Loading article…
Profisafe（通常はPROFIsafeと表記され、Profi netまたはProfi bus safetyの略）は、機能安全を備えた自動化アプリケーションにおける安全関連データの伝送のための通信プロトコルの標準規格です。この規格は、複数の自動化機器メーカーが共同で開発し、安全システムに関する立法者およびIFAの要件を満たすようにしました。プロトコルの必要な安全機能は、TÜV Südによってテストされ、確認されています。カールスルーエにあるPROFIBUS Nutzerorganisation eVは、パートナー企業による標準化を監督し、この共通インターフェースの普及促進を組織しています。
Profisafe [ 1 ] [ 2 ]は、安全関連デバイス (緊急停止ボタン、ライトカーテン、過充填防止装置など) がProfinet、Profibus、またはバックプレーンを介して安全コントローラと安全に通信する方法を定義しており、SIL3 (安全完全性レベル)までの安全関連の自動化タスクで使用できます。Profisafe の仕様により、異なるメーカーの製品[ 3 ]を組み合わせて安全なシステムを構築できます。
Profisafe の最初のバージョンは 1998 年にリリースされました。[ 4 ] 2005 年の 2 番目のバージョンでは、イーサネットベースの Profinet 経由での使用も可能になりました。PROFIBUS Nutzerorganisation eV によると、2023 年までに Profisafe を搭載したデバイスがさまざまなメーカーによって合計 2170 万台近く市場に出され、さらに毎年 280 万台が追加される予定です。[ 5 ] PROFIBUS Nutzerorganisation eV のデータベースには、2022 年 10 月時点で 31 社のメーカーから 106 種類の製品が登録されています。[ 6 ]
Profisafeでは、プロファイル、つまりユーザーデータの特別な形式と追加のプロトコルを介して安全な通信が実装されます。[ 7 ]
安全関連データは、Profisafe [ 8 ] [ 9 ]によって、F-Host (安全コントローラ) とその F-Device (安全装置) の間で、産業ネットワークのテレグラムのペイロードとして F-メッセージとして伝送されます。複数の F-モジュールを備えたモジュール型 F-Device の場合、ペイロードは複数の F メッセージで構成されます。この場合、Profisafe は伝送チャネルに関してそれ以上の要件を持たず、これはブラックチャネルとみなされます。したがって、Profibus や Profinet などのさまざまな伝送プロトコルを使用できます。銅線ケーブル、光ファイバーケーブル (FOC)、バックプレーンバス、またはWLANなどの無線システム[ 10 ]などのさまざまな伝送チャネルを使用できます。伝送速度も、伝送プロトコルのエラー検出も、安全性には影響しません。
次の図は「安全プロトコルデータユニット（SPDU）」のペイロードのフォーマットを示しています: [ 11 ]
巡回冗長検査（CRC）は、すべてのローカルセキュリティパラメータ、送信データ、およびSPDUのローカルに保存されている監視番号に対して計算されます。これにより、すべてのパラメータを常に送信する必要なく、送信側と受信側からのすべての情報が一貫していることが保証されます。
監視番号により、受信者はすべてのメッセージが正しい順序で受信されたかどうかを確認できます。確認応答とともに、監視番号は定義された最大遅延時間（タイムアウト）内に確認するために送信者に返送されます。スイッチなどの一部のバスコンポーネントにはバッファメモリが搭載されているため、Profisafeでは32ビットの監視番号が選択されました。
F-HostとF-Device間の1対1の通信関係により、誤送信されたFメッセージの検出が容易になります。このため、送信者と受信者はネットワーク全体で一意の識別子（コード名）を必要とし、これを使用してFメッセージの正当性を検証します。Profisafeでは、このコード名は「Fアドレス」とも呼ばれます。
以下の表は、どの測定方法でどのエラーを検出できるかを示しています。
国際規格IEC 61508「電気・電子・プログラマブル電子安全関連システムの機能安全」、IEC 62061 「機械の安全性－安全関連の電気、電子およびプログラマブル電子制御システムの機能安全」、およびISO 13849 「機械の安全性－制御システムの安全関連部分」もProfisafeの基盤となっています。
国際規格IEC 61784-3 [ 11 ]は、同等の特性を持つ安全システムのさまざまなプロトコルを定義しています。Profisafeはこの規格群のパート3であり、IEC 61784-3-3:2021 CPF 3として定義されています。