PROFIBUS
PROFIBUS ได้รับการพัฒนาขึ้นในช่วงทศวรรษ 1980 ในประเทศเยอรมนี โดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการที่นำโดยรัฐบาลเพื่อสร้างระบบการสื่อสารมาตรฐานสำหรับระบบอัตโนมัติ เป้าหมายคือการแทนที่โปรโตคอลการสื่อสารที่เป็นกรรมสิทธิ์มากมายที่สร้างความยุ่งยากให้กับอุตสาหกรรม ซึ่งก่อให้เกิดความท้าทายในการผสานกัน
( ในปัจจุบันโปรโตคอล Fieldbus ส่วนใหญ่ก็เป็นโปรโตคอลแบบเปิดอยู่แล้ว คือสามารถใช้งานได้โดยอิสระโดยไม่มีการจำกัดการใช้งาน การแข่งขันจึงเน้นไปที่ตัวโปรดักส์มากกว่า สำหรับการแข่งขันโปรโตคอลที่เป็นกรรมสิทธิของแต่ละค่ายก็คือความสามารถ ความง่ายในการใช้งานและอัลกอลิทึม )
Profibus เปิดตัวอย่างเป็นทางการในปี ค.ศ. 1989 โดย BMBF (German department of education and research ) และได้รับการพัฒนามาจนถึงปัจจุบันจนกลายเป็นหนึ่งในระบบฟิลด์บัสที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดในระบบอัตโนมัติในอุตสาหกรรม
PROFIBUS (Process Field Bus) หรือชื่อเต็มคือ PROFIBUS Fieldbus system คือโปรโตคอล Fieldbus แบบเปิด (Open Protocol ) การสื่อสารอยู่ในประเภทแบบอนุกรม ใช้มาตรฐานทางกายภาพหลายแบบคือ RS-485, Optical และ Wireless กรณีใช้ cable การวายริ่งจะใช้รูปแบบ multi-drop รูปแบบการรับส่งข้อมูลเป็นแบบ half duplex
แบบจำลอง PROFIBUS
รูปที่ 1
Profile
โปรไฟล์เป็นการกำหนดค่าล่วงหน้าของฟังก์ชันและคุณสมบัติต่างๆ ที่มีให้ใช้งานจาก PROFIBUS สำหรับใช้กับอุปกรณ์หรือแอปพลิเคชันเฉพาะ ซึ่งกำหนดโดยกลุ่มงาน PI และเผยแพร่โดย PI (PROFIBUS & PROFINET International)
โปรไฟล์มีความสำคัญต่อความเปิดกว้าง การทำงานร่วมกันได้ และการใช้แทนกันได้ เพื่อให้ผู้ใช้ปลายทาง (end user) มั่นใจได้ว่าอุปกรณ์ที่คล้ายกันจากผู้จำหน่ายที่แตกต่างกันจะทำงานในลักษณะมาตรฐาน ทางเลือกของผู้ใช้ยังส่งเสริมการแข่งขันที่ผลักดันให้ผู้จำหน่ายมุ่งสู่ประสิทธิภาพที่เพิ่มขึ้นและต้นทุนที่ลดลง
MBP
MBP ( Manchester Coded Bus Powered ) คือชั้นกายภาพของ PROFIBUS PA และ PROFIBUS DP-V2 , MBP สามารถส่งผ่านทั้งแหล่งจ่ายไฟและข้อมูลบนสายไฟเดียวกัน ซึ่งใช้สายไฟจำนวน 2 สาย ( สายไฟมาตรฐาน IEC 1158-2 )
รูปที่ 2
PROFIBUS แบ่ง Profile เป็น 3 แบบคือ
รูปที่ 3
⦁ PROFIBUS FMS (Field Message Specification ) ในปัจจุบัน PROFIBUS FMS ไม่ค่อยได้รับความนิยมแล้ว PROFIBUS FMS ได้รับการออกแบบมาเพื่อใช้กับงานสื่อสารที่ซับซ้อนและต้องใช้ข้อมูลจำนวนมาก โดยทั่วไปแล้วจะใช้กับแอพพลิเคชันที่ต้องมีการแลกเปลี่ยนข้อมูลจำนวนมากระหว่างคอนโทรลเลอร์
ในปัจจุบันมีการใช้งาน 2 โปรโตคอลคือ PROFIBUS DP และ PROFIBUS PA
⦁ PROFIBUS DP (Decentralized Periphery) คือ PROFIBUS ที่มีการใช้งานมากที่สุด เหมาะสำหรับการควบคุมอุปกรณ์ทั่วไป ถูกออกแบบสำหรับการสื่อสารด้วยความเร็วสูง ด้วย I/O แบบกระจายอำนาจในสภาพแวดล้อมระบบอัตโนมัติในโรงงาน รองรับการผสานกันของเซ็นเซอร์, actuator และอุปกรณ์ภาคสนาม (Field device) อื่นๆกับ Controllers
⦁ PROFIBUS PA (Process Automation) ใช้โปรโตคอลเดียวกับ PROFIBUS DP (ในชั้น Application ใช้ DP Protocol คือ DP-V1 ) แต่ใช้ profile ที่แตกต่างออกไป เหมาะกับงานด้าน Process Control , PROFIBUS PA ถูกใช้ในสภาพแวดล้อมที่การสื่อสารมีความแข็งแกร่งและเชื่อถือได้ เช่นในโรงงานเคมีและโรงกลั่น ช่วยรองรับความปลอดภัยในตัวเอง และได้รับการปรับให้เหมาะสมสำหรับการสื่อสารระยะไกลในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง มีความเร็วการสื่อสารอยู่ที่ 31.25 kbit/s
PROFIBUS PA แบบพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อตอบสนองความต้องการที่เข้มงวดของอุตสาหกรรมกระบวนการ (Process industrial) เช่น อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซ อุตสาหกรรมเคมี อุตสาหกรรมยา และอุตสาหกรรมผลิตไฟฟ้า PROFIBUS PA มอบการสื่อสารที่มั่นคงและเชื่อถือได้ในสภาพแวดล้อมอันตราย ช่วยให้ระบบควบคุมกระบวนการทำงานได้อย่างปลอดภัยและมีประสิทธิภาพ เหมาะกับสื่อสารในระยะไกล
PROFIBUS DP
PROFIBUS DP มี 3 โปรโตคอลคือ
⦁ DP-V0 ใช้การสื่อสารแบบ Cyclic ( Cyclic communication ) สำหรับแลกเปลี่ยนข้อมูลและ diagnosis ในชั้นกายภาพใช้มาตรฐานการส่งผ่านข้อมูลแบบ RS-485 มีความเร็วการสื่อสารอยู่ระหว่าง 6 Mbps ถึง 12 Mbps (ขึ้นอยู่กับการตั้งค่า) ประเภทของคอนเน็คเตอร์เป็นแบบ DB9
⦁ DP-V1 ใช้วิธีการสื่อสารแบบ Acyclic (Acyclic communication ) สำหรับแลกเปลี่ยนข้อมูลและ alarm handing ในชั้นกายภาพใช้มาตรฐานการส่งผ่านข้อมูลแบบ Optical
⦁ DP-V2 คือโปรโตคอลเวอร์ชั่นล่าสุด ใช้วิธีแบบ isochronousmode communication สำหรับแลกเปลี่ยนข้อมูลและ alarm handing ในชั้นกายภาพใช้มาตรฐานการส่งผ่านข้อมูลแบบ MBP
อุปกรณ์ในเครือข่าย PROFIBUS DP มี 2 ประเภทคือ
1. PROFIBUS Master ทำงานเป็น active station อุปกรณ์ Master เช่น PLC หรือ DCS
มี 2 ชั้นคือ
⦁ Class 1 master คืออุปกรณ์ controller ที่ทำหน้าที่แลกเปลี่ยนข้อมูลกับ PROFIBUS slave โดยใช้วิธี Cyclic และ Acyclic communication
⦁ Class 2 master คือเครื่องมือทางวิศวกรรมหรือ diagnostic สำหรับการกำหนดค่า กำหนดพารามิเตอร์และการบำรุงรักษา
2. PROFIBUS Slave หรือ Remote IO Slave คืออุปกรณ์ต่อพ่วงต่างๆเช่น I/O transducer, valve, motor drive หรืออุปกรณ์การวัดอื่นๆ เป็นต้น
การเชื่อมต่อ S7-1200 กับเครือข่าย PROFIBUS DP
CPU S7-1200 สามารถเชื่อมต่อกับเครือข่าย PROFIBUS ได้โดยใช้ communication module CM หรือเรียกว่า PROFIBUS CMs มีสองรุ่นคือ CM 1243-5 และ CM 1242-5 โดยทำงานร่วมกับตัว CPU และสื่อสารกับอุปกรณ์อื่นๆในเครือข่าย
รูปที่ 4
รูปที่ 4 DP Master คือ S7-300 ส่วน CM 1242-5 ทำงานเป็น DP slave สำหรับอุปกรณ์เช่น HMI หรือ PC ก็จะใช้พอร์ตสื่อสารเฉพาะของตัวเอง
รูปที่ 5
รูปที่ 5 CM 1243-5 ทำงานเป็น DP master class 1 ส่วน CM 1242-5 ทำงานเป็น DP slave, CM 1243-5 สามารถใช้ได้กับ DP Slave ทั้งแบบ DP-V0 และ DP-V1
รูปที่ 6
รูปที่ 6 ถ้า CM 1242-5 และ CM 1243-5 มีการติดตั้งด้วยกันกับ S7-1200 จะทำให้ S7-1200สามารถทำหน้าที่ได้ทั้ง slave และ master ในเวลาเดียวกัน