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| プロフィバス | |
|---|---|
 | |
| 統治機関 | PROFIBUS&PROFINET インターナショナル (PI) |
| プロトコル情報 | |
| ネットワークの種類 | デバイスバス、プロセス制御 |
| 物理メディア | ツイストペア、ファイバー |
| ネットワークトポロジ | バス |
| デバイスのアドレス指定 | DIPスイッチまたはハードウェア/ソフトウェア |
Profibus（通常はProcess Field Busの略称でPROFIBUSと呼ばれる）は、オートメーション技術におけるフィールドバス通信の標準であり、 1989年にBMBF（ドイツ教育研究省）によって最初に推進され、その後シーメンスによって使用されました。[1]産業用イーサネットのProfinet標準と混同しないでください。Profibusは、IEC 61158/61784-1のタイプ3として公開されています。[2]
起源
PROFIBUSの歴史は、1986年にドイツで発足し、18の企業と機関が「フィールドバス」と呼ばれるマスタープロジェクトプランを考案した協会のためにマルコ・トダロが公に推進した計画に遡ります。[3]目標は、フィールドデバイスインターフェースの基本要件に基づいたビットシリアルフィールドバスを実装し、普及させることでした。この目的のために、メンバー企業は、生産（すなわち、ディスクリートまたはファクトリーオートメーション）とプロセスオートメーションのための共通の技術コンセプトをサポートすることに同意しました。最初に、要求の厳しい通信タスクに合わせて調整された複雑な通信プロトコルProfibus FMS（フィールドバスメッセージ仕様）が指定されました。その後、1993年に、よりシンプルで大幅に高速なプロトコルPROFIBUS DP（分散型周辺機器）の仕様が完成しました。Profibus FMSは、Profibusマスター間の（非決定論的な）データ通信に使用されます。 Profibus DPは、ProfibusマスターとリモートI/Oスレーブ間の（決定論的な）通信用に作成されたプロトコルです。[4] [5]
現在使用されている PROFIBUS には、最も一般的に使用されている PROFIBUS DP と、あまり使用されていないアプリケーション固有の PROFIBUS PA の 2 つのバリエーションがあります。
- PROFIBUS DP（分散型周辺機器）[6]は、生産（工場）自動化アプリケーションにおいて、集中型コントローラを介してセンサーやアクチュエータを操作するために使用されます。特に、多くの標準的な診断オプションがここで焦点を当てられています。[7]
- PROFIBUS PA (プロセスオートメーション) [8] は、プロセスオートメーションアプリケーションにおいて、プロセス制御システムを介して計測機器を監視するために使用されます。このバリアントは、爆発/危険区域 ( Ex-zone 0 および 1) での使用向けに設計されています。物理層 (つまりケーブル) は IEC 61158-2 [9]に準拠しており、故障が発生した場合でも爆発状態が発生しないように電流を制限しながら、バスを介してフィールド機器に電力を供給できます。この機能により、PA セグメントに接続されるデバイスの数が制限されます。PA のデータ伝送速度は 31.25 kbit/s です。ただし、PA は DP と同じプロトコルを使用し、カプラデバイスを使用して DP ネットワークにリンクできます。はるかに高速な DP は、プロセス信号をコントローラに送信するためのバックボーンネットワークとして機能します。これは、DP と PA が緊密に連携できることを意味し、特にプロセスネットワークとファクトリーオートメーションネットワークが並行して動作するハイブリッドアプリケーションではその可能性が高くなります。
2009年末までに3000万を超えるPROFIBUSノードが設置されました。そのうち500万はプロセス産業向けです。[3]
テクノロジー
アプリケーション層 (OSI レイヤー 7)
これらの機能を使用するために、DPプロトコル[11]のさまざまなサービスレベル[10]が定義された: [12] [13]
データリンク層 (OSI レイヤー 2)
データリンク層FDL（フィールドバスデータリンク）サービス[15]とプロトコル[16]は、トークンパッシングとマスター/スレーブ方式を組み合わせたハイブリッドアクセス方式で動作します。PROFIBUS DPネットワークでは、コントローラまたはプロセス制御システムがマスターであり、センサーとアクチュエータがスレーブです。[12] [17]
各バイトは偶数パリティを持ち、スタート ビットとストップ ビットを使用して非同期で転送されます。テレグラムのバイトが送信されるとき、ストップ ビットと次のスタート ビットの間に一時停止があってはなりません。マスターは、少なくとも 33 ビットの SYN 一時停止 (論理「1」 = バス アイドル) で新しいテレグラムの開始を通知します。
さまざまなタイプの電報が使用されます。これらは開始区切り文字(SD) によって区別できます。
データなし
SD1 = 0x10
可変長データ
SD2 = 0x68
固定長データ
SD3 = 0xA2
トークン
SD4 = 0xDC
フィールド
サービス アクセス ポイント
ビット伝送層 (OSI レイヤー 1)
ビット伝送層には3つの異なる方法が指定されている: [9]
- EIA-485に準拠した電気伝送[18] [19]では、インピーダンスが150オームのツイストペアケーブルがバストポロジで使用されます。[20] 9.6 kbit/s～12 Mbit/sのビットレートを使用できます。2つのリピータ間のケーブル長は、使用するビットレートに応じて100～1200 mに制限されます。この伝送方法は主にPROFIBUS DPで使用されます。
- 光ファイバーによる光伝送では、スター型、バス型、リング型のトポロジーが使用されます。中継器間の距離は最大15kmです。リング型トポロジーは冗長化して実行することもできます。[17]
- MBP (Manchester Bus Powered) [19]伝送技術では、データとフィールドバス電源が同じケーブルで供給されます。爆発の危険がある環境で使用できるように電力を削減できます。バストポロジーは最大 1900 m まで可能で、フィールドデバイスへの分岐が可能です (最大 60 m の分岐)。ここでのビットレートは 31.25 kbit/s に固定されています。この技術は、PROFIBUS PA のプロセスオートメーションで使用するために特別に確立されました。[17]
モバイル機器のスライド接点を介したデータ転送や、オープンスペースでの光または無線データ伝送については、さまざまなメーカーの製品を入手できますが、それらはどの標準にも準拠していません。
PROFIBUS DP [6] は、紫色のシースが付いた 2 芯シールド ケーブルを使用し、[18] 9.6 kbit/s から 12 Mbit/s の速度で動作します。[20]ネットワークに存在するすべてのデバイスとの通信に十分な時間を確保するために、ネットワークに特定の速度を選択できます。システムの変化が遅い場合は、より低い通信速度が適しており、システムの変化が速い場合は、より高速な速度で効果的な通信が行われます。PROFIBUS DP で使用される RS485 バランス伝送では、一度に接続できるデバイスは 31 台のみです。ただし、ハブまたはリピータ (4 つのハブまたはリピータで 126 台) を使用すると、より多くのデバイス (最大 126 台) を接続したり、ネットワークを拡張したりできます。[7]ハブまたはリピータもデバイスとしてカウントされます。[21]
PROFIBUS PA [8]は、青色被覆の2芯シールドケーブルを介して31.25kbit/sの固定速度で動作します。爆発の危険を最小限に抑えるため、または本質的に安全な装置を必要とするシステムのために通信が開始されることがあります。PROFIBUS PAのメッセージフォーマットはPROFIBUS DPと同じです。
注意: PROFIBUS DP および PROFIBUS PA をPROFINETと混同しないでください。
プロフィール
プロファイルは、特定のデバイスまたはアプリケーションで使用するために PROFIBUS から利用できる機能と特徴の事前定義された構成です。プロファイルは PI ワーキング グループによって指定され、PI によって公開されます。プロファイルはオープン性、相互運用性、互換性にとって重要であり、エンド ユーザーは、異なるベンダーの同様の機器が標準化された方法で動作することを確信できます。ユーザーの選択によって競争も促進され、ベンダーはパフォーマンスの向上とコストの削減に努めます。
PROFIBUS プロファイルには、エンコーダ、実験器具、インテリジェントポンプ、ロボット、数値制御マシンなどがあります。また、HART や PROFIBUS でのワイヤレスの使用、PROFIBUS PA 経由のプロセス自動化デバイスなどのアプリケーション用のプロファイルも存在します。その他のプロファイルは、モーション コントロール (PROFIdrive) および機能安全 ( PROFIsafe ) 用に指定されています。
組織
PROFIBUS Nutzerorganisation eV (PROFIBUS User Organisation、またはPNO) は1989年に設立されました。 [3]このグループは主にヨーロッパのメーカーとユーザーで構成されていました。1992年に、最初の地域PROFIBUS組織 (スイスのPROFIBUS Schweiz) が設立されました。その後数年間で、追加の地域PROFIBUS & PROFINET協会 (RPA) が追加されました。
1995 年、すべての RPA が国際統括団体 Profibus and Profinet International (PI) に統合されました。現在、PROFIBUS は世界中の 25 の RPA (PNO を含む) によって代表されており、1,400 を超えるメンバーが参加しています。メンバーには、ほとんどの主要オートメーション ベンダーとサービス サプライヤー、および多数のエンド ユーザーが含まれます。
参照
参考文献
- ^ Weigmann, Josef; Kilian, Gerhard (2003). PROFIBUS DP/DPV1 による分散化: アーキテクチャと基礎、SIMATIC S7 による構成と使用。Siemens。ISBN 978-3-89578-218-3。
- ^ 「産業用通信ネットワーク - プロファイル パート 1: フィールドバス プロファイル」。国際電気標準会議 (IEC)。2019 年。IEC 61784-1。2020年 4 月 28 日閲覧。
- ^ abc ベンダー、クラウス;フライタグ、イェルク。リンドナー、クラウス・ピーター (2009)。マイルストーン: PROFIBUS - 20 年にわたる産業用通信の標準。カールスルーエ: PROFIBUS Nutzerorganisation eV
- ^ 「PROFIBUS テクノロジーとアプリケーション – システムの説明」。Profibus and Profinet International (PI)。2016 年。注文番号 4.332。2023年 2 月 9 日閲覧。
- ^ Xiu, Ji (2015). PROFIBUSの実践: システムアーキテクチャと設計. CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1507633045。
- ^ ab ミッチェル、ロナルド (2003)。PROFIBUS : ポケットガイド。ISA。ISBN 978-1556178627。
- ^ ab "PROFIBUS Design". Profibus and Profinet International (PI). 2020. 注文番号 8.012 . 2023-02-09に閲覧。
- ^ ab Powel, James; Vandeline, Henry (2012).プロセスフィールドバスの理解: プロセスオートメーションのための Profibus 入門. Momentum Press. ISBN 978-1606503966。
- ^ ab 「産業用通信ネットワーク - フィールドバス仕様 - パート2：物理層仕様およびサービス定義」。国際電気標準会議（IEC）。2022年。IEC 61158-2 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ 「産業用通信ネットワーク - フィールドバス仕様 - パート5-3：アプリケーション層サービス定義 - タイプ3要素」。国際電気標準会議（IEC）。2014年。IEC 61158-5-3 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ 「産業用通信ネットワーク - フィールドバス仕様 - パート6-3：アプリケーション層プロトコル仕様 - タイプ3要素」。国際電気標準会議（IEC）。2019年。IEC 61158-6-3 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ ab Popp, Manfred (2003). 「PROFIBUS DPへの新しい迅速な方法 - DP-V0からDP-V2まで」。Profibus and Profinet International (PI)。注文番号4.072 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ Xiu, Ji (2019). PROFIBUSの実践：標準と運用。独立出版。ISBN 978-1793076830。
- ^ Xiu, Ji (2013). PROFIBUSの実践：システムエンジニアリング、トラブルシューティング、メンテナンス。CreateSpace Independent Publishing Platform。ISBN 978-1493614684。
- ^ 「産業用通信ネットワーク - フィールドバス仕様 - パート3-3：データリンク層サービス定義 - タイプ3要素」。国際電気標準会議（IEC）。2014年。IEC 61158-3-3 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ 「産業用通信ネットワーク - フィールドバス仕様 - パート4-3：データリンク層プロトコル仕様 - タイプ3要素」。国際電気標準会議（IEC）。2019年。IEC 61158-4-3 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ abc Felser, Max (2017). PROFIBUS マニュアル. epubli GmbH. ISBN 978-3-8442-1435-2。
- ^ ab "PROFIBUS Commissioning". Profibus and Profinet International (PI). 2022. 注文番号 8.032 . 2023-02-09に閲覧。
- ^ ab Xiu, Ji (2013). PROFIBUSの実践: PROFIBUSデバイスとケーブルのインストール. CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1481245210。
- ^ ab 「PROFIBUS Cabling and Assembly」。Profibus and Profinet International (PI)。2020年。注文番号8.022 。 2023年2月9日閲覧。
- ^ 「産業用通信ネットワーク - プロファイル - パート5-3：フィールドバスの設置 - CPF 3の設置プロファイル」。国際電気標準会議（IEC）。2018年。IEC 61784-5-3 。 2023年2月9日閲覧。
外部リンク
- PROFIBUS & PROFINET インターナショナル