Autor: Mr Nenad Čebašek dipl.ing

Kontakt: meris@infosky.net

PROFIBUS PA 
Novi vid komunikacije u procesnoj industry

Još od samih početaka razvoja industrijske proizvodnje bila je prisutna automatizacija procesa sa ciljem da se ista racionalizuje i postane što efektivnija.

Instrumentacija u polju tj. merni uređaji su uvek imali veliku ulogu u ostvarivanju gore pomenutog cilja. Tokom decenija, razvijali su se novi instrumenti i nove tehnike upravljanja, tako da smo od mehaničkih, danas došli do potpuno digitalnih davača i digitalnog upravljanja.

Međutim, danas je u najvećoj meri, u procesnoj industriji, zastupljen analogni signal 4-20 mA kao signal koji služi kao komunikacija između instrumenata u polju i upravljačkih jedinica (kontrolera). Nasuprot tome, sve više počinje da biva prisutan i digitalni prenos signala odnosno digitalna veza uređaja i upravljačkih sistema. Upravo takva veza se zove fieldbus. Fieldbus je, ustvari jedan električni sistem za prenos, transport informacija i sastoji se od dva osnovna elementa: 
1. fizički medijum za transport (RS-232, TTY, RS-485, IEC 1158-2) i 
2. protokol ili jezik.
Nažalost, još uvek ne postoji međunarodni fieldbus standard koji bi zamenio konvencionalnih 4-20 mA, a to i dalje ostavlja korisnike merne opreme neodlučne za koji standard da se odluče prilikom instalacije uređaja u polju. Danas postoji više od 115 fieldbus sistema koji teže da postanu standardni: MODBUS (AEG, SAD), FIP (Factory Instrumentation Protocol, francuski), P-NET (Process ork), CAN (Controller Area Net-Network), FAIS (Factory Automation Interconnection System, japanski), Bitbus (razvijen od strane INTEL-a), LON (Local Operating Network), MIL-STD 1553 (Military standard, SAD) itd. i PROFIBUS (Process Field Bus).

PROFIBUS

Grupe korisnika PROFIBUS-a osnovane su u preko 20 zemalja na svim kontinentima sa preko 690 članova i 1200 proizvoda. Marta 1996. godine PROFIBUS je postao evropski fieldbus standard EN 50 170 i taj standard je prvi međunarodni fieldbus standard ikad ustanovljen!

EN 50 170 se sastoji iz 3 dela:

1. EN 50 170 - 1 Þ FIP (Francuska)
2. EN 50 170 - 2 Þ PROFIBUS (Nemačka)
3. EN 50 170 - 3 Þ P-NET (Danska)
PROFIBUS se sastoji od 3 kompatibilne varijacije:

PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message System) su razvili Siemens, Klöckner-Möller, Bosch i ABB. To je univerzalno rešenje za automatizaciju uopšte. Nudi mogućnost komunikacije između inteligentnih uređaja kao što su PLC-ovi i personalni računari. Fizički nosilac informacija je RS-485, a brzina prenosa je 9600 Bit/s do 500 kBit/s.

PROFIBUS-DP (Decentralised Periphery Profile) je razvio Siemens i to specijalno za automatizaciju fabrika. Vrlo je brz, vrlo efikasan, lak za upotrebu i omogućava realizaciju plug-and-play sistema. Fizički nosilac informacija je, takođe RS-485, a brzina prenosa informacija je 1.5 Mbit/s do 12 Mbit/s.

PROFIBUS PA (Process automation) je profil koji je razvio Siemens, a specijalno za povezivanje aktuatora i senzora u polju sa upravljačkim sistemima. Osim prenosa signala, Profibus PA i napaja senzore i aktuatore u polju, a može da se koristi i u eksplozivnim sredinama.

PROFIBUS PA

Razvojem tehnologije, pojavom mikroelektronike i mikroprocesora sve više su dolazile do izražaja prednosti digitalne komunikacije. Naime, klasični signal 4-20 mA (od senzora do upravljačkih sistema) ima nepotrebne digitalno/analogne (D/A) konverzije signala. Signal izmerene veličine pretvara se u digitalni, da bi se obradio. Zatim se taj digitalni signal ponovo pretvara u analogni (4-20 mA) i konačno se ta analogna veličina konvertuje u digitalnu i kao takva se obrađuje u PLC-u ili PC-u, PROFIBUS PA ima samo jednu A/D konverziju i to konverziju analogne izmerene veličine u digitalnu. Takav digitalni signal se putem fieldbusa prenosi do PLC-a ili PC-a. Znači, nema nepotrebne D/A konverzije, u signal 4-20 mA, i još jedne A/D konverzije, zbog signala koji treba da obradi upravljački sistem.

Slika 1. Šema povezivanja senzora u polju preko PROFIBUS-a PA i PROFIBUS-a DP sa upravljačkim sistemom

Čist digitalni prenos informacija je mnogo jednostavniji od analognog, ekonomičniji, poseduje veći stepen imuniteta od interference, a pristup veličinama koje se mere je brži. Povezivanje senzora sa upravljačkim sistemom, koji imaju klasični signal 4-20 mA, je znatno skuplji u odnosu na digitalnu kominikaciju. Analogni prenos signala zahteva posebnu vezu za svaku merenu veličinu, (jedan dvožilni širmovan kabl) dok je kod digitalnog prenosa signala slučaj da samo kroz jednu vezu (jedan dvožilni širmovan kabl) može da se prenese veliki broj izmerenih veličina. To donosi veliku uštedu prilikom povezivanja velikog broja senzora sa upravljačkim sistemom (slika 2). Šema povezivanja senzora u polju preko PROFIBUS-a PA i PROFIBUS-a DP sa upravljačkim sistemom prikazana je na slici 1.

Važan deo u ostvarivanju digitalne komunikacije je tzv. segment kapler (coupler) koji ima trojaku funkciju: • služi kao interfejs između PROFIBUS-a PA i  PROFIBUS-a DP, • komunicira sa svakim od max. 32 senzora i • napaja te iste senzore u polju. Drugim rečima, da bi se max. 32 senzora povezala u komunikaciju sa upravljačkim sistemom, neophodan je jedan segment kapler i jedna dvožična veza (dvožilni kabal). Ako se senzori nalaze u eksplozivnoj sredini max. broj istih se redukuje na 10. U tom slučaju, menja se i segment kapler koji može da bude tipa A, B i C u zavisnosti od toga da li je sredina eksplozivna (EEx ia/ib IIC ili EEx ib IIB) ili ne eksplozivna. Fizički nosilac informacija kod PROFIBUS-a PA je IEC 1158-2 (takođe i u oznaci H1). IEC 1158-2 je baziran na sinhronizovanom Mančester bi-faznom prenosu, brzinom od 31.25 kBit/s (Slika 3)

Slika 2. Šema povezivanja senzora u polju signalom 4-20 mA i digitalnom komunikacijom

Analogni i dogotalni prenos	Slika 2. Mančester bi-fazni prenos

PROFIBUS PA SENZORI

Endress+Hauser je do danas razvio veliki broj senzora sa komunikacijom PROFIBUS PA i to:
Cerabar S (merenje pritiska)
Deltabar S (merenje diferencijalnog pritiska)
Deltapilot S (hidrostatičko merenje nivoa)
Mycom II i Mypro (merenje pH/redox i provodnosti)
Promag 33, Promag 35 (elektromagne- tno merenje protoka)
Promass 63 (koriolisovo merenje masenog protoka)
Prowirl 77 (vrtložno, vortex, merenje protoka)
Prosonic T (ultrazvučno merenje nivoa)
Omnigrad TMD 834 (transmiter za temperaturu, u glavi)

PRIMENE PROFIBUS-a PA

Prva implementacija PROFIBUS-a PA u svetu bila je u Nemačkoj, 2.1.1997. godine. Bio je to projekat za pivaru Bitburger. Ukupno je instalirano: 2 Siemens Simatic-a S5, 12 PROFIBUS DP interfejs kartica, 20 segment kaplera, 357 transmitera, 540 solenoid ventila i 48 upravljačkih ventila (slike 4 i 5). Od 357 transmitera, Endress+Hauser-ovi su:
• 10 Promag 33
• 120 Deltapilot S
• 4 Mycom II
• 96 Omnigrad TMD 834
• 48 Cerabar S
• 60 Liquiphant

Slika 4. Prva implemetacija PROFIBUS-a PA u svetu - projekat za pivaru Bitburger u Nemačkoj. I faza

Do danas je, širom sveta instalirano viže od 1.000.000 uređaja sa PROFIBUS PA komunikacijom u preko 150.000 aplikacija i to u 24 različite zemlje: Austrija, Belgija, Danska, Engleska, Francuska, Finska, Nemačka, Italija, Holandija, Norveška, Poljska, Švedska, Švajcarska, Argentina, Australija, Brazil, Kanada, Meksiko, Indonezija, Malezija, Singapur, Južna Afrika, Tajland, SAD. 

Slika 5. Prva implemetacija PROFIBUS-a PA u svetu - projekat za pivaru Bitburger u Nemačkoj. II faza

U pomenutim zemljama se među korisnicima PROFIBUS-a PA pojavljuju i zaista velike, svetske firme kao što su: Krems Chemie (Nemačka), Colgate i Gillete (Engleska), Bayer (Nemačka, Francuska, Italija, Argentina, Meksiko), Nokia (Finska), BASF, Shell, PTB (Nemačka), Heineken (Italija), Nestle (Indonezija, SAD), Guiness beer (Malezija) itd. U nažoj zemlji prva Profibus PA aplikacija urađena je u FAM-u, Kruževac u toku ove godine. U prvoj fazi instalirano je 19 Endress+Hauser-ovih transmitera:
• 7 merenja masenog protoka, Promass 63M
• 12 ultrazvučnih menernja nivoa, Prosonic T FMU232

Očigledno, PROFIBUS PA postaje sve prisutniji na svetskom polju digitalne komunikacije i ima osnova da postane svetski standard. x