ProfiBus (Process Field Bus)

1. In the name of GOD ProfiBus (Process Field Bus) Presenter Ahmad Kia

2. نگاهی اجمالی به برخی مفاهیم و تعاریف کلی تاریخچه پیدایش ProfiBus مفاهیم کاربردی در ProfiBus اجزاء شبکه ProfiBus استانداردها و پروفایلهای مورد استفاده در ProfiBus مثال عملی از اجرای صنعتی پروفی باس(شرکت زیمنس) جمع بندی و مقایسه طرح کلی سمینار

3. Profibus مخفف کلمه Process Field Bus می باشد 1)Field یا میدان: منظور محیط کارخانه یا همان سالن تولید می باشد 2)Process (پروسه): منظور فرآیندی است که هدف کنترل آن می باشد 3)باس: باس در صنعت به مجموعه ای از وسایل گفته می شود که که از طریق آن عناصر و اجزای Field(میدان)به یکدیگر مرتبط میشوند و به تبادل Data می پردازند مفاهیم مورد نیاز

4. 4) :Field Bus باسی است با استانداردهای مخصوص که در سرتاسر Field (کارخانه) کشیده شده و اجزا با انشعاب به آن متصلند. 5) Protocol: ضوابط تبادل Data بین اجزائ Field در Network می باشد 6):Cell Level ارتباط بین تابلوهای فرمان و کنترل یا اتاقهای کنترلی در کارخانه می باشد مفاهیم مورد نیاز

5. 7)Configuration(پیکربندی): به نحوه اتصال کاربرهای (اجزائ) مختلف شبکه صنعتی می پردازد که انواع مختلفی با مزایا و معایب مخصوص به خود دارد: ستاره ای ، باس، حلقه ای، درختی 8)Media(رسانه شبکه): جهت نقل و انتقال داده در شبکه از محلی به محل دیگر مورد استفاده قرار می گیرد نظیر کابل مسی، فیبر نوری،امواج رادیویی و... مفاهیم مورد نیاز

6. پروفی باس ProfiBus ProfiBus رایج ترین فیلد باس مستقل از سازنده (independent-vendor)و باز **(openness) است كه براي انتقال ديتا بصورت سريال براي دامنه وسيعي از كابردهاي توليدي ، كنترل فرآيند ها و اتوماسيون صنعتي بكار مي رود. که دارای پروتکل و استانداردهای مخصوص به خود است و اجزا و تجهیزات مختلف کنترل و اتوماسیون در تمامی سطوح Field, Cell ,Sensor, Actuator, PLC,PC از طریق آن قادر به ارتباط با یکدیگر می باشند

7. پروفی باس ProfiBus

8. مفهوم باز بودن پروفی باس Openness Bus Openness: با توجه به استاندارد ProfiBus(استاندارد اروپایی EN 50170) کاربر با اطمینان خاطر می تواندقطعات تحت استاندارد سازندگان مختلف((Independent-Vendor تحت استانداردEN50254) را به آن متصل سازد نظیر شبکه اینترنت که همه PCها صرف نظر از شرکتهای سازنده قطعات استاندارد،قابلیت اتصال به آنرا تحت استانداردی خاص دارا می باشند.

9. تاریخچه History - ظهور آن در صنعت در بهار 1990 در آلمان اتفاق افتاد که به عنوان یک پروژه مشترک در زمینه ارتباطات و شبکه های صنعتی بین چند شرکت گسترش یافت و دولت آلمان به همراه توليد كنندگان معروف سيستم هاي اتوماسيون نظیر زیمنس،مولر الکتریک و بوش ، براي اولين بار پروفي باس را بر روي تراشه هاي ASIC اجرا كرد - در ابتدا تحت استاندارد DIN 19245 در آلمان و دو سال بعد تحت استاندارد EN 50170 در اروپا بکار گرفته شد.

10. بیان اصلی پروفی باس Profibus & Basic Expression

11. بیان اصلی پروفی باس Basic Expression پروفي باس تعيين كننده مشخصات عملكردي و تكنيكي سيستم فيلدباس سريال است که در آن كنترل‌كننده‌هاي ديجيتالي تمركز زدايي شده(Decentralized)، مي‌توانند با هم از سطح فيلد (Field Level) به سطح سلول (Cell Level) شبكه شوند.

12. اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices

13. اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices 1-Media یا رسانه: کابل الکتریکی Configuration شبکه پروفی باس الکتریکی از نوع باس یا درختی فیبر نوری -اتصال Station ها به شبکه از طریق ماژول اتصال نوری OLM (Optical Line Module) - امکان Configuration شبکه بصورت باس،ستاره و حلقه را فراهم می کند **امکان شبکه های ترکیبی نوری-الکتریکی با اتصال بین رسانه های الکتریکی و نوری از طریقOLM

15. اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices 2-پایانه RS-485 برای اتصال به باس: جهت اتصال یک عنصر به پروفی باس و برقراری ارتباط 3-تکرار کننده(Repeater)RS-485 : جهت اتصال دو قسمت پروفی باس با حداکثر Station32 4-ماژول اتصال نوری OLM: - امکان ایجاد شبکه پروفی باس بصورت باس،حلقه یا ستاره

16. اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices 5-پلاگ اتصال نوریOLP : امکان ایجاد شبکه پروفی باس حلقوی ارزان با استفاده از کابل فیبر نوری 6-نرم افزار عیب یابی: نرم افزارهایی برای جستجو و عیب یابی در شبکه های پروفی باس(EN50170) نظیر SCOPE از زیمنس

17. Line Star / Tree Redundant Ring OLM V3 - Topologies OLM V3 FO RS 485

18. PLC Analyser Oscilloscope Laptop running analyser and oscilloscope software اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices

19. اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices 7-دستگاه تشخیص عیب سخت افزاری: - آزمایش خطوط پروفی باس و اینترفیس RS-485 - آزمایش قابلیت دسترسیSlave - تعیین طول کابل شبکه - قطع شدگی کابل یا اتصال کوتاه آن - تعیین تعدادSlave های موجود و آدرس هریک

20. اجزاء شبکه پروفی باس Profibus Network Devices 8--ماژول ارتباط مادون قرمز: - ایجاد شبکه پروفی باس بی سیم(مادون قرمز) با نام ILM - امکان اتصال چندین Slave یا چندین قسمت بدون استفاده از سیم - حداکثر برد مفید شبکه 15mو حداکثر سرعت آن 1.5 bit/s -مهمترین استفاده آن: ایجاد ارتباط با Station های سیار - دارای محفظه محکم و ایمن در برابر عوامل محیطی و صنعتی - امکان نمایش موانع در مسیر ارسال ودریافت داده توسط LED روی ILM

21. Master & slave Masters & Slaves در ProfiBus: Master یا Active Station: عنصری است که (بدون نیاز به درخواست)نقل و انتقال داده در باس را کنترل می کند (ضابطه دسترسی انتقال علامت token passing) - PLCها و PCها از متداولترین Masterها می باشند.- Slave یا Passive Station : عنصری که بدون اجازه Master قادر به در اختیار گرفتن باس و نقل و انتقال داده نیست. -سنسورها،عملگرها،درایورها،تابلوها و...ازمتداولترین Slave ها می باشند.-

22. تکنولوژی پروفی باس Profibus Technology

23. تکنولوژی پروفی باس ProfiBus Technology 1- پروفایل ارتباطی:مربوط به پروتکلها و استانداردهای ارتباطی است 2- پروفایل فیزیکی:مر بوط به پروتکلها و ضوابط انتقال داده است 3- پروفایل کاربردی:مر بوط به انتخاب پروتکل و تکنولوژی انتقال برای تجهیزات مخصوص است RS-485 IEC 1158-2 Fiber Optic

24. تکنولوژی پروفی باس ProfiBus Technology Communication Profiles Physical Profiles Application Profiles

25. -Factory Level -Cell Level -Field Level توپولوژی شبکه پروفی باس ProfiBus Network Topology

26. پروفایلهای ارتباطی Communication Profiles

27. Profibus DP (Data Processing) Profibus FMS (Field Bus Message Specification) Profibus PA (Process Automation) پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

28. 1-پروفی باس DP: اهداف طراحی و بهینه سازی این نوع پروفی باس : -مشخص كننده روش انتقال اطلاعات بين ايستگاههاي باس - براي سرعت بالا و اتصالات(HOOKUP) كم هزينه -مخصوص ارتباط بين سيستم كنترل اتوماسيون و ورودي-خروجيهاي توزيع شده، در سطح تجهیزات (Device Level) -براي جايگزين كردن انتقال موازي سيگنال با0-20mAیا 24V پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

29. ویژگیهای پروفی باس DP: - استفاده از RS-485(سطح ولتاژ0و5 ولت) و فیبر نوری - Baud Rate(سرعت تبادل داده) بین 9.6 kbit/s تا 12Mbit/s(بسته به مقدار اطلاعات انتقالی) - تخصیص فقط یک آدرس(از 0 تا126) به هریک از DP-Station ها بدون نیاز به برنامه اضافی - هر Masterقابلیت مدیریت 126 Slave را دارد پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

30. ویژگیهای پروفی باس DP(ادامه): - نیاز شبکه به تکرار کننده برای هر 32 Station در انتقال داده از طریق RS-485 - نیاز شبکه به تکرار کننده برای هر 32 Station در فواصل دور (100متر در 12Mbit/sیا 1200متر در9.6 kbit/s) - حداکثر طول شبکه 10km پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

31. DP - Example PLC Valve Node Modular I/O Operator Panel

32. 1-پروفی باس FMS: اهداف طراحی و بهینه سازی این نوع پروفی باس : - براي امور انتقال اطلاعات در سطح سلولي (Cell Level) -استفادهدر امور ارتباطي بسيار پيچيده و پر هزينه -انعطاف پذيري بسيار خوب در بازه وسيعي از كاربردها پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

33. ویژگیهای پروفی باس FMS: - طراحی برای ارتباط با اجزا و تجهیزات پیچیده تر محوطه - امکان بکارگیری در شبکه سلهای کوچکتر(10 or 15 Stations) - Baud Rate(سرعت تبادل داده) حدود 1.5Mbit/s پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

34. FMS - Example SCADA PC withCITECT and PROFIBOARD SIEMENS S300 PLC Moeller PLC

35. 1-پروفی باس PA: اهداف طراحی و بهینه سازی این نوع پروفی باس : -مشابه ProfiBus-DP پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

36. ویژگیهای پروفی باس PA: - استفاده وسیع در Field های ذاتا امن(intrinsically-safe) مثل صنایع پتروشیمی - استاندارد IEC1158-2 - رنگ آبی پوشش کابل در این استاندارد-متمایز با سایر استانداردهایProfibus- پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

37. PA - Example Flow Transmitter Level Transmitter DP/PACoupler DP

38. پروفایلهای فیزیکی Physical Profiles

39. پروفایل فیزیکی : انتخاب تکنولوژی انتقال داده بر اساس فواصل مربوطه و سرعت انتقال داده سه روش انتقال داده در پروفی باس: - RS-485: جهت کاربرد های عمومی در Manufacturing Automation IEC 1158 -: جهت استفاده در Process Automation -فیبر نوری :جهت استفاده در شبکه با فواصل دور و سرعت خیلی بالا پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

40. پروفایلهای کاربردی Application Profiles

41. پروفایل کاربردی : مربوط به رفتار تجهیزات و ایستگاههای field در هنگام تبادل اطلاعات از طریق پروفی باس است مهمترین پروفایل کاربردی پروفی باس PA می باشد این پروفایل معرف پارامترها و بلوک دیاگرام تجهیزات نظیر ترانسدیوسرهای اندازه گیری، شیرها،انکدرها،درایورها و .... است پروفایلهای ارتباطی و فرمتهای پروفی باس Communication Profiles & Formats of ProfiBus

42. معماری پروتکل در پروفی باس (Protocol Architecture) معماری OSI(Open System Communication) بر اساس استاندارد ISO 7498 هر لایه انتقال اطلاعات مربوط به خود را مدیریت می کند

43. معماری پروتکل در پروفی باس (Protocol Architecture) - لایه1(لایه فیزیکی) و مدیریت مشخصه های انتقال فیزیکی - لایه2(لایه ارتباط داده) و مدیریت پروتکلهای دسترسی به باس - لایه7(لایه کاربردی) و مدیریت توابع کاربردی

44. Protocol Architecture

45. معماری پروتکل در پروفی باس (Protocol Architecture) پروفی باس DP: لایه های 3 تا 7 کاربردی ندارد پروفی باس FMS: لایه های 3 تا 6 کاربردی ندارد لایه 7شامل FMS,LLI (Lower Layer Interface) است FMS*:تعداد زیادی از سرویسهای ارتباطی Master/Master یا Master/Slave LLI *:معرف سرویسهای پروتکل انتقال داده ارائه شده FMS در لایه 2

46. تکنولوژی انتقال داده Transmission Technology

47. تکنولوژی انتقال داده در پروفی باسProfibus Transmission Technology RS-485: معمولترین تکنولوژی انتقال داده در پروفی باس انتقال داده از طریق یک جفت سیم شیلددار 32ایستگاه بدون نیاز به تکرار کننده(126 ایستگاه با تکرار کننده) سرعت انتقال داده:متغیر از 9.6 تا 12000کیلو بیت بر ثانیه طول شبکه: 1ز 100متر تا 1200 متر

48. تکنولوژی انتقال داده در پروفی باس Profibus Transmission Technology

49. Linear bus Number of stations 32 stations without repeaters up to 127 Shielded, twisted pair cable. Plug connectors: 9-pin D sub plug connector RS-485

50. تکنولوژی انتقال داده در پروفی باس Profibus Transmission Technology IEC 1158-2: - سرعت انتقال داده: 31.5kbit/s در Process Automation - کاربرد وسیع در صنایع پترو شیمی - جایگزینی FISCO Model (Fieldbus Intrinsically Concept) در محدودیتهای IEC 1158-2 در پروفی باس در محیطهای فوق العاده خطرناک -32ایستگاه بدون نیاز به تکرار کننده(126 ایستگاه با تکرار کننده)