Это промышленная сеть, которая охватывает уровни управления (Control level) и уровень оборудования- полевой (Field - I/O level) в АСУ ТП.

Сеть Profibus (Process Field Bus), разработана компанией Siemens AG (Германия) для своих промышленных контроллеров SIMATIC.

Profibus обеспечивает обмен данными между ведущими (Master) и ведомыми (Slave) устройствами или между несколькими ведущими устройствами и позволяет объединять разрозненные устройства автоматизации в единую систему на полевом уровне, а также может связывать PLC с удаленными ведомыми модулями распределенной сети , либо с индикаторными панелями HMI и органами управления на пультах операторов SCADA. На этом уровне широко используются также сети разработанные другими фирмами: CAN, Device Net, Foundation Fiedbus, Lon Works, ЕIB и др.

Profibus отвечает требованиям международных стандартов IEC 61158-3 и EN 50170 . Построена сеть в соответствии многоуровневой сетевой модели ISO 7498.

Рис.58 Стуктура АСУ ТП на базе PROFIBUS. Источник: http://rudocs.exdat.com/docs/index-377137.html?page=6

 

Стандарт EN 50170-2 гарантирует открытость сети, а в соответствии со стандартом DIN 19254 реализованы протоколы FMS, DP и PA. Сеть Profibus построена в соответствии с многоуровневой моделью OSI и описывает три ее уровня (1 - физический уровень, 2 - канальный уровень, 7 - уровень приложений). Благодаря Profibus устройства разных производителей могут объединятся в одну общую сеть.

 

На физическом уровне Profibus может представлять собой инфракрасную сеть/ оптическую сеть на оптическом волокне (FO) /электрическую сеть.

Электрическая сеть созданна на основе экранированной витой пары (ITP), в соответствии стандарта RS-485 (См. Рис.52).

Доступ к шине определяет протокол, который реализует процедуру доступа при помощи маркера, вращающегося в логическом кольце, состоящем из ведущих (Master) устройств. Скорость передачи варьируется от 9,6 Кbit/s до 12 Мbit/s. Под общим названием Рrofibus понимается три различных, но совместимых протокола: Profibus-FMS, Profibus-DP и Profibus-PA.

Протокол Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification – спецификация сообщений шины полевого уровня) разработан для связи и обмене информацией ведущих (Master) устройств (Контроллеров и Промышленных компьютеров) друг с другом и устройствами HMI. В обмене может быть дo 16 станций. Этот протокол может охватывать все 3 уровня АСУ ТП. Линия передачи информационных сигналов соответствует стандарту RS-485 Стандарт протокола описывает уровни 1, 2 и 7 OSI-модели (физический уровень, уровень передачи данных и прикладной).

Протокол Profibus-DP (Distributed Periphery – распределенная периферия) разработан для высокоскоростной передачи данных между ведущим (Master) контроллером и оконечными (Slave) устройствами сети и применяется на нижнем (I/O, Field) уровне системы. Передача данных, как и для Рrofibus-FMS, основана на RS-485. Максимальная скорость передачи прямо зависит от длины сетевого сегмента и варьируется от 185,5Kbit/s при 1200 м до 12 Мbit/s при 100м.

Сеть состоит из сегментов, абоненты подключаются к шине через шинный терминал или штекер (макс. 32 абонента на сегмент).

Использовать RS-485 для Profibus возможно лишь в случае использования DP и FMS спецификаций протокола.

Максимальное количество абонентов (участников) в сегменте 32, максимальное количество участников в сети 127 (с адресами 0…126). Стандарт протокола описывает уровни 1 и 2 OSI-модели (физический уровень и уровень передачи данных). Благодаря одинаковым технологиям передачи данных в DP и FMS вариантах протокола, а так же одному и тому же методу доступа к шине, они могут работать на одной и той же шине.

Общая длина сетей при электрической передаче информации, с учетом количества сегментов, не превышает 12 км, а при использовании стеклянных световодов – 90 км.

В работающей сети обращение к участникам сети распределено во времени. Так при управлении доступом к шине в PROFIBUS- DP , при числе абонентов (узлов, участников) сети до 127, только один абонент может предавать информацию. Все остальные абоненты анализируют, для какого абонента адресована информация, и абонент с выбранным адресом принимает передаваемую информацию.

Протокол Рrofibus-PА (Process Automation – процесс управления) предназначен для использования с устройствами расположенными как в обычных зонах, так и в зонах повышенной опасности (Ex-зонах), взрывоопасных зонах. В отличие от предыдущих протоколов он основан на стандарте IEC 61158-2. Сегменты Profibus-PА подключаются к Profibus-DP через специальные искробезопасные барьеры или DP/PA-куплеры. Стандарт протокола описывает уровни 1 и 2 OSI-модели (физический уровень и уровень передачи данных). В PROFIBUS PA могут создаваться линейные, звездообразные и кольцевые топологии сети с ответвлениями до 120 м. Через DP/PA куплеры осуществляется питание устройств и согласование с PROFIBUS DP для обмена данными. Скорость передачи 31.25 Kbit/s, время цикла < 10 ms.

Рис.59 Символ зоны повышенной опасности.

 

Pис. 60 Зоны автоматизации для Profibus-DP и Рrofibus-PА. Источник: http://www.anybus.com/technologies/profibus_tech.shtml

 

Рис.61 Типичный РА монтаж с использованием Т- боксов. Источник: http://verwertraining.com/wp-content/uploads/InstallationGuideV9_2.pdf

 

Доступ устройств к шине разделен по времени, но подключаемые к сети узлы (участники) неравноправны. Различают активные (ведущие- Master) и пассивные (ведомые - Slave) устройства.

Для доступа активных устройств к шине предусмотрен метод эстафетной передачи доступа - маркера. Активный (Master) узел, получивший доступ к сети, осуществляет обмен данными с пассивными узлами по принципу «ведущий-ведомый». Master узел получает доступ к сети на определенный промежуток времени, в течение которого он управляет персылками всех необходимых данных. По истечении этого промежутка времени он приходит в пассивное состояние, а управление передается по эстафете следующему Master узлу.

Пассивные узлы не способны управлять передачей информации. Они лишь отвечают на адресованные к ним запросы от ведущих устройств, а также принимают посылаемые со стороны ведущих устройств данные.