پروفی باس چیست؟
پروفی باس چیست؟
پروفی باس یا Process Field Bus یک پروتکل برای ارتباطات فیلدباس میدانی در فناوری اتوماسیون است که نخستین بار در سال ۱۹۸۹ توسط BMBF (وزارت آموزش و تحقیقات آلمان) ارتقا یافت و سپس توسط زیمنس مورد استفاده قرار گرفت و در حال حاضر پتسا صنعت با تجربه چندین ساله در این زمینه ارائه دهنده راه حل هایی جهت پیاده سازی این فناوری در ایران می باشد. پروفی باس سیستمهای اتوماسیون و کنترلرها را با دستگاههای میدانی غیر متمرکز مانند سنسورها ، محرکها و رمزگذارها پیوند می دهد. شبکه های پروفی باس داده ها را با استفاده از یک کابل واحد تبادل می کنند. پروفی باس نباید با استاندارد پروفی نت برای اترنت صنعتی اشتباه گرفته شود. پروفی باس بصورت اوپن به عنوان بخشی از IEC 61158 منتشر می شود.
تفاوت مدباس و پروفی باس
آنها دو پروتکل ارتباطی مختلف هستند. در یک قیاس واضح آنها مثل دو زبان مختلف هستند، پروفی باس آلمانی صحبت می کند و مدباس انگلیسی. با این حال ، مدباس می تواند بر روی اترنت (از جمله با چندین راهبر بطور هم زمان) کار کند در حالی که پروفی باس نمی تواند. پروفی نت می تواند ، اما پروفی نت مانند پروفی باس نیست.
تفاوت پروفی باس و پروفی نت
پروفیباس یک فیلد باس سریال کلاسیک است؛ پروفینت یک اترنت صنعتی است. به طور خلاصه ، پروفی نت با پهنای باند بیشتر و پیام های بزرگتر و سریعتر است. در جدول زیر نگاهی دقیق تر به شباهت ها و تفاوت های این دو ارائه شده است.
^ با چند تلگرام: حداکثر ۲۲۳-۶۵ (غیر چرخه ای)
* نه در حالت خاص ، بلکه راه حل هایی موجود است
پروفی باس چگونه کار می کند؟
پروفی باس یک پروتکل نوع Master/salve مانند Masterbus است اما دارای یک پروتکل اضافی حلقه توکن است که امکان استفاده از چند Master را امکان پذیر می سازد. همچنین بر خلاف مدباس، همه دستگاه ها در زمان راه اندازی پروسه ای را طی می کنند که در طی آن آنها به شبکه می پیوندند. هر Slave یک تایمر failsafe را حفظ می کند. اگر Master در یک بازه زمانی مشخص با آن صحبت نکند ، Slave به حالت امن می رود. Master باید قبل از وقوع تبادل اطلاعات دیگر، دوباره پروسه راه اندازی را طی کند. این ، در ترکیب با یک تایمر نگهبان در Master ، اطمینان حاصل می کند که تمام ارتباطات در هر چرخه باس در یک مقدار زمانی خاص اتفاق می افتد.
اسکن عمومی باس همانطور که در شکل ۲ نشان داده شده است رخ خواهد داد. Master A Token را دریافت می کند، که به آن امکان کنترل باس را می دهد. سپس داده ها را با هر یک از Slave های خود تبادل می کند و پس از اتمام کامل، Token را به Master بعدی (در صورت وجود) انتقال می دهد. نیاز به تشخیص دقیق از هر Slave نیز در پروتکل ساخته شده است. در طی تبادل داده های عادی، یک Slave می تواند به Master هشدار دهد که دارای تشخیص است، که سپس بوسیله Master در طول اسکن بعدی باس خوانده خواهد شد.
شکل ۱ اسکن پروفی باس
انواع شبکه پروفی باس
دو نسخه جایگزین از پروفی باس به طور کلی در اتوماسیون استفاده می شود: پروفی باس DP و پروفی باس PA. PA و DP حاوی پروتکل های یکسان هستند و هر دو با استفاده از یک دستگاه کوپلر می توانند به یکدیگر وصل شوند.
(Profibus DP (Decentralized Peripherals معمولاً برای تبادل داده با دستگاه های میدانی مانند سنسورها و محرک ها از طریق یک کنترلر قابل برنامه ریزی در برنامه های کاربردی در زمینه اتوماسیون تولید استفاده می شود.
(Profibus PA (Process Automation برای رابط ابزارهای اندازه گیری دقیق از طریق یک سیستم کنترل فرآیند در برنامه های اتوماسیون فرآیند استفاده می شود. این نوع برای استفاده در مناطق انفجاری/خطرناک (منطقه سابق ۰ و ۱) طراحی شده است. لایه فیزیکی، (یعنی کابل)، مطابق با IEC 61158-2 است ، که اجازه می دهد تا قدرت از طریق فیلد باس به ابزارهای میدانی تحویل داده شود ، در حالی که جریان الکتریسیته را محدود می کند تا شرایط انفجاری ایجاد نشود. PA سرعت انتقال داده ۳۱.۲۵ kbit/s را دارد.
Profibus FMS یک نسخه اولیه پروفی باس با عنوان “Fieldbus Message Specification”، بود. پروفی باس FMS برای ارتباط بین کنترلرهای قابل برنامه ریزی و PLC ها در نظر گرفته شده بود و اطلاعات پیچیده ای را بین آنها ارسال می کرد. راه حلی با هدف کلی برای کارهای ارتباطی در سطح سلول. خدمات قدرتمند FMS طیف گسترده ای از برنامه ها را باز کرده و انعطاف پذیری بالایی را ارائه می دهد. همچنین می توان برای کارهای ارتباطی گسترده و پیچیده استفاده کرد. در این مشخصات پیاده سازی نمی شود زیرا CODE عملکرد مشابهی را ارائه می دهد.
پروفی باس شبکه ساختار شکل ۲
مزایای استفاده از Profibus PA
معرفی پروفیباس PA شکاف ارتباط داده های دیجیتالی بین سیستم های اتوماسیون و دستگاه های میدانی را بسته است. عملکرد پیشرفته پروفی باس PA در تمام مراحل یک پروژه مزایایی را ارائه می دهد:
در طول مرحله نصب
- کاهش سیم کشی و در نتیجه سهولت مهندسی و نصب
- مونتاژ سریعتر و کاهش خطاها
- مواد ذخیره شده برای کابل کشی
برای اندازه گیری مستقیم می توان ابزار را در مکانهای نزدیک به فرآیند نصب کرد. اطلاعات از راه دور قابل دسترسی هستند و دسترسی روزانه ضروری نیست.
در طول مرحله راه اندازی
- بیش از ۱۰۰ دستگاه می توانند در روز راه اندازی شوند
- یک نفر می تواند راه اندازی را کامل کند. دیگر نیازی به شخص دوم دراین زمینه برای یافتن و “فعال کردن” ابزاری برای بررسی حلقه نیست
- خطاهای های ارتباطی می توانند از اتاق کنترل واقع شوند
- هیچ کالیبراسیون ۴ تا ۲۰ میلی آمپر لازم نیست زیرا دستگاه دیجیتال طیف وسیعی از مقادیر فرآیند را اندازه گیری می کند
- تنظیمات ابزار را می توان از اتاق کنترل بارگیری کرد. بدون نیاز به اتصال جدا دستی به هر فرستنده به صورت جداگانه
در طی مرحله نگهداری
- اطلاعات تشخیصی برای نگهداری پیش بینی، تعمیر و نگهداری فقط در صورت برنامه ریزی یا مورد نیاز انجام می شود
- تعیین خطای فرآیند یا ابزار
- عیب یابی آسان و سریع از اتاق کنترل
- نیازی به یافتن ابزار مخصوص در کارخانه نیست
- سفرهای کمتری به این زمینه دارید
- خودآزمایی و عملکردهای اصلاحی در دستگاه های زمینه
- بدون کالیبراسیون دوره ای ۴-۲۰ میلی آمپر
- با بارگیری تنظیمات ابزار جایگزین شده جدید را وصل و راه اندازی کنید
استانداردهای مرجع
پروفیباس در IEC 61158 و IEC 61784 مشخص شده است. این استانداردها جزئیات مربوط به نحوه برقراری هر دستگاه و توصیف ایمنی تبادل اطلاعات را بیان می کند.
- IEC61158 (ارتباطات داده دیجیتال برای اندازه گیری و کنترل – لایه های ارتباطی)
- IEC61784-1 (پروفایل های ارتباطی)
- IEC61784-2اترنت بی درنگ (RTE, Realtime Ethernet)
- IEC61784-3(ارتباط ایمنی)
- IEC61784-4(امنیت)
- IEC61784-5 (نصب)
اهمیت پروتکل پروفیباس در صنایع
بسیاری از تولیدکنندگان محصولاتی مانند PLC ، درایوها و ابزار دقیق پروفی باس را در محصولاتشان ارائه می دهند. مزیت این است که برای هر برنامه می توان از یک راه حل مشابه و از پیش طراحی شده که موجود است استفاده کرد بدون نیاز به مهندسی کردن یک راهکار جدید. پروفی باس می تواند با ۱۲ مگابیت بر ثانیه عمل کند ، که سریعترین باس میدانی در دنیای اتوماسیون است. این شبکه بر روی طرح Master-Slave کار می کند که در آن یک Master با استفاده از Token و انتقال دادن آن به Slave هایش یکی پس از دیگری در یک سیستم بسته به تبادل دادها می پردازد.
پروفایل ها
پروفایل ها پیکربندی های از پیش تعریف شده توابع موجود از پروفی باس برای دستگاه ها و برنامه های مختلف هستند. کاربر به دلیل قابلیت همکاری پروفایل می تواند کالاهای مشابه را از فروشندگان مختلف با هم جایگزین کند. پروفایل هایی برای رمزگذارها ، مبدل های خطی ، ماشین های CNC ، درایوها، PLC ها، SCADA (کنترل نظارت و دستیابی به داده ها)، ابزارهای دیجیتالی مختلف و غیره در دسترس هستند.
عیب یابی پروفی باس
یک بسته نرم افزاری پیکربندی و برنامه نویسی برای راه اندازی شبکه پروفی باس لازم است. تصحیح مشکل تشخیصی شامل پاسخ های مربوط به فرآیند ، مکانیسم های تشخیصی داخلی برای نشان دادن مشکلات مربوط به SCADA یا PLC ، و یک کابل رابط پروفی باس است. نظارت مستمر در عملکرد پروفی باس می تواند برخی از مشکلات مهم را قبل از اینکه منجر به ضرر عمده در تولید شود شناسایی کند. تشخیص از دستگاه های مختلف باعث ایجاد یک رویداد می شود و گزارش آن یک Alarm قابل ضبط را تولید می کند. به طور کلی یک مهندس برای تصحیح خطاها در شبکه به دو ابزار احتیاج دارد:
یک آنالایزر فیلد باس برای تعیین کیفیت پروتکل و یک اسیلوسکوپ برای تأیید کیفیت سیگنال ارتباطی، به عنوان مثال، اتصال کوتاه ، قطع سیم، خطای خاتمه و غیره. یک اتصال کوتاه در کابل پروفی باس ارتباط Master را از Slaveها جدا می کند. البته اتصال کوتاه باعث از بین رفتن ابزاردقیق موجود در آن node نمی شود. اتصال کوتاه و فاصله تا نقطه مشکل را می توان با یک اسیلوسکوپ براحتی تشخیص داد.
Function Block های تشخیصی
Function Blocks قادر به تشخیص هر دستگاه Slave هستند. اطلاعات تشخیصی را می توان در یک بلوک داده ذخیره کرد. این بلوک داده سپس می تواند در رایانه SCADA نمایش داده شود.
Repeater های تشخیصی
Repeater به عنوان Slave در شبکه عمل می کند و می تواند اطلاعات تشخیصی را به Master متصل کند. این داده های تشخیصی شامل انواع مختلفی ازخطاها نظیر شکست کابل پروفی باس ، اتصال کوتاه با بدنه سیم ، مقاومت ترمیناتور ، تشخیص گره ها و غیره می باشد. مکان و نوع گسل موجود در کابل را می توان به صورت متن و بازنمایی گرافیکی نمایش داد.
اختلال در کابل برق
رابط پروفی باس می تواند با تداخل ناشی از کابل برق که در نزدیکی کابل های پروفی باس قرار گرفته است ، مختل شود. حداقل ۱۰ سانتیمتر فضای هوایی بین پروفی باس و کابل برق باید حفظ شود. همچنین محافظ الکتریکی مناسب برای جلوگیری از تداخل مهم است.
چک لیست پارامتر مهم در هنگام راه اندازی یک شبکه پروفی باس
- قطب سیم پروفی باس (A = سبز ، B = قرمز) باید صحیح باشد.
- حداکثر ۳۲ دستگاه یا کمتر در هر بخش.
- از خطوط شاخه خودداری کنید.
- فقط از کابل و اتصالات پروفی باس استفاده کنید.
- با توجه به طول کابل ، سرعت کافی Baud rate تنظیم شده است.
- اطمینان حاصل کنید که آدرس هر Node به درستی تعریف شده است.
- کابل را از اتصال کوتاه و خرابی محافظت کنید.
- در صورت سرعت انتقال بالاتر، حداقل فاصله بین دو دستگاه حداقل یک متر است.
- کابل های چند پروفی باس که در یک مجرای فلزی قرار داده شده اند ، عملکرد خوبی را در هنگام درگیری EMC نشان می دهند.
- یک دستگاه Slave نمی تواند دو Master داشته باشد.
سایر اطلاعات مرتبط
رنگ کابل Profibus DP
به طور کلی رنگ کابل استاندارد پروفی باس DP بنفش خواهد بود ، اما می تواند رنگ دیگری داشته باشد – به عنوان مثال برای استفاده در کشتی از رنگ سیاه استفاده می شود و برای کاربرد در محیط های سخت از رنگ سبز استفاده می شود.
پیکربندی پین روی اتصال DB9
- پین ۳ = داده های خط B با رنگ قرمز + (ورودی / خروجی)
- پین ۸ = داده های خط A به رنگ سبز- (ورودی / خروجی)
- پوشش فلزی اتصال = سپر
یک تبدیل گر سریال به کاربر اجازه می دهد تا با هر دستگاه سریال با یک شبکه پروفی باس ارتباط برقرار کند. این می تواند از فرمت های سریال RS232، RS422 و RS485 بدون هیچ گونه تغییر در سخت افزار پشتیبانی کند.
