ProfiBUS ontwerptips

Deze tekst moet niet gezien worden als volledige inleiding in ProfiBUS. Zij geeft slechts aanwijzingen voor diegene die al enigzins op de hoogte is van ProfiBUS. Meer informatie is te verkrijgen via een ProfiBUS gecertificeerd ingenieur (Caspar Mulder) of het ProfiBUS Center Nederland.

Een ProfiBUS netwerk bestaat uit een of meerdere masters, een netwerkkabel, een of meerdere slaves en eventueel connectoren, koppelaars en repeaters. In de praktijk zal de master een controller zijn en de slaves instrumenten maar ook andere controllers of actuatoren (ventiele, frequentieomvormers, MCC lades etc.).

Het protocol is altijd DP (behalve ProfiNET). PA gebruikt een andere fysieke laag (robuuster en met ingebouwd voeding) en heeft een vaste snelheid. Er zijn nog andere varianten voor de hardware bedacht door leveranciers. Een koppelaar geeft de DP laag door tussen verschillende hardware standaarden.

Communicatie

• Er is slecht één master per slave die een uitgang kan schrijven. Een slave kan gelezen worden door meerdere masters.
• Er is slecht één station aan het zenden. Masters geven elkaar een token door. Slaves spreken slechts indien daarom werd verzocht.
• Masters communiceren met hun slaves en zoeken daarna één nieuw station tussen hun adres en de volgende master. Daarna geven ze de token aan de volgende master. De volgende ronde zoekt de master een volgend nieuw station tussen hun adres en de volgende master alvorens de token door te geven.
• Een slave bewaakt zijn master met een watchdog (master moet binnen die tijd hebben gecommuniceerd). Een master bewaakt zijn slave door maximale responstijd.

Adressering

• Elk netwerk heeft 128 mogelijke adressen.
• Adressen 0, 1, 2, 126 en 127 nooit gebruiken voor slaves.
• Adres 0 reserveren voor analyser
• Masters onderin de reeks
• 126 is default adres voor een slave die software geadresseerd moet worden
• 127 is broadcastadres (om bijvoorbeeld alle slaves ineens naar een veilig toestand te brengen)
• Het adres van een station kan met DIP-of rotary switches en middels software worden vastgelegd. Een slave met rotary switches kan meestal niet hoger geadresseerd worden dan 99
• Softwareadressering heeft voordeel in industrieën die hun instrumenten doorgaans radicaal overschilderen (m.n. offshore). Ook te gebruiken voor redundantie oplossingen. Nadeel is dat instrumenten een voor een moeten worden aangesloten waarbij hun adres gewijzigd wordt

Snelheid (baudrate)

• Snelheden kunnen zijn 9.6 kbit/s tot 12 Mbit/s
• Snelheden boven 500 kbit/s zijn 'hoog'
• Bij hoge snelheden moeten kabeleigenschappen streng nageleefd worden.
• Default is 1500 kbit/s; dus te hoog voor makkelijke toepassing. Meestal hoger dan nodig. Advies is 2-3× controllerloopsnelheid.
• De meeste slaves kunnen automatisch de baudrate detecteren. Voor enkele apparaten geldt dit echter niet. De baudrate dient hier met dipswitches ingesteld te worden. (o.a. SimoCODE, ABB FO)
• De snelheid 45.45 kbit/s wordt lang niet door alle devices ondersteund. Is een PA aanpassing.

GSD (configuratiebestand)

Een GSD is een tekstbestand waarin de eigenschappen van een station zijn beschreven. Het wordt gebruikt in de configuratiesoftware om bijvoorbeeld de busparameters zo te kiezen dat elk station mee kan komen.

Aandachtpunten:

• Let op juiste versie
• min_slave_interval van één device kan de bus ontoelaatbaar vertragen. Uitzoeken en opnemen in specificatie.
• Bij modulaire slaves: max_data_len kan kleiner zijn dan de max_input_len en de max_output_len bij elkaar geteld.

Kabel

Een netwerk kan worden opgedeeld in segmenten. Elk segment moet aan de uiteinden worden afgesloten met de juiste weerstand en impedantie. Dit zit in de standaard D-9 ProfiBUS connector schakelbaar ingebouwd met een schakelaar termination.

Aandachtpunten:

• Vanwege signaalverlies maximaal 32 stations op een segment. Stop bij 30 stations per segment, dan is er nog ruimte voor een analyser en een repeater (voor probleemoplossen respectievelijk uitbreiding).
• Houd je aan profibus specs. Max weerstand, capaciteit, impedantie en kabel en stublengte. Er is geen certificering. Paars is geen garantie.
• Bij hoge snelheden: Minimaal 1m tussen devices (wordt in kast vaak vergeten). Bij stubs telt de stublengte hierin wel mee.
• Connectoren zijn niet verplicht. Er is wel een standaard. Deze voorschrijven voorkomt een hoop problemen.
• Per segment minimaal 1 connector met vrouwtje achterop tbv testen.
• Als de termination aanstaat is de uitgaande kabel afgekoppeld. Dit geeft mogelijkheden tot foutzoeken.
• Wanneer de connector waarbij termination aanstaat wordt losgetrokken zal de termination niet goed zijn. Deze is namelijk 'powered'.
• Op zoveel mogelijk punten aarden. Voorkom aardlussen door een extra grondkabel of opdeling middels isolated repeaters of optische verbindingen.
• Bij een apparaat (vooral FO) komen profibus en voedingskabel samen => EMC risico. Zo kort mogelijk samen in een tray leggen.

Repeaters

• Kost één device op het segment. Kost echter geen adres.
• Bijkomend voordeel: galvanische scheiding, overspanningsbeveiliging en signaal oppoetsen.

Busparameters

• Snelheid specificeren op 2-3× controllerloopsnelheid.
• min T_SDR specificeren op 22
• T_QUI specificeren op 9
• Een te hoge T_SET van één device kan de bus ontoelaatbaar vertragen. Uitzoeken en opnemen in specificatie.
• max_retry_limit specificeren op 5. Hiermee wordt foutzoeken mogelijk.
• Watchdog moet aan. Is niet op alle masters standaard aan.

ProfiSAFE voor fail safe toepassingen

• Watchdog op sequencenummer waardoor niet alleen de profibus bewaakt wordt maar daadwerkelijk de intelligentie in de devices.
• PLC software is wachtwoord beveiligd
• Betrouwbaarheid en beschikbaarheid is gelijk aan profiBUS maar uitval wordt 100% gedetecteerd.
• Modulen hebben eigen adres. Hierdoor is het minder makkelijk onopgemerkt een verkeerde vervanger te plaatsen.

Ex = FISCO (Fieldbus intrinsically safe concept)

• De koppelaar beperkt energie in het segment. Daardoor beperkt aantal devices op een segment.
• Elke component kan meer stroom en spanning hebben dan de koppelaar doorlaat.
• Goedkopere oplossing is Ex-e tussen speciale junctionboxes die Ex-i segmenten uitvoeren.