Endüstriyel Otomasyonda Profibus ve Profinet

Osman Uygar Köse S.D.Ü Bilgisayar Mühendisliği

Haberleşme Seviyeleri

Haberleme Seviyeleri

Eyleyici/sensör seviyesi

Endüstriyel sistemlerdeki en alt düzey haberleşme seviyesidir. İkilik (mantıksal) sensör ve eyleyici işaretleri bir yol üzerinden iletilir. AS-I veri yolu bu seviye uygulamalar için tercih edilen bir arabirimdir.

Saha seviyesi

Bu seviye giriş/çıkış (I/O) modülleri, sürücüler, valfler, operatör panelleri gibi dağıtılımı cihazlarla gerçek zamanlı haberleşmeler yapılan orta seviyedir. Pek çok firmanın bu seviye için ürettiği iletişim sistemleri mevcuttur.

Hücre seviyesi

Bu seviyede programlanabilir kontrolörler (PLC’ler) birbirleri ile haberleşirler. Bu seviye büyük veri paketlerinin, güvenilir haberleşme fonksiyonları ile iletildiği, verinin zamanında iletilmesinin önemli olmadığı bir seviyedir. Bu seviyede Ethernet, MPI ve Profibus (FMS) ağları kullanılmaktadır.

Haberleşme seviyeleri başarım karşılaştırması

iletilen Veri

Miktarı Tepki Süreleriiletişim frekansı

Hücre Seviyesi

Kbyte 100ms-1sdakika-saniye

Saha SeviyesiByte

10ms-100ms

saniye-milisaniye

Hücre seviyesi

Bit milisaniyemilisaniyel

er

Profibus

PROFIBUS, uluslararası standart olan EN50170 tarafından desteklenen, üretim ve proses otomasyonunda kullanılan saha veri yolu standartıdır . PROFIBUS, yüksek hızlı, kritik uygulamalarda ve kompleks haberleşme işlerinde kullanılabilir. PROFIBUS, kullanım alanına ve tipine göre , haberleşme protokolleri (DP-PA-FMS) sunar. 

Profibus DP (DP- Decentralized Periphery) 

En çok kullanılan haberleşme tipidir. Hız, etkinlik ve düşük bağlantı maliyeti özellikleri sebebiyle tercih edilir. Merkezi dağıtılmış cihazlarla haberleşme sağlandığı gibi (Siemens ET200) akilli saha cihazları ile de haberleşme sağlanabilir(Motor sürücüleri, debimetreler vs...)   Profibus-DP haberleşme fiziksel yapı olarak RS485 ve/veya fiber optik alt yapısını kullanır.

FMS (F.MS- Fieldbus Message Specification)

Genel bir haberleşme tipidir. Akıllı kontrol aygıtlar arasındaki haberleşme için gelişmiş uygulama fonksiyonlarını sunar. TCP/IP' nın gelişiminin ve kullanımının  hızla artması sonucu olarak, FMS gelecekte daha az rol alacaktır.    FMS’ de DP gibi fiziksel haberleşme yapısı olarak RS485 ve/veya fiber optik alt yapısını kullanır.

Profibus-PA (PA- Process Automation)

Daha çok proses otomasyonunda kullanılan ve mevcutta kullanılan haberleşme kablosu ile ekipmanının enerji beslemesi de sağlanan haberleşme tipidir. Profibus DP ile aynı master üzerinde çalışabilir.   Profibus PA fiziksel haberleşme yapısı olarak IEC1158-2 alt yapısını kullanır.

OSI Katmanına Göre Profibus kullanıcı arabirimi olarak 1. ve 2. katmanları kullanır 3 .ve 7 .Katman

kullanılmaz. Bu mimari, etkili ve hızlı iletim sağlar. Genel haberleşme protokolü olan FMS' te 1. 2. ve 7. katmanlara farklı önemler atanmıştır.Uygulama katmanı olan 7 .katmanda, Saha Veriyolu Mesaj Tanımlaması (Fieldbus Message Specification-FMS) ve Düşük Katman Arayüzü (Lower Layer Interface-LLI)vardır. FMS, ana birim-ana birim ve ana birim-uydu haberleşmesi için gereken etkili haberleşme hizmetlerini tanımlar. LLI 2. Katmanın veri iletim protokolünde FMS hizmetlerini tanımlar . RS-485 iletim teknolojisi kolaydır. Veriyolu yapısı sayesinde, diğer istasyonlar etkilenmeden, sistem adım adım hizmete sokulabilir, istasyonlar eklenebilir veya çıkarılabilir .Sonradan yapılan genişlemelerin, çalışmakta olan istasyonlar üzerinde bir etkisi yoktur. 9.6 kbıt/s ve 12 Mbıt/s arasındaki iletim hızları mevcuttur. Sistem devreye alınırken, veriyolundaki bütün aygıtlar için tek bir iletim hızı seçilir . Maksimum kablo uzunlukları iletim hızına bağlıdır.

OSI Katmanına Göre Profibus(2)

ISO/OSI modelinde, katmanlardan 1. ve 2. Katman, DP ve FMS versiyonları için aynıdır. Diğer bir deyişle, hem fiziksel iletim ekipmanı (Örneğin RS-485 tanımlamalarına uygun hatlar, fiber optik iletkenler, fiş bağlantıları, ve parça bağlantıları için tekrarlayıcılar), hem de paket (telegram) veri iletim formatı benzerdir Katman 3 ve 6 Profibus ' ta kullanılmaz. FMS versiyonu, uygulama katmanında tanımlıdır. Uygulamanın verimliliği açısından, Profibus-DP versiyonunun 7. katmanı boş bırakılmıştır. Bu nedenle, DP versiyonu, katman 2'ye ait standart bir uygulama olarak kabul edilebilir.

Profinet PROFINET saha seviyesi otomasyon uygulamalarında

kullanılan Endüstiyel Ethernet tabanlı bir Profibus kullanıcı organizasyonu (PNO: Profibus User Organization) standardıdır . PROFINET Profibus gibi saha yolu iletişim sisteminin (field bus) üstünlüğünü Ethernet TCP/IP protokolü ve onunla ilişkili açık bilgi teknolojileri (IT) (OPC, DHCP, HTTP..) ile birleştirir. PROFINET sahada dağıtılmış elemanları ve verinin zamanında iletilmesi gereken zaman kritik (tam zamanında iletim) uygulamaları Ethernet arabirimi üzerinden birbirine bağlar. Böylece, mevcut yatırımları bozmadan arabirimleri azaltmak, tek bir çeşit iletişim şekline geçmek, mühendislik hizmetlerini daha basit hale getirmek, yeni uygulamaları daha çok bağlantı noktası ve daha yüksek başarım ile gerçekleştirmekolanağı doğar.

IRT ,RT ve TCP/IP için iletim süreleri

Saha elemanlarının uygun bir şekilde seçilmiş olması kaydıyla Profinet gerçek eşzamanlı (IRT) haberleşmeyi de destekler. Böylece iletim süreleri 1ms mertebesine kadar düşürülmüş olur. IRT’nin en yaygın kullanım alanı hareket kontrolü sistemleridir.

Gerçek zamanlı haberleşme kanalı (Real Time Channel)

Bu kanal TCP/IP protokolü yapısında katman 2 üzerine kurulmuştur. Veri paketlerinin adreslenmesi IP adresleri aracılığıyla değil katılımcı cihazların MAC adresleri aracılığıyla yapılmaktadır. Böyle bir çözüm, haberleşme yığınlarının iletilme sürelerinin en aza indirilmesi ve otomasyon verilerinin güncellenme hızlarının artmasını sağlar. Bir yandan, Layer 3’teki bazı protokol seviyelerinin devre dışı kalmasıyla telegram uzunluğu küçülür, diğer bir yandan iletilecek verinin daha hızlı bir şekilde gönderilmesi sağlanmış olur.

PROFINET Modları

Profinet I/O Profinet CBA

Profinet I\O

Dağıtılmış I / O (Remote I / O) PROFINET IO üzerinden bağlanır. Uygulama İlişkisi (AR) bir IO Denetleyici ve IO Cihazı arasında kurulur. Bu ARs parametreler, veri siklik değişimi ve alarm taşıma transfer için farklı özelliklere sahip iletişim İlişkiler (CR) tanımlamak için kullanılır.

Bir IO Cihazın özellikleri (GSD) dosyası Genel Station Açıklama aygıt üreticisi tarafından açıklanmıştır. XML tabanlı dil - Bu amaçla kullanılan dil GSDML (GSD Markup Language) 'dir. GSD dosyası PROFINET IO sistem yapılandırma planlama esaslı denetim yazılımı sağlar.

Profinet CBA

Profinet CBA, Profibus ve ardından Profinet IO'nun temsil ettiği DP(Dağıtık Çevrebirimleri)sistemlerinin ötesinde ötesinde Dağıtık işleme işleme sistemidir. Profinet CBA'de bir endüstriyel otomasyon sisteminin bileşenleri parça parça yaratılır. Her bileşen kendine ait elektrik, mekanik aksam ile kontrol yazılımı içerir. Böylece yeni otomasyon sistemlerinin yapılandırılmasında program yazma ihtiyacı büyük oranda elimine edilir.

Profinet Durumları

Network Tipi: Ölçeklenebilir Ethernet temelli gelişmiş iletişim sistemi.

Topoloji: Esnek biçimde bus, star, ring.

Veri Hızı: 100 Mbit/s

Kullanıcı Organizasyonu: Profibus International

Kaynaklar

http://www.istanbulbilgi.com.tr http://www.profibus.com/ http://web.itu.edu.tr/buzluca/ http://www.automation.siemens.com/m

cms/topics/de/simatic/Seiten/Default.aspx

http://www.anybus.com/technologies/profinet.shtml