Profibus SSS
PROFIBUS, PLC, uzak I/O, motor sürücüsü, sensör, aktüatör ve proses cihazları arasında deterministik veri alışverişi sağlamak için geliştirilmiş bir endüstriyel fieldbus haberleşme sistemidir. Uzun yıllardır fabrika ve proses otomasyonunda kullanılan PROFIBUS ailesinin en önemli iki uygulaması PROFIBUS DP ve PROFIBUS PA'dır.
En basit haliyle: PROFIBUS, bir PLC'nin fabrikadaki birçok farklı cihaza tek tek ayrı haberleşme kabloları çekmek yerine ortak bir veri yolu üzerinden düzenli şekilde veri gönderip almasını sağlar. PLC hangi cihazla konuşacağını bilir, cihazlar kendi giriş, çıkış, ölçüm ve durum bilgilerini bu ağ üzerinden paylaşır.
PROFIBUS ne anlama gelir?
PROFIBUS adı Process Field Bus ifadesinden gelir. Ancak burada önemli bir ayrım vardır: PROFIBUS PA'daki “PA”, Process Automation yani Proses Otomasyonu anlamındadır. “Process Field Bus PA” şeklinde ayrı bir protokol adı yoktur.
PROFIBUS, tek bir kablo veya yalnızca bir seri haberleşme biçiminden ibaret değildir. İletişim protokolü, fiziksel iletim teknolojileri, cihaz profilleri, konfigürasyon dosyaları ve teşhis mekanizmaları birlikte bir endüstriyel haberleşme sistemi oluşturur.
PROFIBUS DP nedir?
PROFIBUS DP, özellikle hızlı çevrimsel veri alışverişine ihtiyaç duyulan fabrika ve makine otomasyonu uygulamalarında kullanılır. DP, Decentralized Peripherals yani dağıtılmış çevre birimleri yaklaşımını ifade eder. Bir PLC veya başka bir DP master; uzak I/O modülleri, sürücüler, valf adaları, tartım cihazları ve benzeri saha ekipmanlarıyla haberleşebilir.
PROFIBUS DP'nin bakır kablolu en yaygın fiziksel katmanı RS-485'tir. PI teknik dokümantasyonuna göre tanımlı veri hızları 9,6 kbit/s ile 12 Mbit/s arasındadır. Haberleşme hızı yükseldikçe bir segmentte izin verilen kablo uzunluğu azalır.
Tip A PROFIBUS kablosu için yaygın tasarım değerleri; 9,6–93,75 kbit/s hızlarında yaklaşık 1200 metre, 187,5 kbit/s'de 1000 metre, 500 kbit/s'de 400 metre, 1,5 Mbit/s'de 200 metre ve 3–12 Mbit/s aralığında 100 metre segment uzunluğudur. Bunlar uygun PROFIBUS kablosu ve doğru topoloji için segment değerleridir; repeater kullanılması ağın segmentlere bölünmesini sağlayabilir.
PROFIBUS PA nedir?
PROFIBUS PA, özellikle proses otomasyonu için geliştirilmiştir. Basınç, sıcaklık, seviye ve akış transmitterleri ile vana pozisyonerleri gibi saha cihazlarının haberleşmesinde kullanılır. PA tarafında yaygın fiziksel iletim teknolojisi MBP — Manchester Coded Bus Powered yapısıdır.
PROFIBUS PA MBP, 31,25 kbit/s sabit veri hızında çalışır. En önemli özelliklerinden biri, uygun saha cihazlarında haberleşme verisi ile cihaz beslemesinin aynı iki iletken üzerinden taşınabilmesidir. Bu yapı özellikle proses tesislerindeki sensör ve transmitter uygulamalarında önemli kablolama avantajı sağlar.
PROFIBUS PA uygun bariyer, segment coupler, güç kaynağı ve onaylı saha ekipmanlarıyla tehlikeli alan uygulamalarında da kullanılabilir. Ancak “PA kablosu kullanıldıysa sistem otomatik olarak patlayıcı ortam için güvenlidir” şeklinde bir sonuç çıkarılamaz. Ex sınıflandırması, kullanılacak cihazlar, bariyerler ve tesis tasarımı ayrıca değerlendirilmelidir.
PROFIBUS DP ile PROFIBUS PA arasındaki fark nedir?
DP daha yüksek haberleşme hızlarının gerekli olduğu makine, fabrika ve dağıtılmış I/O uygulamalarına yöneliktir. PA ise proses ölçüm ve kontrol cihazlarına, düşük veri hızına, saha cihazlarının bus üzerinden beslenebilmesine ve uygun tasarımla tehlikeli alan uygulamalarına odaklanır.
Bir tesiste DP ve PA birbirinden tamamen bağımsız olmak zorunda değildir. DP/PA segment coupler veya link kullanılarak yüksek hızlı PROFIBUS DP omurgası ile PROFIBUS PA saha segmentleri birbirine bağlanabilir. Bu cihazlar yalnız konnektör dönüştürmez; fiziksel iletim yapısı ve gerekli besleme özellikleri arasında da arayüz oluştururlar.
PROFIBUS haberleşmesi nasıl çalışır?
PROFIBUS DP sisteminde kontrolü başlatabilen istasyonlar aktif istasyonlar veya master, master tarafından sorgulanan saha cihazları ise klasik terminolojide slave olarak adlandırılır. Güncel otomasyon terminolojisinde controller/device gibi ifadelerle de karşılaşılabilir, ancak eski PROFIBUS cihaz dokümanlarında master/slave terimleri çok yaygındır.
Tek master bulunan tipik bir makinede PLC, bağlı saha cihazlarıyla belirlenmiş çevrim içerisinde veri alışverişi yapar. Birden fazla master bulunan PROFIBUS ağında ise aktif istasyonların bus erişim hakkı token passing yöntemiyle master'lar arasında aktarılır. Master ile saha cihazları arasındaki veri alışverişi ise master-slave prensibiyle yürütülür.
Bu yapı sayesinde proses girişleri, çıkış komutları ve cihaz durum bilgileri düzenli çevrimlerle taşınabilir. Parametreleme, ayrıntılı teşhis veya bakım verileri gibi bilgiler ise desteklenen PROFIBUS DP fonksiyonlarına göre çevrim dışı acyclic iletişimle aktarılabilir.
DP-V0, DP-V1 ve DP-V2 nedir?
DP-V0, PROFIBUS DP'nin temel çevrimsel I/O haberleşmesi ve cihaz teşhis fonksiyonlarını içerir. DP-V1, bunlara çevrim dışı veri erişimi ve alarm işlevleri gibi gelişmiş fonksiyonlar ekler. DP-V2 ise zaman senkronizasyonu ve zaman damgalama gibi daha gelişmiş deterministik otomasyon fonksiyonlarını destekleyen özellikler içerir.
Bir cihazın “PROFIBUS DP” desteklemesi, bütün DP-V0/V1/V2 fonksiyonlarının eksiksiz olarak bulunduğu anlamına gelmez. Hangi servislerin desteklendiği cihaz dokümanından ve konfigürasyon bilgilerinden kontrol edilmelidir.
PROFIBUS GSD dosyası nedir?
GSD dosyası, bir PROFIBUS cihazının haberleşme açısından temel özelliklerini mühendislik yazılımına tanıtan standart cihaz tanımlama dosyasıdır. Desteklenen haberleşme hızları, I/O veri uzunlukları, modül yapısı ve teşhis özellikleri gibi bilgiler GSD içerisinde tanımlanabilir.
Örneğin bir PLC projesine yeni bir PROFIBUS uzak I/O veya motor sürücüsü eklendiğinde mühendislik yazılımı ilgili cihazın GSD dosyasına ihtiyaç duyabilir. GSD'nin bulunması cihazların otomatik olarak haberleşeceği anlamına gelmez; doğru cihaz adresi, modül konfigürasyonu ve I/O eşlemesi de yapılmalıdır.
PROFIBUS kablolaması nasıl yapılmalıdır?
RS-485 tabanlı PROFIBUS DP segmentinde tercih edilen fiziksel yapı lineer bus yapısıdır. Kablo ilk istasyondan başlayarak cihazlardan geçer ve son istasyonda biter. Kontrolsüz yıldız bağlantılar ve uzun yan dallar özellikle yüksek haberleşme hızlarında sinyal yansımalarını artırabilir.
PROFIBUS DP için uygun karakteristik empedansa sahip PROFIBUS Tip A kablo kullanılmalıdır. Kablonun motor güç hatları, kontaktör kabloları ve PWM üreten sürücü çıkışlarıyla uzun mesafeler boyunca yan yana taşınması EMC sorunlarını artırabilir.
Kablo ekranının doğru bağlanması da önemlidir. PROFIBUS'un diferansiyel haberleşme kullanması kötü ekranlama, hatalı potansiyel dengeleme veya ciddi elektromanyetik girişimlerin önemsiz olduğu anlamına gelmez.
PROFIBUS terminasyonu nasıl yapılır?
RS-485 tabanlı PROFIBUS DP segmentinin iki fiziksel ucunda terminasyon bulunmalıdır. PROFIBUS RS-485 terminasyonu sıradan bir A-B arasına bağlanan tek dirençten ibaret değildir. Standart PROFIBUS terminasyon ağı tipik olarak 390 Ω – 220 Ω – 390 Ω direnç yapısını ve besleme referanslarını kullanır.
Birçok PROFIBUS D-sub konnektöründe terminasyonu devreye alan bir anahtar bulunur. Burada sahada çok önemli bir ayrıntı vardır: aktif PROFIBUS terminasyonunun beslenmesi gerekir. Segmentin en ucundaki cihaz kapatıldığında terminasyon da enerjisiz kalıyorsa ağın geri kalanında haberleşme problemi oluşabilir. Böyle uygulamalarda bağımsız aktif bus terminatörü kullanılabilir.
Ara cihazların terminasyonları açık bırakılırsa bus fiziksel olarak parçalara ayrılmış gibi davranabilir. Bu nedenle bakım sonrası “terminasyon anahtarı yanlışlıkla ON konumunda kalmış” problemi PROFIBUS arızalarında kontrol edilmesi gereken ilk noktalardan biridir.
PROFIBUS ağında kaç cihaz kullanılabilir?
RS-485 tabanlı klasik PROFIBUS DP segmentinde elektriksel olarak 32 node sınırı temel tasarım değeridir; master ve saha cihazları bu sayıya dahildir. Daha büyük ağlar repeater kullanılarak birden fazla segmente ayrılabilir. Bunun yanında cihaz adresleme sınırları ve kullanılan master donanımının kapasitesi ayrıca dikkate alınmalıdır.
PROFIBUS PA segmentinde teorik ve elektriksel sınırlar dışında saha cihazlarının çektiği akım, güç kaynağı, intrinsically safe tasarım koşulları, trunk/spur uzunlukları ve kullanılan coupler veya barrier özellikleri gerçek cihaz sayısını belirleyebilir. Bu nedenle “PA hattına kesin 32 cihaz takılır” şeklinde kör bir tasarım yapılmamalıdır.
PROFIBUS ile PROFINET aynı şey midir?
Hayır. PROFIBUS klasik fieldbus teknolojisidir; PROFINET ise endüstriyel Ethernet tabanlı ayrı bir haberleşme teknolojisidir. Aynı otomasyon ekosisteminde kullanılmaları ve PI tarafından desteklenmeleri, ikisinin aynı protokol olduğu anlamına gelmez.
PROFINET standart Ethernet fiziksel altyapısından yararlanabilir ve daha yüksek bant genişliği, Ethernet topolojileri, kapsamlı teşhis ve modern otomasyon mimarileri için farklı imkânlar sağlar. PROFIBUS ise RS-485 veya PA/MBP gibi kendi fieldbus fiziksel yapılarıyla çalışır. Konuyu ayrıntılı karşılaştırmak için PROFIBUS ve PROFINET arasındaki farklar sayfası incelenebilir.
Bir tesiste PROFINET bulunması mevcut PROFIBUS cihazlarının mutlaka sökülmesi gerektiği anlamına da gelmez. Gateway, proxy ve uygun haberleşme çözümleriyle mevcut PROFIBUS segmentleri daha üst seviyedeki Ethernet tabanlı otomasyon mimarilerine entegre edilebilir.
PROFIBUS ile Ethernet arasındaki fark nedir?
PROFIBUS DP, saha cihazlarının deterministik ve düzenli şekilde veri alışverişine odaklanan klasik bir bus sistemidir. Ethernet ise çok daha geniş bir ağ teknolojisi ailesinin fiziksel ve veri bağlantı temelini oluşturur. PROFINET, EtherNet/IP ve Modbus TCP gibi endüstriyel protokoller Ethernet altyapısını farklı biçimlerde kullanırlar.
Dolayısıyla “PROFIBUS mu Ethernet mi?” sorusu tek başına yeterli değildir. Sistemdeki mevcut cihazlar, gereken çevrim zamanı, ağ topolojisi, teşhis ihtiyacı, veri miktarı, tesis altyapısı ve gelecekteki genişleme gereksinimleri birlikte değerlendirilmelidir.
PROFIBUS nerelerde kullanılır?
PROFIBUS DP; üretim makineleri, konveyör sistemleri, paketleme makineleri, motor kontrol merkezleri, uzak I/O sistemleri ve endüstriyel otomasyon tesislerinde yaygın olarak kullanılmıştır. PROFIBUS destekli VFD ve servo sürücülerde hız referansı, kontrol kelimesi, durum kelimesi, proses verileri ve teşhis bilgileri ağ üzerinden taşınabilir.
PROFIBUS PA ise kimya, petrokimya, enerji, su arıtma, ilaç ve diğer proses endüstrilerinde transmitter, analizör ve vana pozisyonerleri gibi saha ekipmanlarının kontrol sistemine bağlanmasında kullanılır. Bir SCADA veya DCS sistemine ulaşan proses değerlerinin saha tarafındaki kaynağı bir PROFIBUS PA segmenti olabilir.
PROFIBUS neden haberleşmez?
PROFIBUS arızalarının önemli bir bölümü yazılımdan önce fiziksel katmanda bulunur. Yanlış veya eksik terminasyon, kırık A/B iletkeni, gevşek konnektör, uzun spur bağlantısı, yanlış kablo, ekranlama problemi, yüksek elektromanyetik gürültü veya segment uzunluğuna göre fazla yüksek baud rate haberleşmeyi bozabilir.
Fiziksel hat doğruysa cihaz adresi, GSD dosyası, konfigürasyon, modül yapısı ve I/O uzunlukları kontrol edilmelidir. PLC projesinde tanımlanan modül yapısı gerçek cihaz konfigürasyonuyla uyuşmuyorsa fiziksel haberleşme oluşsa bile cihaz konfigürasyon hatası verebilir.
Bir HMI, PLC veya bakım bilgisayarında yalnız “cihaz görünmüyor” mesajına bakmak çoğu zaman yeterli değildir. Master diagnostikleri, cihaz LED'leri, PLC teşhis tamponu ve gerektiğinde PROFIBUS bus analizörü birlikte değerlendirilmelidir.
Sahada PROFIBUS kontrol sırası
1. Master ve saha cihazlarında aynı baud rate veya desteklenen otomatik hız algılama koşulları mevcut mu?
2. Cihaz adresleri doğru ve birbirinden farklı mı?
3. İlk ve son istasyonda terminasyon açık, ara istasyonlarda kapalı mı?
4. Sonlandırmayı besleyen uç cihaz kapatıldığında terminasyon enerjisiz kalıyor mu?
5. PROFIBUS A ve B iletkenleri doğru terminallere bağlı mı?
6. Kablo ekranı ve eşpotansiyel bağlantılar üreticinin EMC talimatlarına uygun mu?
7. Kullanılan baud rate için segment uzunluğu ve spur yapısı uygun mu?
8. PLC projesindeki GSD, modül sırası ve I/O veri uzunluğu gerçek cihazla eşleşiyor mu?
PROFIBUS bugün hâlâ kullanılabilir mi?
PROFIBUS, özellikle mevcut üretim tesislerinde çok büyük bir kurulu cihaz tabanına sahip saha haberleşme teknolojilerinden biridir. Çalışan bir sistemde protokolün yaşından çok yedek parça bulunabilirliği, cihaz desteği, prosesin ihtiyaçları, bakım yetkinliği ve modernizasyon planı önemlidir.
Yeni veya genişletilen Ethernet tabanlı otomasyon sistemlerinde PROFINET gibi teknolojiler tercih edilebilirken mevcut PROFIBUS segmentleri yıllarca çalışmaya devam edebilir. Modernizasyon kararı yalnız “yeni protokol daha hızlıdır” yaklaşımıyla verilmemeli; üretim duruşu, saha kablolaması, mevcut sürücüler, uzak I/O'lar, PLC sistemi ve bakım maliyeti birlikte değerlendirilmelidir.
İlgili Endüstriyel Haberleşme Rehberleri
Endüstriyel Haberleşme · PROFIBUS ve PROFINET · Ethernet Nedir?
İlgili Otomasyon Sayfaları
PLC · HMI Panel · SCADA · Hız Kontrol Cihazları · Sensörler