PROFIBUS ağına kapsamlı bir bakış ve IIoT hizmetleriyle birlikte kullanılması

PROFIBUS, saha sensörleri ile kontrol sistemi veya kontrol cihazları arasındaki iletişimi sağlayan dijital bir ağdır. PROFIBUS'ın geliştirme aşamasında ilk fikir, bu çözümün fabrika otomasyon endüstrilerinde, ardından proses endüstrilerinde, imalat sektöründe vb. uygulanmasıydı.

Başlangıçta, ilgi grubu PROFIBUS FMS'yi (Fieldbus Message Specification) geliştirdi. Bu, günümüzde artık kullanılmayan karmaşık bir protokoldü. Grup bundan sonra, PROFIBUS DP (Merkezi Olmayan Çevre Birimleri) protokolünü oluşturmak için çalıştı ve 1998 yılında PROFIBUS PA (Proses Otomasyonu) piyasaya sürüldü.

Günümüzde PROFIBUS denildiğinde, PROFIBUS DP ve PROFIBUS PA akla gelmektedir. Buna ek olarak, Ethernet iletişimine dayalı PROFINET geliştirilmiş ve birçok farklı alanda ve uygulamada kullanıma sunulmuştur.

Daha önce de belirtildiği gibi, PROFIBUS DP ve PROFIBUS PA ürünlerini piyasada bulabilirsiniz. Şimdi PROFIBUS DP ve PA'nın nasıl çalıştığını ve en sık hangi uygulamalarda kullanıldığını görelim.

PROFIBUS DP ağı, RS485 fiziksel katmanı ve Avrupa standardı EN-50170 temel alınarak hızlı bir çözüm olarak geliştirilmiştir. Fiziksel katmanın bakır olması zorunlu değildir; kablosuz veya fiber optik de kullanılabilir. PROFIBUS DP, Merkezi Olmayan Çevre Birimi (Decentralized Periphery) anlamına gelir. Bu isim, merkezi bir denetleyiciye bağlanmak üzere tamamen merkezi olmayan bir yapıda yüksek hızlı seri iletişim kullanan I/O bağlantılarını ifade eder.

PROFIBUS DP protokolünün ISO 7498 standardına göre Açık Sistem Bağlantısı (OSI) modeline dayandığını ve her protokol katmanının tanımlanmış görevleri olduğunu belirtmek de önemlidir. PROFIBUS DP ağı, çoklu master token yapısına sahiptir; sistemde iki veya daha fazla master olduğunda saha cihazlarıyla iletişim kurma hakkını veren bir token bir master'dan diğerine aktarılır ve bunların her biri iletişim süresinden pay alır.

İki master sınıfı vardır. Master Class 01, prosesi kontrol etmek için döngüsel bilgileri iletir. Master Class 02 (opsiyonel) döngüsel olmayan bilgileri iletir ve hata teşhisi, alarmlar ve cihaz yapılandırması için kullanılır. Hıza bakıldığında, ağ 100 ila 1000 metrelik bir sistemde 9,6 kbp/s ila 12 Mbp/s arasında çalışmaktadır. Topoloji açısından, PROFIBUS DP ağları lineerdir ve ağ geçitleri, tekrarlayıcılar ve sonlandırıcılar kullanılır. Son olarak, DP ağları ProfiSafe profiline sahip olabilir ve SIL3 güvenlik uygulamalarında kullanılabilir.

Başlangıçta, PROFIBUS PA protokolü HART iletişiminin ileri versiyonu olarak geliştirildi. Ölçüm enstrümanları ile kontrol sistemi arasında iletişim gereken saha uygulamalarında kullanılır. PROFIBUS PA, hem güç hem de iletişim için bükümlü ekranlanmış çift kablolar kullanır. Fiziksel ağ yapısı IEC-61158-2 standardına uygundur ve ağdaki veri hızı 31,25 kbit/s'dir. Aslında yapısı FOUNDATION Fieldbus H1 ile hemen hemen aynıdır – her ikisi de aynı standarda dayanmaktadır.

Geliştirme aşamasında, 31,25 kbit/s, saha enstrümanları tarafından gönderilen ve alınan bilgi türü için fazlasıyla yeterliydi (ve hala da öyledir). PROFIBUS PA cihazları kontrolöre doğrudan bağlı değildir. Hızlı PROFIBUS DP ağı üzerinde bulunur ve bir kuplör veya link aracılığıyla erişim sağlanır. Kuplör/link, ağ arayüzü görevi görür ve veri yoluna güç sağlar.

PROFIBUS PA cihazları kontrolöre doğrudan bağlı değildir. Hızlı PROFIBUS DP ağı üzerinde bulunur ve bir kuplör veya link aracılığıyla erişim sağlanır. Kuplör/link, ağ arayüzü görevi görür ve veri yoluna güç sağlar. PA ağlarının en büyük avantajı, kendinden emniyetli olacak şekilde tasarlanabilmeleridir. Bu sayede, bu ağlara bağlı enstrümanlar tehlikeli alanlarda çalışabilir.

Normalde, kendinden emniyetli bir veriyolunda geleneksel bir ağa kıyasla daha az cihaz bulunur, ancak bu, her bir veriyolu için optimum cihaz sayısını belirleyen çeşitli faktörlere bağlıdır. Bunlar arasında, örneğin, enstrüman tüketim akımı, veriyolu uzunluğu, kablo tipi vb. sayılabilir.

Bu bölümde PROFINET hakkında çok ayrıntılı bilgi verilmeyecektir, çünkü bu protokol her ne kadar PROFIBUS ilgi grubu tarafından desteklense de farklı bir protokoldür.

PROFINET'in PROFIBUS protokolünün evrimleşmiş hali olduğunu söyleyebiliriz. Endüstride bugün, Ethernet (IEEE 802.3) ve OSI modeline dayalı protokollerin kullanımı tercih edilmektedir. PROFINET, kontrol sistemlerinden sahadaki iletişime kadar uygulanabilir ve bir şirketin üretim alanlarına hem tek tip ve dikey bir ağın hem de BT'nin tüm avantajlarını sunar.

Yerel Ethernet tabanlı protokol kullanan saha enstrümanları üreten birçok üretici zaten mevcuttur. Uygulamaya ilişkin bir diğer avantaj ise hayata geçirmenin kolay olmasıdır, çünkü bu tür protokollerde düşük altyapı maliyetine sahip, iyi bilinen bir model kullanılır. PROFINET, PROFIBUS Ethernet olarak düşünülmemelidir! PROFINET, Ethernet tabanlı açık bir standarttır ve PROFIBUS protokolünün geliştirilmiş bir versiyonudur.

PROFINET'in önemli bir avantajı, TCP/IP ile gizli bir şekilde bir arada çalışabilmesidir ve bu da önemli faydalar sağlar. Tüm cihazlar, kontrol, hata teşhisi vb. işlemlerin gerçekleştirildiği tek bir ağa bağlıdır. Normalde ağ geçitlerine gerek olmaz. Standart, ağın farklı şekillerde kurulmasına izin verir; örneğin halka, hat, ağaç veya yıldız vb. topolojiler. PROFINET, saniyede 1000 megabit'e kadar hızlarda çalışır ve kabloların uzunluğu 100 metreye kadar olabilir. Yüksek hızlı çalışması sayesinde, 1 milisaniyeden daha kısa bir cevap süresine sahiptir.

PROFIBUS'tan söz ettiğimizde, farklı endüstrilerde ve uygulamalarda hayata geçirilmiş, geleneksel ve iyi bilinen bir dijital iletişim protokolünden söz ediyoruz. Bu protokol seri iletişime dayanmaktadır ve endüstriye birçok fayda sağlamıştır.

PROFINET, Endüstriyel Ethernet tabanlı bir protokoldür. PROFINET daha hızlı iletişimi destekler ve ayrıca daha fazla bant genişliğine sahip olursunuz. Bu, PROFINET ağında gönderilen bir mesajın PROFIBUS ağındaki bir mesaja göre çok daha fazla bilgi içerebileceği anlamına gelir.

Aşağıda, PROFIBUS International tarafından hazırlanan ve her iki seçeneği karşılaştıran bir tablo bulunmaktadır:

Sonuç olarak, mevcut en iyi çözümlerden biridir. Ancak, tesisinizde en iyi iletişim protokolünü uygulamak için uygulamanızın gereksinimlerinin neler olduğunu belirlemek hala çok önemlidir.

PROFIBUS ve PROFINET International, dünyanın farklı bölgelerinde faaliyet gösteren büyük bir otomasyon topluluğudur. Bunlar, piyasadaki en önemli iletişim protokollerinden ikisi olan PROFIBUS ve PROFINET'ten sorumludur. Kuruluş, farklı sektörlerdeki saha protokolü bilgisi konusundaki farkı azaltmaya çalışmaktadır. Teknoloji hakkında konuşmak ve son kullanıcılara bilgi aktarmak için etkinlikler organize etmektedir.

Bazı PROFIBUS kullanıcıları ağı 4-20 mA sistemi gibi uygulamaktadır. Ancak ağdaki verileri kullanarak neler olup bittiğini anlamak ve bir şey olmadan önce harekete geçmek mümkündür.

Bazı senaryolarda geleneksel durum izleme oldukça karmaşık olabilir. Ancak, artık IIoT hizmetleri cihazların durumunu kolayca izlemeyi destekliyor ve veritabanı bilgilerine ve dokümanlara hızlı erişim imkanı sunuyor - uzaktan bile.

Sahadan hata teşhisi ve durum bilgilerini toplamak için, bir saha geçidine sahip olmanız gerekir. Bunun iyi bir örneği FieldgateSFG500 cihazıdır. Saha cihazlarınızdan tüm verileri toplayarak Class 02 DP master olarak çalışır. Saha geçidi daha sonra bir edge cihazına bağlanır, örneğin FieldEdge SGC500.

Cihazlardan gelen tüm bilgiler güvenli bir ortam kullanılarak buluta aktarılır. Burada, saha cihazlarınızın sağlık durumunu izlemek için Netilion Health gibi farklı IIoT hizmetleri kullanabilirsiniz.

Aynı zamanda, Netilion Library ile teknik kılavuzlar, kalibrasyon raporları vb. gibi saha cihazlarınıza ait tüm dokümantasyonu düzenleyebilirsiniz.

Son olarak, kurulu tabanınızı daha iyi kontrol edebilirsiniz. Netilion Analytics, edge cihazla birlikte cihazınızın dijital ikizini oluşturarak, cihaz türleri, satıcılar, kritiklik, eskime ve çok daha fazlası gibi kurulu tabanla ilgili tüm bilgileri sağlar.