Profibus Nedir? DP ve PA Farkı, Kablo ve Profinet

Profibus nedir, ne işe yarar?

Profibus, sensör, transmitter, vana ve sürücü gibi saha cihazlarını tek bir veri yolu kablosuyla PLC ya da proses kontrol sistemine bağlayan, otomasyon teknolojisinde kullanılan bir saha veri yolu (fieldbus) standardıdır. Adı İngilizce “Process Field Bus” sözcüklerinden gelir.

Profibus’ın kökü, 1986’da Almanya’da 18 şirket ve enstitünün ortak bir saha veri yolu için hazırladığı proje planına dayanır. 1989’da Almanya Eğitim ve Araştırma Bakanlığı (BMBF) tarafından desteklendi, ardından Siemens tarafından kullanıldı. Aynı yıl kullanıcı kuruluşu PNO kuruldu; 1995’te bölgesel kuruluşlar PROFIBUS & PROFINET International (PI) çatısında birleşti. Profibus bugün PI’nin standardıdır ve IEC 61158 ile IEC 61784-1’de “tip 3” olarak açıkça yayımlanmıştır.

Profibus fabrika otomasyonunda da proses otomasyonunda da aynı haberleşme protokolüyle çalışır. PI’ye göre bu sayede sürekli proseslerle kesikli işlerin bir arada bulunduğu ilaç, gıda ve içecek, su ve atık su tesislerinde iki tür otomasyon aynı kabloya bağlanabilir.

Profibus nasıl çalışır?

Profibus’ta veri yoluna erişimi ana cihazlar (master) yönetir: jeton (token) geçişi ile ana/bağımlı yöntemi birleştirilir, jeton elindeyken bir ana cihaz kendiliğinden mesaj gönderebilir, bağımlı cihazlar (slave) ise yalnız ana cihazın isteğine cevap verir. Aynı kabloda birden fazla ana cihaz çalışabilir. 1. sınıf ana cihaz sistemi yöneten kontrolördür (tipik olarak PLC ya da PC tabanlı sistem); 2. sınıf ana cihaz ise devreye alma, mühendislik ve bakım için kullanılan, tanılama bilgisini okuyup parametre ayarlayan araçtır.

1. sınıf ana cihaz başlangıçta her bağımlı cihazdan tanılama bilgisi ister, ona parametrelerini gönderir ve yapılandırmasını kontrol eder; ardından her döngüde çıkış verisini gönderip giriş verisini alır. Bağımlı cihaz da bir bekçi zamanlayıcıyla (watchdog) ana cihazın çalıştığını izler. Bir bağımlı cihazı yalnız bir 1. sınıf ana cihaz kontrol edebilir.

Profibus DP’nin hizmetleri üç seviyede tanımlanmıştır:

• DP-V0: Döngüsel veri alışverişi ve tanılama.
• DP-V1: Döngüsel olmayan (asiklik) veri alışverişi ve alarm yönetimi. Cihaz parametrelerinin işletme sırasında değiştirilmesi bu yolla yapılır; DP-V1 uzantıları isteğe bağlıdır, cihazın desteklemesi gerekir.
• DP-V2: Eş zamanlı (izokron) çalışma ve bağımlı cihazların birbirleriyle doğrudan veri alışverişi.

Profibus türleri nelerdir?

Bugün kullanılan iki Profibus türü vardır: en yaygın olan Profibus DP ve proses otomasyonuna özgü Profibus PA. İlk tanımlanan tür olan Profibus FMS ise bugünkü türler arasında sayılmaz.

• Profibus DP (Decentralised Peripherals, dağıtık çevre birimleri): Spesifikasyonu 1993’te tamamlandı. Ana cihazla uzak giriş/çıkış birimleri arasındaki deterministik haberleşme için tasarlandı; fabrika otomasyonunda kontrolörün dağıtık giriş/çıkış birimlerini, sensörleri ve aktüatörleri çalıştırmasında kullanılır.
• Profibus PA (Process Automation, proses otomasyonu): Proses tesislerindeki ölçüm cihazlarını kontrol sistemine bağlamak için geliştirilmiştir ve patlama riskli alanlarda (Ex bölge 0 ve 1) kullanılacak şekilde tasarlanmıştır.
• Profibus FMS (Fieldbus Message Specification): İlk tanımlanan, daha karmaşık protokoldür; ana cihazlar arası veri alışverişinde kullanılıyordu.

Profibus DP ile Profibus PA arasındaki fark nedir?

Profibus DP ile Profibus PA aynı haberleşme protokolünü ve aynı mesaj biçimlerini kullanır; fark fiziksel katmandadır. DP genellikle RS-485 üzerinden seçilebilen bir hızla çalışır ve cihazlar ayrıca beslenir; PA ise MBP (Manchester Bus Powered) iletimiyle sabit hızda çalışır ve saha cihazına besleme ile veriyi aynı iki telden verir.

Özellik	Profibus DP	Profibus PA
Fiziksel katman	RS-485 (ayrıca fiber optik)	MBP, IEC 61158-2
Hız	9,6 kbit/s ile 12 Mbit/s arası, ağ için seçilir	Sabit 31,25 kbit/s
Cihazın beslemesi	Veri yolundan ayrı	Veri yolu kablosundan; PI’ye göre tipik 10-15 mA
Segment uzunluğu	Hıza göre 100-1.200 m	En iyi durumda dallar dahil 1.900 m; Ex kurulumda ve besleme akımı arttıkça kısalır
Segmentteki cihaz sayısı	Tekrarlayıcılar dahil en çok 32	En çok 32; besleme ve Ex korumasına göre azalır
Topoloji	Doğrusal bara, iki uçta aktif sonlandırma	Doğrusal, ağaç ya da yıldız; ana hattın iki ucunda pasif sonlandırma
Kablo kılıfı rengi	Mor	Mavi
Tipik kullanım	Fabrika otomasyonu, uzak giriş/çıkış	Proses ölçüm cihazları

Besleme ve patlama riskli alan: PA segmentinde her cihaz en az 10 mA’lık sabit bir taban akımı çeker; gönderen cihaz bu akımı ±9 mA modüle ederek veri iletir. Veri yoluna verilen güç, arıza durumunda bile patlayıcı koşul oluşmayacak şekilde sınırlanabilir; bu yüzden segmente bağlanabilecek cihaz sayısı besleme türüne göre değişir. Felser’in PROFIBUS el kitabındaki tabloya göre cihaz başına 10 mA ile kendinden güvenli (EEx ia/ib IIC) bir beslemede tipik 9, kendinden güvenli olmayan 500 mA’lık beslemede 32 cihaz bağlanabilir. Aynı tabloya göre 0,8 mm² kabloda izin verilen hat uzunluğu 110 mA’ya kadar 1.900 m iken 500 mA’da 650 m’ye, kendinden güvenli Tip I beslemede 900 m’ye iner; yani 32 cihaz ile 1.900 m bu kabloda birlikte sağlanmaz. Foundation Fieldbus da MBP iletimini kullanır, ama Profibus PA ve Foundation Fieldbus cihazları aynı kabloda birlikte kullanılamaz.

DP/PA kuplörü ve DP/PA link: PA segmenti DP ağına bir DP/PA segment kuplörü ya da DP/PA link ile bağlanır; bu modüller RS-485 sinyalini MBP’ye çevirir, segmenti besler ve gerekirse enerjiyi sınırlar. Segment kuplörü bir tekrarlayıcı gibi çalışır: kendi adresi yoktur ve her PA cihazının tüm Profibus ağında tek bir adresi olur; bazıları DP tarafında sabit 45,45 ya da 93,75 kbit/s ile çalışır. DP/PA link ise DP tarafında bağımlı, PA tarafında ana cihaz gibi davranır; PA tarafı adresleri ayrı yeni bir ağdır ve DP tarafı 12 Mbit/s gibi bağımsız bir hızla çalışabilir. PA segmentleri bir proxy cihazıyla doğrudan Profinet’e de bağlanabilir.

Profibus kablosu nasıl olmalı, bağlantı nasıl yapılır?

Profibus DP için iki damarlı, bükümlü ve ekranlı A tipi kablo kullanılır ve hat, iki ucunda sonlandırma bulunan doğrusal bir bara olarak kurulur. Eski B tipi kablo yeni tesislerde önerilmez.

A tipi kablo (RS-485)	Değer
Dalga empedansı	135-165 Ω
Birim uzunluk kapasitansı	< 30 pF/m
Döngü direnci	110 Ω/km
İletken çapı	0,64 mm
İletken kesiti	> 0,34 mm²

Konnektör: IP20 kurulumda 9 pinli D-sub, IP65/67 kurulumda M12 yuvarlak konnektör kullanılır. Schneider Electric’in belgesine göre 4 uçlu açık tip klemens 1,5 Mbit/s’ye, D-sub 12 Mbit/s’ye kadar kullanılabilir. D-sub konnektörün zorunlu pinleri:

Pin	Sinyal	Görev
3	RxD/TxD-P	Veri hattı artı (B iletkeni, kırmızı)
5	DGND	Veri toprağı
6	VP	Sonlandırma için +5 V besleme
8	RxD/TxD-N	Veri hattı eksi (A iletkeni, yeşil)

Bir segmentte A ve B iletkenleri hiçbir noktada karıştırılmamalıdır. Ekran, konnektörde geniş bir yüzeyle koruma toprağına bağlanır.

Sonlandırma (terminatör): Sonlandırmanın iki işi vardır: kablonun uçlarında yansımayı önlemek ve hiçbir istasyon göndermezken hatta tanımlı, yaklaşık 1 V’luk bir boşta kalma gerilimi bırakmak. İkinci iş için Profibus DP beslemeli (aktif) sonlandırma kullanır: bu, +5 V’unu konnektörün 6 numaralı pininden alan bir gerilim bölücüdür. Segmentin iki ucu sonlandırılır ve bu iki sonlandırmadan en az birinin her zaman beslemesi bulunmalıdır. Pratikte dikkat edilecek nokta şudur: sonlandırması konnektörde olan uç cihaz sökülünce hat sonlandırılmış kalır, ama o uçtaki besleme kesilir. İşletme sırasında böyle bir durum olabilecekse ayrı beslenen bir sonlandırma modülü tercih edilir.

Segment uzunluğu ve hız: Bir RS-485 segmentinin izin verilen uzunluğu hız arttıkça kısalır.

Hız	Segment başına en büyük kablo uzunluğu
9,6 / 19,2 / 45,45 / 93,75 kbit/s	1.200 m
187,5 kbit/s	1.000 m
500 kbit/s	400 m (Beckhoff) ya da 500 m (Schneider Electric)
1,5 Mbit/s	200 m
3 / 6 / 12 Mbit/s	100 m

500 kbit/s için üretici belgeleri farklı değer verdiği için kullanılan cihazların belgesi esas alınır. Ana hattan cihaza giden dal (stub) hatları 1,5 Mbit/s’ye kadar 6,6 m’den kısa tutulur, 12 Mbit/s’de hiç kullanılmaz.

Tekrarlayıcı (repeater): Tekrarlayıcı sinyali yeniler ve yeni bir segment başlatır. Segmentteki 32 cihaz sınırına tekrarlayıcılar da dahildir: iki tekrarlayıcı bağlı bir segmente en çok 30 cihaz bağlanır. Tekrarlayıcılarla hat yaklaşık 10 km’ye kadar uzatılabilir. Kaç tekrarlayıcı kullanılabileceği üreticiye göre değişir (Beckhoff’a göre en az 3, en çok 10; Schneider Electric’in belgesinde en çok 9); cihaz belgesi esas alınır. Uzun mesafe, toprak potansiyeli farkı ya da güçlü elektromanyetik gürültü olan yerlerde fiber optik iletim kullanılır.

Profibus PA kablosu: MBP A tipi kablo, RS-485 A tipi kabloyla aynı şey değildir: 0,8 mm² kesitli, ekranlı, çok telli iki damarlı bir kablodur. En iyi durumda dallar dahil 1.900 m’ye kadar kullanılabilir; patlama riskli alanlardaki kurulumda bu uzunluk belirgin biçimde kısalır. MBP’de sonlandırma pasiftir (seri bağlı direnç ve kondansatör), yalnız ana hatta uygulanır ve birçok segment kuplöründe hazır bulunur.

Profibus adresleme nasıl yapılır, bir hatta kaç cihaz bağlanır?

Her Profibus istasyonunun ağda tek olan bir adresi vardır; adres bir baytla kodlanır ve 0 ile 127 arasındadır, ama bazı değerler ayrılmıştır:

• 0: Kural olarak programlama cihazı gibi tanılama araçlarına ayrılır.
• 1, 2, 3…: Ana cihazlara en küçük adreslerin verilmesi önerilir; tek ana cihaz 1 adresini alır.
• 126: Adresi veri yolu üzerinden ayarlanabilen cihazların fabrika (teslim) adresidir.
• 127: Tüm cihazlara ya da gruplara gönderilen yayın (broadcast) mesajları içindir, bir istasyona verilemez.

Bir Profibus ağında en çok 126 cihaz bulunabilir; bu sayıya ulaşmak için tekrarlayıcılar gerekir. Tekrarlayıcılar, segment kuplörleri ve fiber optik dönüştürücüler mesajları bir segmentten diğerine olduğu gibi aktardıkları için adres almaz.

Cihazın adresi, modele göre üzerindeki DIP anahtarları ya da döner anahtarlarla veya yazılımla ayarlanır. Aynı adresin iki cihaza verilmesi haberleşmeyi bozar; örneğin CODESYS, yapılandırmadaki yinelenen adresleri denetler.

GSD dosyası nedir?

GSD (General Station Description) dosyası, bir Profibus cihazının temel yeteneklerini, örneğin haberleşme seçeneklerini, desteklediği hızları ve sunduğu tanılama bilgilerini tanımlayan, standart biçimli bir cihaz tanım dosyasıdır. Her cihaz bir GSD dosyasıyla gelir; dosya PI’nin ya da üreticinin web sitesinden de indirilebilir.

Bir cihazı Profibus sistemine tanıtmak için GSD dosyası ana cihazın mühendislik yazılımına yüklenir. Bağımlı cihazla GSD dosyası arasındaki eşleşmeyi PNO’nun her cihaz tipine verdiği kimlik numarası (ident number) sağlar. Yazılım, cihaza özgü kullanıcı parametrelerini ve desteklenen hızları GSD dosyasından okur. GSD dosyası DP-V0, DP-V1 ve DP-V2’nin hepsinde zorunludur; DP-V1’den itibaren EDD ya da FDT/DTM ile mühendislik de seçenektir. Profinet cihazları ise XML tabanlı GSDML dosyasıyla tanımlanır.

Profibus haberleşme nasıl kurulur, sık hatalar nelerdir?

Profibus haberleşmesi için kablolama ve sonlandırma kurala uygun yapılır, her cihaza tek bir adres verilir, cihazların GSD dosyaları mühendislik yazılımına yüklenir ve ana cihazda tüm bağımlı cihazların desteklediği bir hız seçilir. Yapılandırma, döngüsel alışverişte cihazla kaç bayt veri taşınacağını belirler; ana cihaz başlangıçta bunu her bağımlı cihazda kontrol eder. Haberleşme kurulmazsa kablo tipi ve segment uzunluğu, her segmentin yalnız iki ucunda beslemeli sonlandırma, tüm konnektörlerde A ve B sırası ve yinelenen adres kontrol edilir.

Kablo kaynaklı arızalar kabloyla ilgisizmiş gibi görünebilir; Beckhoff’un kurulum belgesi bunun için iki adımlı bir teşhis anlatır:

• Hızı düşürmek: 1,5 Mbit/s’nin üstü kabloya özel gereksinim getirir; uygun olmayan kabloda yansıma ve aşırı zayıflama oluşur. Örneğin bir istasyon, ancak komşusu sökülünce haberleşmeye katılabilir. Hata 93,75 kbit/s’nin altındaki bir hızda kayboluyorsa kablo tipi sorgulanır.
• Bağlantıları gözden geçirmek: Düşük hızda da hata sürüyorsa neden çoğu durumda kablolamadır: bir konnektörde veri hatları yer değiştirmiş ya da sonlandırma kapalı veya yanlış noktada açık olabilir.

Basit direnç ölçümü: Beckhoff’a göre tüm istasyonlardan sökülmüş kabloda A ile B arası kablonun başında ve sonunda yaklaşık 110 Ω, başındaki A ile sonundaki A, başındaki B ile sonundaki B ve iki uçtaki ekran arası yaklaşık 0 Ω ölçülmelidir. Ölçümler doğru olduğu hâlde hata sürüyorsa neden genellikle elektromanyetik girişimdir.

Profinet nedir, Profibus ile farkı nedir?

Profinet (Process Field Network), PI’nin endüstriyel Ethernet üzerinde çalışan haberleşme standardıdır: Profibus gibi kontrolör ile saha cihazları arasındaki veri alışverişini, parametre ayarını ve tanılamayı tanımlar, ama veriyi RS-485 yerine Ethernet üzerinden taşır. Kontrolöre (PLC, dağıtık kontrol sistemi ya da endüstriyel PC) IO-Controller, saha cihazlarına IO-Device denir. Standart IEC 61158 ve IEC 61784-2’de tanımlıdır.

Profinet haberleşme: Cihaz bağlantısı için IEEE 802.3’e göre tam çift yönlü 100 Mbit/s iletim önerilir. RT (gerçek zamanlı) protokolü 1-10 ms, IRT protokolü 1 ms’nin altında çevrim süresi sağlar; aynı ağda paralel TCP/IP haberleşmesi de yapılabilir.

Profinet kablosu ve soketi: PI North America’ya göre en yaygın Profinet bakır kablosu 4 damarlı, ekranlı ve yeşil renkli kablodur ve 100 Mbit/s hızı 100 m mesafede taşır. Daha uzun mesafe için her 100 m’de bir anahtar (switch) gibi bir düğüm konur ya da fiber optik kablo kullanılır. Soket ve konnektör örneği olarak Phoenix Contact’ın kataloğunda 100 Mbit/s Profinet için 4 kutuplu, IP20 sınıfı RJ45 konnektörler ve 4 kutuplu, D kodlu M12 konnektörler bulunur; aynı katalogda 1 Gbit/s için 8 kutuplu RJ45 konnektörler de vardır.

Özellik	Profibus	Profinet
Ağ	Seri saha veri yolu: RS-485, MBP ya da fiber optik	Ethernet (IEEE 802.3)
Hız	DP: 9,6 kbit/s-12 Mbit/s; PA: 31,25 kbit/s	Tipik 100 Mbit/s; 8 damarlı kablo ve konnektörlerle 1 Gbit/s de var
Bakır segment	DP: hıza göre 100-1.200 m	100 m
Cihaz rolleri	Ana cihaz ve bağımlı cihaz	IO-Controller ve IO-Device
Cihaz tanım dosyası	GSD	GSDML (XML)

Mevcut bir Profibus hattı Profinet sistemine bir IO-Proxy (alt veri yolunu temsil eden cihaz) üzerinden bağlanabilir. Profinet’in çalışma biçimi, kablosu, soketi ve ağ yapısı Profinet nedir rehberinde ayrıntılı anlatılır.

Profibus ile Modbus arasındaki fark nedir?

Modbus RTU hattında tek bir istemci sunuculara tek tek istek gönderir ve her sunucu yalnız kendisine gelen isteğe cevap verir; Profibus DP’de ise ana cihaz yapılandırdığı bağımlı cihazlarla her döngüde veri alışverişi yapar ve aynı kabloda jetonla söz alan birden fazla ana cihaz bulunabilir. İkisi de RS-485 üzerinde çalışabilir; fark mesaj biçiminde ve erişim yöntemindedir. Modbus RTU’da sunucu adresleri 1-247, Profibus’ta 0-127 arasındadır. Modbus’ın çalışma biçimi, türleri ve RS-485 bağlantısı Modbus nedir rehberinde anlatılır.

Profibus’ın 4-20 mA ve HART ile ilişkisi nedir?

4-20 mA döngüsünde her transmitter kendi kablo çiftinden tek bir ölçüm değerini akımın büyüklüğüyle taşır; Profibus PA’da ise aynı iki telli segmente bağlı birden çok cihaz hem beslemesini alır hem ölçüm değerlerini ve cihaz bilgilerini sayısal olarak gönderir. 2 telli 4-20 mA transmitterinde akımın değeri ölçümün kendisidir; PA cihazında taban akım sabittir ve veri bu akımın modülasyonuyla taşınır. Akım döngüsü 4-20 mA nedir rehberinde anlatılır.

HART da dijital veriyi 4-20 mA akımının üzerine bindirir; PI, HART cihazlarının Profibus sistemine entegrasyonu için HART on PROFIBUS adlı bir uygulama profili tanımlar. Çıkış ve haberleşme seçeneklerine genel bakış transmitter nedir rehberindedir. HART’ın kendisi HART protokolü nedir rehberinde anlatılır.

Befa Proses’in hangi cihazlarında Profibus seçeneği var?

Befa Proses ürünlerinden Profibus seçeneği olan model Smart Basınç Transmitteri T2906-G modelidir: 2 telli 4-20 mA analog çıkış ve HART dijital haberleşmenin yanında Modbus, Profibus PA ve Foundation Fieldbus seçenek olarak verilir. Debimetre ve seviye sensörü gruplarımızdaki modellerde Profibus seçeneği yoktur.

HART, Modbus (RS-485) ve Profibus seçenekleri sipariş seçeneğidir ve modele göre seçilir; bu yüzden teklif isterken cihazın bağlanacağı sistemin hangi haberleşmeyi kullandığı belirtilmelidir. Firmamızın müşterilerinde ise veri en çok 4-20 mA analog çıkışla PLC ya da SCADA’ya ve RS-485 hattı üzerinden Modbus RTU ile aktarılıyor. Diğer modeller ve haberleşme seçenekleri basınç transmitteri ve debimetre sayfalarında listelenir.

Cihazın montajını ve montajın ardından cihazın çalıştırılıp ilk ayarlarının yapılmasıyla devreye alınmasını sahada üstlenebiliyoruz; ayrıntılar hizmetlerimiz sayfasındadır.