of link. De koppeling/link fungeert als een netwerkinterface en zorgt voor de voeding van de bus.
PROFIBUS PA-instrumenten zijn niet rechtstreeks aangesloten op de controller. Deze zit in het snellere PROFIBUS DP-netwerk en wordt bereikt via een koppeling of link. De koppeling/link fungeert als een netwerkinterface en zorgt voor de voeding van de bus. Het mooie van PA-netwerken is, dat ze intrinsiek veilig kunnen worden ontworpen, wat betekent dat de aangesloten instrumenten in gevaarlijke omgevingen kunnen werken.
Normaal hangen er minder instrumenten aan een intrinsiek veilige bus vergeleken met een conventioneel netwerk, maar dit is afhankelijk van verschillende factoren die het optimale aantal instrumenten voor elke bepalen. Dit zijn bijvoorbeeld stroomopname van instrument, buslengte, kabeltype, etc.
Wat is PROFINET?
In dit hoofdstuk wordt niet al te diep ingegaan op PROFINET , omdat het een ander protocol is - ook al valt dit onder dezelfde PROFIBUS-belangengroep.
We kunnen stellen dat PROFINET kan worden gezien als een evolutie van het PROFIBUS-protocol. In de industrie wordt tegenwoordig graag gebruik gemaakt van protocollen op basis van ethernet (IEEE 802.3) en het OSI-model. PROFINET kan worden toegepast van regeling tot communicatie in het veld, waarmee een uniform en verticaal netwerk alsmede alle voordelen van IT in de productiegebieden van een bedrijf worden gebracht.
Er zijn al veel producenten met procesinstrumenten die gebruikmaken van een eigen protocol op ethernet-basis. Een ander voordeel met betrekking tot de implementatie is, dat dit type protocol makkelijk te implementeren is omdat het gebruikmaakt van een bekend model met lage infrastructuurkosten. PROFINET mag niet worden beschouwd als een PROFIBUS-ethernet! PROFINET is een open standaard gebaseerd op ethernet en een ontwikkeling van het PROFIBUS-protocol.
Een groot voordeel van PROFINET is de latente co-existentie met TCP/IP, wat aanzienlijke voordelen toevoegt. Alle instrumenten zijn verbonden met één enkel netwerk waar regeling, diagnose, etc. worden uitgevoerd. Gateways zijn doorgaans niet nodig. Volgens de standaard kan het netwerk op veel verschillende manieren worden opgebouwd, bijvoorbeeld als ring-, lijn-, boom- of stertopologie. PROFINET werkt met snelheden tot 1000 megabits per seconde, en kabels kunnen tot 100 meter lang zijn. Dankzij de hoge snelheden is de responstijd korter dan 1 milliseconde.
Wat is het verschil tussen PROFIBUS en PROFINET?
Als we het over PROFIBUS hebben, gaat het over een traditioneel en bekend digitaal communicatieprotocol dat is geïmplementeerd in verschillende industrieën en toepassingen. Dit protocol is gebaseerd op seriële communicatie en heeft de industrie veel voordelen gebracht.
PROFINET is een protocol op basis van het industriële ethernet. PROFINET ondersteunt snellere communicatie en de bandbreedte is ook groter. Dit betekent dat een bericht dat op het PROFINET-netwerk wordt verzonden veel meer informatie kan bevatten dan een bericht op PROFIBUS.
Onderstaand staat een tabel van PROFIBUS International met een vergelijking van beide opties:
Uiteindelijk is het een van de beste beschikbare oplossingen. Toch blijft het belangrijk om te kijken wat de eisen voor uw toepassing zijn, zodat het beste communicatieprotocol in uw installatie kan worden geïmplementeerd.
Wat is PROFIBUS en PROFINET International?
PROFIBUS en PROFINET International is een grote automatiseringsgemeenschap die in verschillende delen van de wereld aanwezig is. Ze zijn verantwoordelijk voor PROFIBUS en PROFINET, twee van de meest relevante communicatieprotocollen op de markt. De organisatie probeert de kennis over procesprotocollen in verschillende industrieën te vergroten. Men organiseert evenementen om te praten over de technologie en de eindgebruikers kennis bij te brengen.
Hoe moeten IIoT-diensten in een PROFIBUS-netwerk worden gebruikt?
Sommige PROFIBUS-gebruikers implementeren het netwerk als een 4-20 mA-systeem. Maar voor het begrip is het mogelijk om de gegevens van het netwerk te gebruiken en te handelen voordat er iets misgaat.
Traditionele toestandsbewaking kan nogal complex zijn in sommige scenario's. Nu ondersteunen IIoT-diensten echter een makkelijke bewaking van instrumenttoestand en leveren snel toegang tot database-informatie en documenten - zelfs op afstand.
Om de diagnose- en statusinformatie van het veld te verzamelen hebt u een zogenaamde fieldgate nodig. Een goed voorbeeld is de Fieldgate SFG500. Deze werkt als een klasse 02 DP master, die alle gegevens van uw procesinstrumenten verzamelt. De fieldgate wordt vervolgens aangesloten op een edge device, bijvoorbeeld de FieldEdge SGC500.
Alle informatie van de instrumenten wordt in de cloud verzonden in een veilige omgeving. Hier kunt u verschillende typen IIoT-dienst gebruiken, bijvoorbeeld Netilion Health voor het bewaken van de toestand van uw procesinstrumenten.
Tegelijkertijd kunt u Netilion Library alle documentatie van uw procesinstrumenten laten organiseren, zoals technische handleidingen en kalibratierapporten.
Last but not least, u kunt een betere controle over uw installed base hebben. Netilion Analytics, samen met het edge device, maakt een digitale tweeling van uw instrument aan en levert alle informatie over de installed base, zoals type instrumenten, verkopers, delicaatheid, veroudering en nog veel meer.
