קביעת השלב לתקשורת תעשייתית

עליית האוטומציה התעשייתית בסוף המאה העשרים הביאה עמה אתגר דוחק: כיצד לאפשר תקשורת אמינה, בזמן אמת בין בקרים לוגיים, חיישנים, פועלים ומכשירים אחרים בתחום: לפני כניסתן של מערכות שדה סטנדרטיות, כל יצרן בדרך כלל השתמש בפרוטוקולים קנייניים ופרוטוקולים, ויצר מתקנים מאומצים ביותר שהיו יקרים לתחזוקה כמעט בלתי אפשריים כדי לשלב בין קווי ייצור מפוזרים;0 ל-reshbsp;

הבנת המסע של פרופ'יבוס ממפרט המקורי שלה לעדכונים הפרוטוקולים האחרונים מציעה תובנה חשובה עבור מהנדסי אוטומציה, מערכות אינגרה ומפעילי צמחים שצריכים לנהל הן תשתיות מורשת והן יוזמות טרנספורמציה דיגיטלית חדשניות. מאמר זה עוקב אחר האבולוציה, חוקר את אבני הדרך הטכניות אשר הגדירו כל דור, ובחן כיצד שיפורים אחרונים למקם את פרופ'רובוס להמשך הרלוונטיות בעידן של התעשייה &b; 4.0 ואינטרנט של הדברים התעשייתיים.

מקורו של פרופ'יבוס: תקן קונסורציונל-Driven

פרופ'רוב נולד מתוך פרויקט משותף במימון משרד החינוך והמחקר הגרמני בסוף שנות השמונים.המטרה הייתה פשוטה אך שאפתנית: ליצור תקן שדהבוס פתוח, ספק-נוטרלי שיכול להחליף את עבודת הטלקום של קישורים תקשורת קנייניים לאחר מכן שולט בקומות מפעל 11 חברות ו-5 מכוני מחקר יצרו את קבוצת העבודה הראשונית, ובשנת 1989, הגרסה הראשונה של פרופ'יבוס הופץ תחת תקן D400nb.

תקן פרופ'יבוס המקורי הגדיר פרוטוקול גישה חד-פעמי הפועל על פני שכבה פיזית מעוותת-pair RS-485.שיעורי נתונים החלו ב 9.6  kbps ויכולים להגיע עד 500 ו-nbsp; kbps & mdash;modest על ידי היום ’ סטנדרטים מהפכניים בזמן שבו מכשירים רבים עדיין מתקשרים באמצעות אותות קשיחים; ה-זמנית של מערכת ההפעלה הייתה מתאימה של זמן.

פרופיל פרופ'יבוס

בשנת 1993, ארגון המשתמש פרופ'יבוס (כיום פרופ'יבוס &אמפ; פרופ'ינט אינטרנשיונל, או PI) הוציא את פרופיל פרופ'יבוס DP (Decentralized Peripherals) DP הפך במהרה לגרסה הדומיננטית כי הוא מותאם לחילופי נתונים מהירים במהירות גבוהה בין בקרים ו- I / O בלוקים מרוחקים, דחף ומסופים.

מאפיינים מרכזיים של פרופ'יבוס DP כוללים:

  • (ב) 1 (ב) 1 (ב) עם אחד או יותר מכשירים שליטה על גישה באוטובוס ומכשירי עבדים להגיב רק כאשר הם מטופלים.
  • (FLT:0) נתונים עולים עד 12 MbpsFirLT:1) על שכבת RS-485, עם זיהוי מדרגה אוטומטית מפשט את העמלות.
  • (ב) ⁇ :0) אורך עד 1,200 מטר צלזיוס 1 לקטע בשיעורי הבנד התחתון, הגדלים באמצעות חזרות.
  • (ב) [15] ,ב[[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]
  • (ב) [15] ,0) , ⁇ ו-Acyclic CommunicationstureFLT:1 (אפשר עדכונים מהירים I/O לצד פרמטרים ואבחון.

פרופיל ה- Profibus PA ל- Process Industries

בעוד פרופ'יבוס DP מצטיין בייצור דיסקרטי, תהליך התעשייה ו-mdash; צמחים כימיים, זיקוקי שמן, מתקני תרופות & mdash;posed קבוצה שונה של דרישות.מכשירים בסביבות אלה פועלים לעתים קרובות באזורים מסוכנים שבהם בטיחות פנימית היא חובה, והם צריכים לשדר משתנים תהליך אנלוגי כגון לחץ, טמפרטורה, וזרימה על פני מרחקים ארוכים.

כדי לענות על הצרכים האלה, פרופיל פרופ'יבוס הרש"פ (Process Automation) הוצג באמצע שנות ה-90. Profibus PA משתמש באותה ערימה פרוטוקול כמו פרופ'יבוס DP, אך פועל על שכבה פיזית שונה לחלוטין: MBP (Manchester Bus Powered), אשר נושאת את שני הנתונים והכוח על כבל מעוות יחיד, עיצוב זה תומך בטיחות פנימית לרמות מסוכנות, המאפשרת בידוד או שטח של 2nb;

חידוש קריטי של פרופ'יבוס הרש"פ היה הצגת תקן IEC:0; בלוק פיזי, בלוק פונקציונלי ו- Transducer BlockFLT:1 מודל, אשר מאוחר יותר השפיע על תקן הבינלאומי IEC  614 עבור שפת תיאור מכשיר אלקטרוני. גישה זו ממוקדת בלוק המאפשרת לספקים כדי לתקן את האופן שבו משתנים תהליכים ופרמטרים של המכשיר נחשפים למערכת הבקרה, צמצום המאמץ באופן דרסטי בהשוואה ל- 4F3nb;

פרופיל פרופ'יבוס FMS

לצד DP ו- PA, פרופיל שלישי & mdash;Profibus FMS (Fieldbus Message Specification) & mdash; פותח עבור צרכי תקשורת גבוהה יותר.FMS סיפק מערכת עשירה של שירותים לניהול מכשירים, גישה משתנה, ותוכנית invocation, מה שהופך אותו מתאים לתקשורת עמיתים לpeer בין בקרים למכשירים אינטליגנטיים.

אדריכלות טכנית: The Profibus Protocol Stack

הבנת פרופ'יבוס דורשת מבט על הארכיטקטורה השכבה שלה.הפרוטוקול מבוסס על מודל ההתייחסות של מערכת ההפעלה, אך הוא מיישם רק שלוש שכבות במפורש:

  • (בקיצור:0)Layer 1 (שכבת פיזי)FirLT:1): Defines את המאפיינים החשמליים והמכניים של האוטובוס. Profibus DP משתמשת RS-485 עם אותות שונים; פרופ'יובוס הרש"פ משתמשת MBP עם מנצ'סטר ⁇ .
  • (FLT:0Layer 2 (שכבת קישור נתונים)FirLT:1; Handles אוטובוס גישה דרך שיטה היברידית המכונה ken Passing & Master-Slave. Masters להעביר אסימוני בין עצמם כדי להעניק גישה לאוטובוס; בתוך כל מאסטר ’ פרוסת זמן, עבדים הם נבדקים ברשימת מחזוריים.
  • (FLT:0Layer 7 (Application Layer)veFLT:1) : מספק שירותים עבור חילופי נתונים, אבחון וניהול פרמטר. Profibus DP משתמש במצע קל משקל הנקרא DP-V0, בעוד גרסאות מורחבות DP-V1 ו- DP-V2 מוסיפים שירותי acyclic ומבצע מפוכרוני לשליטה בתנועה.

היעדר שכבות 3 עד 6 היה בחירה עיצובית מכוונת להפחית את הפרוטוקול מעל פני השטח ולהבטיח תקשורת דלת נמוכה.יחידות נתונים של פילדבוס נשמרות קומפקטיות, עם טלגרם סטנדרטיים של מחזורי נושאים רק כמה עקפים של מידע על תהליך לעבד.

האבולוציה לאורך השנים: מיילסטון ו- Key Revisions

פרופ'יבוס עבר זיכוך מתמשך מאז הופעת הבכורה שלו.הציר מתחת ללכידת אבני הדרך המשמעותיות ביותר שעיצבו את הסטנדרט למה שהוא היום.

1989: DIN 19245 Part 1

המפרט הראשון שפורסם הגדיר את הפרוטוקול הבסיסי, השכבה הפיזית, ואת נוהל הגישה של המאסטר-עבד.אימוץ ראשוני היה איטי בשל היעדר סיליקון זמין וכלי, אך כמה מבנים גרמניים החלו להטמיע ממשקי פרופ'בוס לתוך ה- PLCs שלהם וכוננים.

1993: פרופ'יבוס DP (DIN 19245 Part 3)

הצגת פרופיל DP סימנה נקודת מפנה עם שיעור נתונים עד 12 Mbps וזמני מחזור ⁇ סטיים, DP הציע ביצועים שיכולים להתחרות מטוסים מהירים קנייניים. גדול ספקים, כולל סימנס, ABB, ו- שניידר אלקטריק, החלו לשחרר מוצרים הניתנים לשימוש ב- Profibus.

1995: פרופ'יבוס הרש"פ (IEC 61158-2)

פרופ'בוס הרש"פ הותאמת כחלק מסטנדרט האיבוס הבינלאומי IEC  61158.זה לגיטימציה פרופ'יבוס במגזר התהליך והוביל לאימוץ נרחב בתעשיות הכימיות והנפט-גזיות האירופיות.פרופיל הרש"פ הציג גם את הרעיון של תיאור המכשיר (DD) קבצים ומנהלי התקנים (DTMs) לשילוב תוכנה.

1997: תקן בינלאומי EN 50170

פרופ'יבוס אומץ כסטנדרט האירופי EN 50170, ובהמשך כסטנדרט הבינלאומי IEC  61158, ההכרה הרשמית הזו פתחה את הדלת למכרזים ציבוריים ולמנדטים רגולטוריים ברחבי אירופה, עוד יותר מאיצה פריסה.

2002: פרופ'יבוס DP-V1 ו-DP-V2

הסיומת DP-V1 הוסיפה שירותי תקשורת ציליקליים המאפשרים למאסטרים לקרוא ולכתוב פרמטרים למכשיר על הביקוש מבלי להפריע להחלפת הנתונים המחזוריים.זה היה שיפור קריטי עבור פרמטרים של פרמטרים ואוסף נתונים אבחון. DP-V2 הציגה זמן-stamping ו- isochronous מצב עם מנגנון סינכרוניזציה של השעון הגלובלי, המאפשר שליטה מסונכרונית על פני מספר רב של תנועות מתחת למיקרו-שניות מתחת למיקרו-שניות.

2006: אינטגרציה עם פרופ'ינט

במקום להחליף את פרופ'יבוס באופן מיידי, ארגון המשתמש של פרופ'יבוס הציג את פרופ'ינט כפרוטוקול מבוסס Ethernet משלים.פרופ'ינט מספק רוחב פס גבוה ותמיכה באינטגרציה IT תוך שמירה על יכולת הדדית מלאה עם פרופ'יבוס באמצעות מכשירים והגדרות Proxy.זה אפשר לצמחים לשדרג עמודות רשת מבלי למחוק מכשירים קיימים.

2010: אבטחה ואבחון של שיפור

מאחר שאיומים סייבר שמכוונים לשיטות בקרה תעשייתיות הפכו לדאגה גוברת, מפרט פרופ'יבוס קיבל עדכוני אבטחה.מדריך האבטחה של פרופ'יבוס הגדיר אמצעים כגון רשימות בקרת גישה, ניטור אוטובוס ותקשורת מוצפנת עבור מגזרים קריטיים.יכולות דיאגנוסטיות הורחבו גם עם פרופיל אבחון של פרופ'יבוס דיגנוטיקה (PDP), המאפשר אסטרטגיות תחזוקה חיזוי.

עדכון פרוטוקול אחרון: חידוש תקן בוגר

גם כאשר פרופ'ינט מרוויח קרקע במתקני שדה ירוקה, פרופ'יבוס נשאר מושמד עמוק בתשתיות קיימות.כדי לשמור על הסטנדרט בר קיימא עבור שדרוגים של שדות חום וארכיטקטורה היברידית, PI שחררה כמה עדכונים חשובים בשנים האחרונות.

ההרחבה Extended Data Rate and Bus Cycle Optimization

בעוד 12 Mbps הוא שיעור הנתונים המקסימלי עבור פרופ'יבוס DP מאז שנות ה-90, קושחה לאחרונה ושיפורים ASIC מאפשרים שימוש יעיל יותר של רוחב פס זה. Newer מאסטר יישום תמיכה FLT:0optimized סיבוב אסימונים (FLT:1 ו-FLT:2דינמית ניהול רשימת עבדים ניהול FLT 3:, צמצום זמן מחזור הכולל על ידי עד 30% ביישומים משולבים זה הוא בעיקר עם פרופ 'ד סטרוכבוניסט גבוה.

פרופיל אבטחה משופר (PI Security Level 2)

בתגובה לתקן IEC  62443 תקן אבטחת סייבר תעשייתי, PI הציג חבילה לשיפור אבטחה עבור רשתות פרופ'יבוס.

  • (ב) ,0) ,התאמת הזמנית של ה-FLT:1 באמצעות תעודות למניעת מכשירים לא מורשים להתחבר לאוטובוס.
  • (ב) ויקרא י"א: ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • (FLT:0) בקרת גישה מבוססת-Role: Control Control Control Control of Access: 1IRFLT) מגבילה את התצורה ואת האבחון של גישה לתחנות הנדסה מורשות.
  • (FLT:0)Bus לטעון ניטורFLT:1 אשר מעורר התראות כאשר דפוסים יוצאי דופן מציעים מכשיר סורר או ניסיון של הכחשה.

אמצעים אלה מאפשרים למפעילי הצמח לשמור על הבטיחות והאמינות של מתקני פרופ'יבוס המורשת, תוך עמידה בדרישות תאימות לאבטחת סייבר מודרניות.

רשת זמן-רגישה (TSN) הסתגלות

אחת מהעדכונים המצפים ביותר היא ההשגות של פרופ'יבוס עם תקני TSN. PI פרסמה הנחיות למנהרה של רשתות טלגרם של פרופ'יבוס מעל רשתות Ethernet, המאפשרות לנתוני פרופ'יבוס להיות מועברים לצד תעבורת IT סטנדרטית על תשתית רשת מתכנסת.זה רלוונטי במיוחד עבור קווי רכב וייצור אלקטרוניקה כי צריך לשלב תאים מבוגרים יותר לתוך מפעל נבראונדקסנדרונדרונליזציה של TS.

שיפור אבחון ו ניטור מצב

הגרסה האחרונה של פרופיל פרופ'יבוס דיאגנוסטים (PDP v3.0) מציגה אובייקטים אבחון מובנה עבור:

  • ניטור טמפרטורה וטמפרטורה של Transceivers
  • אותות איכות אותות (ג'יטר, אמפולד, שולי רעש)
  • גילוי השבר מבוסס על מדידות השתקפות
  • כישלונות חיזוי מזהירים עבור מחברים ומונחים

יכולות אבחון אלה, בשילוב עם שער קצה או פלטפורמה IIoT, מאפשרות תחזוקה מבוססת תנאים המפחיתה את זמן השבתה הבלתי מתוכנן ומרחיבת את חיי רשתות פרופ'יובוס.

פרופ'נביבוס בקונטקסט של תעשיית 4.0 ו-IIoT

תעשייה   4.0 צופה סביבה ייצור שבה כל מכשיר, חיישן, ומבצע הוא מקור נתונים להאכיל בניתוח, תאומים דיגיטליים, וקבלת החלטות אוטונומית. פרופ'יובוס, שתוכנן במקור לאוטומציה של אירלנד, מותאם לתמוך בחזון זה מבלי לדרוש קרוע שלם של תשתיות קיימות.

התקנות מודרניות של פרופ'יבוס משתמשות בדרך כלל בשערים חכמים שגשרים על שדהבוס ל-OPC UA, MQTT, או RESTful APIs. השערים האלה מצטברים את פרופ'יבוס טלגרם, מתרגמים אותם למודלי מידע, ומצפים להם לפלטפורמות ענן או לשרתי קצה.התוצאה היא שמעבדת טמפרטורת פרופ'אבבוס של 1990 יכולה להופיע כמתוארת מלאה ב-OPCA node ב-SC המודרני או מערכת MES.

אינטגרציה שם דיגיטלי

פרופילי התקנים של פרופ'יבוס מחייבים כעת את הכללה של שם אלקטרוני המכיל נתונים סטנדרטיים לזיהוי מכשירים (הזהה של מניטורר, מספר סידורי, מספר חומרה וגרסאות קושחה) ניתן לקרוא באופן אוטומטי במהלך הגשת ומשמש למסד נתונים לניהול נכסים, המאפשר מעקב ותצורה אוטומטית של מעקב ותצורה.

נתיבי הגירה ללא ים לפרופ'ינט

עבור צמחים שהחליטו להעביר בסופו של דבר לפרופ'ינט, PI מציעה מדריכי הגירה מובנים וארכיטקטורה מבוססת פרוקסי. גישה נפוצה כרוכה פריסת פרופ'ינט-to-Profibus Proxy המפות את אובייקטים הנתונים של פרופ'ינטוט IO על פרופ'יבוס DP Telegrams.זה מאפשר למערכת הבקרה להיות משודרגת לפרופ'נט בעוד מכשירים נשארים מחוברים באמצעות פרופ'ובאני.

השפעה על תעשיות מפתח

האבולוציה של פרופ'יבוס הייתה השפעה עצומה על הפרודוקטיביות, האמינות ועלות הבעלות הכוללת על פני מגזרים רבים.

ייצור רכב

פרופ'יבוס DP נפוץ בחנויות גוף, חנויות צבע, וקווי ייצור סופיים לייצור כלי רכב.זמני מחזור הקבעיסטי שלה תומכים ברצףי תנועה מתואמת עבור רובוטים, מערכות שידור, וכלים מזרזים מבוקרים להורדת טורקים.עדכוני אבטחה אחרונים היו חשובים במיוחד עבור צמחי רכב הדורשים כעת עמידה בבקרת אבטחת סייבר של הספק.

תהליכים כימיים וטכנולוגיים

פרופ'יבוס הרש"פ היא שדה התעופה הדומיננטי במספר רב של מרפאות אירופיות וממתקנים כימיים מיוחדים.ההסמכת הבטיחות הפנימית שלה ויכולת השימוש בכוח-מעל-שליטה מפשטת באזורים מסוכנים.עם תוספת של אבחון משופר, מפעילי יכולים כעת לפקח על הבריאות של כלי שדה מרחוק, צמצום תדירות הבדיקות ידניות בסביבה מסוכנת פוטנציאלית.

מים וטיפול במים

בתשתיות טיפול במים, פרופ'יבוס מחבר משאבות, שסתום, זרימת דם, מנתחים על פני ריצות כבלים ארוכות.הסטנדרט ’ של עוצמה נגד רעש חשמלי ותמיכה שלה בתצורה של מאסטרים מחוסנים להפוך אותה לבחירה אמינה עבור תהליכים קריטיים שבהם אי תקשורת עלולה להוביל לזרימה, זיהום, או פיקוח.

מזון ו Beverage

צמחי מזון ומשקאות משתמשים ב- Profibus לקווי אריזה, צמחי בוטטינג וקטעי תהליכים רצופים.פרוטוקול ’ היכולת לתמוך הן ב- I/O באדריכלות של מכונות, בעוד היכולות אבחון משופרות עוזרות לזהות סחף או שסתום לפני שהן גורם בעיות איכות המוצר.

תחזית עתיד: דו-קיום והסכמה

פרופ'יבוס אינו פרוטוקול שיעלם בין לילה.מסמך הערכות הבסיס של PI מעיד כי מעל 40 מיליון צמתים של פרופ'יבוס נשארים בפעילות ברחבי העולם החל מ- 2025.רבים מהצומתים הללו נמצאים ביישומים קריטיים שבהם זמן השבתה להחלפה אינו מקובל.

כמה מגמות יעצבו את הדו-קיום הזה:

  • (FLT:0) increaseed Proxy ו- Gateway Intelligence:cioFLT:1 שערי תכלול עיבוד קצה, נתונים מקומיים מתפתלים ותרגום פרוטוקול, מה שהופך את פרופ'יבוס תת-הנדסה שקוף במערכות ברמה גבוהה יותר.
  • (FLT:0) ניהול שדהבוס מוגדר: אנדרל 1 (מרכזי תצורה) יתנהל גם את שני הקטעים של פרופ'בוס ופרופ'ינט, ויציג חוויה הנדסית מאוחדת.
  • (FLT:0) אבחון מונע של AI:FreaLT:1) מודלים של למידת מכונות מאומן על איכות אותות ודיונים שגיאות חיזוי ההשפלה הכבלים, קורוזיה המחברת, או שבועות כשלים חמורים לפני שהאשמה קשה מתרחשת.
  • (FLT:0) קיימות ומודרניזציה של שדה חום: ההרחבה:1 (בתעשיות) כתעשיות להתמודד עם לחץ להפחית את צריכת האנרגיה, פרופ'יבוס יהיה משולב במערכות ניטור חשמל וניהול אנרגיה, מתן נתונים גרפיים על עומסי מנוע ועמדות שסתום.

מפרט פרופ'יבוס עצמו ימשיך לקבל עדכוני תחזוקה, אך קצב השינוי המהפכני עבר לפרופ'ינט ול-TSN PI’ האסטרטגיה של ה-TSN היא להגן על ההשקעה ב- Profibus תוך מתן נתיב glide לרשתות ביצועים גבוהות יותר.

מסקנה

סיפורו של פרופ'יבוס הוא עדות לכוח של סטנדרטים פתוחים ופיתוח שיתופי באוטומציה תעשייתית.ממקורותיו כפרויקט קונסורציום גרמני למעמדו הנוכחי כשדהבוס מוכר בעולם עם עשרות מיליוני צמתים מותקנים, פרופ'יבוס הוכיח כי נשאר כוח יוצא דופן.פרוטוקול ’ של האבולוציה ומדכא; מתקשורת בסיסית-שלמה לתקשורת ועד לפרופילים מתוחכמות עבור תהליך, אבטחה מתקדמת, ומערכת אבטחה מתקדמת, ומערכת תקשורת, ללא אינטגרטיבית;

עבור מהנדסים ומנהלי צמח כיום, הבנה של פרופ'בוס פירושה הבנה של עמוד השדרה של מערכות ייצור רבות עכשוויות.בין אם המטרה היא לשמור על רשת קיים של פרופ'יבוס, לשלב אותה עם פלטפורמות IoT מודרניות, או לתכנן הגירה בשלב זה לפרופ'ינט, תפיסה יסודית של פרוטוקול &rquo; ההיסטוריה של ועדכונים אחרונים הוא חיוני. as   4.0 ממשיך להתפתח, פרופ'יבוס יישאר עבודה אמינה בין החרושת ומאוחר; מחר;

לקריאה נוספת על מפרט פרופ'יבוס ואסטרטגיות הגירה, להתייעץ עם התיעוד הרשמי של ה-FLT:0Profibus & פרופ'ינט הבינלאומי של ההרחבה 1, IEC  61158 תקן שדהבוס, ואת IEC  62443 הנחיות אבטחת סייבר עבור רשתות תקשורת תעשייתיות.