بروفيبوس

الموسوعة الحرة
موصل كهربائي بروفيبوس

بروفيبوس (يُكتب عادةً PROFIBUS ، وهو اختصار لـ Process Field Bus ) هو معيار لاتصالات ناقل المجال في تكنولوجيا الأتمتة ، وقد رُوِّج له لأول مرة عام 1989 من قِبَل وزارة التعليم والبحث العلمي الألمانية ( BMBF ) ، ثم استخدمته شركة سيمنز . [ 1 ] يجب عدم الخلط بينه وبين معيار بروفينت لشبكة إيثرنت الصناعية . يُنشر بروفيبوس علنًا كنوع 3 من معيار IEC 61158/61784-1. [ 2 ]

أصل

يعود تاريخ بروتوكول PROFIBUS إلى خطةٍ روج لها ماركو تودارو لجمعيةٍ تأسست في ألمانيا عام 1986، حيث وضعت 18 شركةً ومعهدًا خطة مشروعٍ رئيسيةٍ أُطلق عليها اسم " fieldbus ". [ 3 ] كان الهدف هو تطبيق ونشر استخدام ناقل بياناتٍ تسلسليٍّ ثنائيٍّ يعتمد على المتطلبات الأساسية لواجهات أجهزة الحقل. ولتحقيق هذا الغرض، اتفقت الشركات الأعضاء على دعم مفهومٍ تقنيٍّ مشتركٍ للإنتاج (أي الأتمتة المنفصلة أو أتمتة المصانع ) وأتمتة العمليات . في البداية، تم تحديد بروتوكول الاتصال المعقد Profibus FMS (مواصفات رسائل ناقل البيانات الميداني)، المصمم خصيصًا لمهام الاتصال المعقدة. لاحقًا، في عام 1993، تم الانتهاء من تحديد مواصفات بروتوكول PROFIBUS DP (الأجهزة الطرفية اللامركزية)، وهو بروتوكولٌ أبسط وأسرع بكثير. يُستخدم Profibus FMS للاتصال (غير الحتمي) للبيانات بين أجهزة Profibus الرئيسية. بروتوكول Profibus DP هو بروتوكول مصمم للاتصال (الحتمي) بين أجهزة Profibus الرئيسية وأجهزة الإدخال/الإخراج التابعة لها عن بُعد. [ 4 ] [ 5 ]

يوجد نوعان من بروتوكول PROFIBUS قيد الاستخدام اليوم؛ النوع الأكثر شيوعًا PROFIBUS DP، والنوع الأقل استخدامًا والمخصص لتطبيقات معينة PROFIBUS PA:

  • يُستخدم بروتوكول PROFIBUS DP (الأجهزة الطرفية اللامركزية) [ 6 ] لتشغيل أجهزة الاستشعار والمحركات عبر وحدة تحكم مركزية في تطبيقات أتمتة الإنتاج (المصانع). ويركز هذا المقال بشكل خاص على العديد من خيارات التشخيص القياسية. [ 7 ]
  • يُستخدم بروتوكول PROFIBUS PA (أتمتة العمليات) [ 8 ] لمراقبة معدات القياس عبر نظام التحكم في العمليات في تطبيقات أتمتة العمليات. صُمم هذا الإصدار للاستخدام في المناطق المعرضة للانفجار/الخطرة ( المنطقة 0 و1). تتوافق الطبقة الفيزيائية (أي الكابل) مع معيار IEC 61158-2 [ 9 ] ، مما يسمح بتوصيل الطاقة عبر الناقل إلى أجهزة القياس الميدانية، مع الحد من تدفق التيار لمنع حدوث ظروف قابلة للانفجار، حتى في حالة حدوث عطل. يحد هذا من عدد الأجهزة المتصلة بجزء PA. يتميز PA بمعدل نقل بيانات يبلغ 31.25  كيلوبت/ثانية. ومع ذلك، يستخدم PA نفس بروتوكول DP، ويمكن ربطه بشبكة DP باستخدام جهاز ربط. يعمل DP، الأسرع بكثير، كشبكة أساسية لنقل إشارات العملية إلى وحدة التحكم. هذا يعني أن DP وPA يمكنهما العمل معًا بكفاءة عالية، خاصة في التطبيقات الهجينة حيث تعمل شبكات أتمتة العمليات وشبكات أتمتة المصانع جنبًا إلى جنب.

تم تركيب أكثر من 30 مليون عقدة PROFIBUS بحلول نهاية عام 2009. 5 ملايين منها في الصناعات التحويلية. [ 3 ]

تكنولوجيا

بروتوكول PROFIBUS ( نموذج مرجعي OSI )
طبقة OSIبروفيبوس
7طلبDPV0DPV1DPV2إدارة
6عرض تقديمي--
5حصة
4ينقل
3شبكة
2وصلة البياناتFDL
1بدنيEIA-485بصريMBP

طبقة التطبيق (طبقة OSI-7)

لاستخدام هذه الوظائف، تم تحديد مستويات خدمة مختلفة [ 10 ] لبروتوكول DP [ 11 ] : [ 12 ] [ 13 ]

  • DP-V0 للتبادل الدوري للبيانات والتشخيص
  • DP-V1 لتبادل البيانات غير الدورية ومعالجة الإنذارات [ 14 ]
  • DP-V2 للوضع المتزامن وبث تبادل البيانات ( اتصال من جهاز تابع إلى جهاز تابع)

تعمل خدمات طبقة ربط البيانات ( FDL ) [ 15 ] وبروتوكولاتها [ 16 ] باستخدام أسلوب وصول هجين يجمع بين تمرير الرمز المميز وأسلوب السيد/التابع. في شبكة PROFIBUS DP، تُعتبر وحدات التحكم أو أنظمة التحكم في العمليات هي السيد، بينما تُعتبر أجهزة الاستشعار والمشغلات هي التابع. [ 12 ] [ 17 ]

لكل بايت تكافؤ زوجي، ويتم نقله بشكل غير متزامن مع بت بدء وبت إيقاف. لا يجوز وجود فاصل زمني بين بت الإيقاف وبت البدء التالي عند إرسال بايتات البرقية. يشير الجهاز الرئيسي إلى بدء برقية جديدة بفاصل زمني SYN لا يقل عن 33 بت (القيمة المنطقية "1" تعني خمول الناقل).

Various telegram types are used. They can be differentiated by their start delimiter (SD):

No data

SD1 = 0x10

SD1DASAFCFCSED

Variable length data

SD2 = 0x68

SD2LELErSD2DASAFCDSAPSSAPPDUFCSED

Fixed length data

SD3 = 0xA2

SD3DASAFCPDUFCSED

Token

SD4 = 0xDC

SD4DASA

Fields

SDStart Delimiter
LELength of protocol data unit, (incl. DA, SA, FC, DSAP, SSAP)
LErRepetition of length of protocol data unit, (Hamming distance = 4)
FCFrame Control
DADestination Address
SASource Address
DSAPDestination Service Access Point
SSAPSource Service Access Point
PDUProtocol Data Unit (protocol data)
FCSFrame Checking Sequence, calculated by simply adding up the bytes within the specified length. An overflow is ignored here.
EDEnd Delimiter (= 0x16)

Service Access Points

SAP (Decimal)SERVICE
Default 0Cyclical Data Exchange (Write_Read_Data)
54Master-to-Master SAP (M-M Communication)
55Change Station Address (Set_Slave_Add) – SAP55 is optional and may be disabled if the slave doesn't provide non-volatile storage memory for the station address.
56Read Inputs (Rd_Inp)
57Read Outputs (Rd_Outp)
58Control Commands to a DP Slave (Global_Control)
59Read Configuration Data (Get_Cfg)
60Read Diagnostic Data (Slave_Diagnosis)
61Send Parameterization Data (Set_Prm)
62Check Configuration Data (Chk_Cfg)

Bit-transmission layer (OSI-Layer 1)

Three different methods are specified for the bit-transmission layer:[9]

  • With electrical transmission[18][19] pursuant to EIA-485, twisted pair cables with impedances of 150 ohms are used in a bus topology.[20]Bit rates from 9.6 kbit/s to 12 Mbit/s can be used. The cable length between two repeaters is limited from 100 to 1200 m, depending on the bit rate used. This transmission method is primarily used with PROFIBUS DP.
  • With optical transmission via fiber optics, star-, bus- and ring-topologies are used. The distance between the repeaters can be up to 15 km. The ring topology can also be executed redundantly.[17]
  • باستخدام تقنية نقل البيانات MBP (مانشستر باس باور) [ 19 ] ، يتم تغذية البيانات والطاقة اللازمة لحافلة البيانات الميدانية عبر نفس الكابل. ويمكن تقليل الطاقة بحيث يصبح استخدامها ممكنًا في البيئات المعرضة لخطر الانفجار. يصل  طول بنية الحافلة إلى 1900 متر، وتسمح بتفرعها إلى الأجهزة الميدانية (بحد أقصى 60  مترًا). معدل نقل البيانات هنا ثابت عند 31.25  كيلوبت/ثانية. وقد طُوّرت هذه التقنية خصيصًا للاستخدام في أتمتة العمليات لبروتوكول PROFIBUS PA. [ 17 ]

بالنسبة لنقل البيانات عبر نقاط التلامس المنزلقة للأجهزة المحمولة أو نقل البيانات الضوئية أو اللاسلكية في الأماكن المفتوحة، يمكن الحصول على منتجات من مختلف الشركات المصنعة، إلا أنها لا تتوافق مع أي معيار.

يستخدم بروتوكول PROFIBUS DP [ 6 ] كابلًا ثنائي النواة محميًا بغلاف بنفسجي، [ 18 ] ويعمل بسرعات تتراوح بين 9.6  كيلوبت/ثانية و12  ميجابت/ثانية. [ 20 ] يمكن اختيار سرعة معينة للشبكة لتوفير وقت كافٍ للتواصل مع جميع الأجهزة الموجودة فيها. إذا كانت الأنظمة تتغير ببطء، فإن سرعة اتصال منخفضة تكون مناسبة، أما إذا كانت تتغير بسرعة، فإن سرعة أعلى ستُحقق تواصلًا فعالًا. يسمح الإرسال المتوازن RS485 المستخدم في PROFIBUS DP بتوصيل 31 جهازًا فقط في وقت واحد؛ ومع ذلك، يمكن توصيل المزيد من الأجهزة (حتى 126 جهازًا) أو توسيع الشبكة باستخدام الموزعات أو المُكررات (4 موزعات أو مُكررات للوصول إلى 126 جهازًا). [ 7 ] يُعتبر كل من الموزع والمُكرر جهازًا أيضًا. [ 21 ]

يعمل بروتوكول PROFIBUS PA [ 8 ] بسرعة ثابتة تبلغ 31.25  كيلوبت/ثانية عبر كابل ثنائي النواة محمي بغلاف أزرق. يمكن بدء الاتصال لتقليل خطر الانفجار أو للأنظمة التي تتطلب بطبيعتها معدات آمنة. تتطابق تنسيقات الرسائل في PROFIBUS PA مع تنسيقات PROFIBUS DP.

ملاحظة: يجب عدم الخلط بين PROFIBUS DP و PROFIBUS PA و PROFINET .

الملفات الشخصية

تُعدّ الملفات التعريفية تكوينات مُسبقة للوظائف والميزات المُتاحة في بروتوكول PROFIBUS، والمُخصصة للاستخدام في أجهزة أو تطبيقات مُحددة. ويتم تحديدها من قِبل فرق عمل PI ونشرها من قِبل PI. تُعتبر الملفات التعريفية مهمة لضمان الانفتاح، وقابلية التشغيل البيني، وقابلية التبادل، بحيث يضمن المستخدم النهائي أن تعمل المعدات المُتشابهة من مُختلف المُصنّعين بطريقة مُوحدة. كما يُشجع اختيار المستخدم على المُنافسة التي تدفع المُصنّعين نحو تحسين الأداء وخفض التكاليف.

تتوفر ملفات تعريف PROFIBUS لأجهزة التشفير، وأجهزة المختبرات، والمضخات الذكية ، والروبوتات، والآلات التي يتم التحكم فيها رقميًا، على سبيل المثال. كما توجد ملفات تعريف لتطبيقات أخرى مثل استخدام HART والشبكات اللاسلكية مع PROFIBUS، وأجهزة أتمتة العمليات عبر PROFIBUS PA. وتم تحديد ملفات تعريف أخرى للتحكم في الحركة (PROFIdrive) والسلامة الوظيفية ( PROFIsafe ).

منظمة

تأسست منظمة مستخدمي PROFIBUS (PROFIBUS Nutzerorganisation eV) عام 1989. [ 3 ] وتألفت هذه المجموعة بشكل رئيسي من المصنّعين والمستخدمين من أوروبا. وفي عام 1992، تأسست أول منظمة إقليمية لـ PROFIBUS (PROFIBUS Schweiz في سويسرا). وفي السنوات اللاحقة، أُضيفت جمعيات إقليمية أخرى لـ PROFIBUS وPROFINET (RPAs).

في عام 1995، انضمت جميع شركات أتمتة العمليات الروبوتية (RPA) تحت مظلة الرابطة الدولية بروفيبوس وبروفينت الدولية (PI). واليوم، تضم بروفيبوس 25 شركة أتمتة عمليات روبوتية حول العالم (بما في ذلك بروفينت الدولية) وأكثر من 1400 عضو، من بينهم معظم إن لم يكن جميع موردي ومقدمي خدمات الأتمتة الرئيسيين، بالإضافة إلى العديد من المستخدمين النهائيين.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ ويغمان، جوزيف؛ كيليان، جيرهارد (2003). اللامركزية باستخدام PROFIBUS DP/DPV1: البنية والأساسيات، والتكوين والاستخدام مع SIMATIC S7 . سيمنز. ISBN 978-3-89578-218-3.
  2. ↑ "شبكات الاتصالات الصناعية - الملفات التعريفية، الجزء 1: ملفات تعريف ناقل المجال" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2019. IEC 61784-1 . تاريخ الاسترجاع: 28 أبريل 2020 .
  3. 1 2 3 بندر، كلاوس؛ فريتاغ، يورغ. ليندنر، كلاوس بيتر (2009). المعالم الرئيسية: PROFIBUS - 20 عامًا من معايير الاتصالات الصناعية . كارلسروه: PROFIBUS Nutzerorganisation eV
  4. ↑ "تقنية وتطبيقات PROFIBUS - وصف النظام" . بروفيبوس وبروفينت الدولية (PI). 2016. رقم الطلب 4.332 . تاريخ الاسترجاع 9 فبراير 2023 .
  5. ↑ شيو، جي (2015). بروفيبوس عمليًا: هندسة وتصميم النظام . منصة النشر المستقلة كريت سبيس. رقم ISBN 978-1507633045.
  6. 1 2 ميتشل، رونالد (2003). بروفيبوس: دليل موجز . ISA. ISBN 978-1556178627.
  7. 1 2 "تصميم بروفيبوس" . بروفيبوس وبروفينت الدولية (PI). 2020. رقم الطلب 8.012 . تاريخ الاسترجاع 2023-02-09 .
  8. 1 2 باول، جيمس؛ فانديلين، هنري (2012). التقاط ناقل بيانات العمليات الميداني: مقدمة إلى بروفيبوس لأتمتة العمليات . مومينتوم برس. ISBN 978-1606503966.
  9. 1 2 "شبكات الاتصالات الصناعية - مواصفات ناقل المجال - الجزء 2: مواصفات الطبقة الفيزيائية وتعريف الخدمة" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2022. IEC 61158-2 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .
  10. ↑ "شبكات الاتصالات الصناعية - مواصفات ناقل المجال - الجزء 5-3: تعريف خدمة طبقة التطبيق - عناصر النوع 3" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2014. IEC 61158-5-3 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .
  11. ↑ "شبكات الاتصالات الصناعية - مواصفات ناقل المجال - الجزء 6-3: مواصفات بروتوكول طبقة التطبيق - عناصر النوع 3" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2019. IEC 61158-6-3 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .
  12. 1 2 بوب، مانفريد (2003). "الطريقة السريعة الجديدة لبروتوكول PROFIBUS DP - من DP-V0 إلى DP-V2" . بروفيبوس وبروفينت الدولية (PI). رقم الطلب 4.072 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .
  13. ↑ شيو، جي (2019). بروتوكول بروفيبوس عمليًا: المعيار والتشغيل . منشور ذاتيًا. رقم ISBN 978-1793076830.
  14. ↑ شيو، جي (2013). بروفيبوس عمليًا: هندسة النظم، واستكشاف الأخطاء وإصلاحها، والصيانة . منصة النشر المستقلة كريت سبيس. رقم ISBN 978-1493614684.
  15. ↑ "شبكات الاتصالات الصناعية - مواصفات ناقل المجال - الجزء 3-3: تعريف خدمة طبقة ربط البيانات - عناصر النوع 3" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2014. IEC 61158-3-3 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .
  16. ↑ "شبكات الاتصالات الصناعية - مواصفات ناقل المجال - الجزء 4-3: مواصفات بروتوكول طبقة ربط البيانات - عناصر النوع 3" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2019. IEC 61158-4-3 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .
  17. 1 2 3 فيلسر، ماكس (2017). دليل PROFIBUS . epubli GmbH. ISBN 978-3-8442-1435-2.
  18. 1 2 "تشغيل بروتوكول PROFIBUS" . بروفيبوس وبروفينت الدولية (PI). 2022. رقم الطلب 8.032 . تاريخ الاسترجاع 2023-02-09 .
  19. 1 2 شيو، جي (2013). بروفيبوس عمليًا: تركيب أجهزة وكابلات بروفيبوس . منصة النشر المستقلة كريت سبيس. ISBN 978-1481245210.
  20. 1 2 "توصيلات وتجميع بروتوكول PROFIBUS" . بروفيبوس وبروفينت الدولية (PI). 2020. رقم الطلب 8.022 . تاريخ الاسترجاع 2023-02-09 .
  21. ↑ "شبكات الاتصالات الصناعية - الملفات التعريفية - الجزء 5-3: تركيب ناقلات البيانات الميدانية - ملفات تعريف التركيب لـ CPF 3" . اللجنة الكهروتقنية الدولية (IEC). 2018. IEC 61784-5-3 . تاريخ الاسترجاع: 9 فبراير 2023 .