Tutoriel : PROFIBUS
Organisation
PROFIBUS and PROFINET International : www.profibus.com
Asssociation France PROFIBUS PROFINET : www.profibus.fr
France PROFIBUS/PROFINET est un groupement d’entreprises et de structures de recherche et/ou d’enseignement, formées en association.
- Fabricants et distributeurs de produits et services liés aux technologies PROFINET, PROFIBUS et IO-link
- Offreurs de solutions de mesures, soudage, pesage, enregistrement de données, automatisme, capteurs, actionneurs, robotique, d’ingénierie ou de formation – basées sur ces technologies
- Laboratoires de recherche,
- Universités et écoles.
Son objectif : promouvoir les technologies PROFIBUS et PROFINET et IO-Link ainsi que les solutions mises en œuvre par ses membres, en France et dans les régions francophones.
L'association internationale compte plus de 1400 membres répartis au sein de 27 organisations régionales. Il existe également 43 centres de compétences (PICC) et 27 centres de formation (PITC) répartis dans le monde.
Normes et standards
PROFIBUS est un réseau normalisé au niveau international. EN50170/IEC 61158
Historique
- 1989: Fondation de l'association PNO* en Allemagne avec 10 membres
- 1991 : PNO compte 100 membres
- 1993 : Création de l'association France PROFIBUS
- 1995 : Création de l'association PROFIBUS InternationalPROFIBUS devient une norme européenne EN50170 Part2
- 1997 : 1 million de noeuds PROFIBUS vendusPremières applications PROFIBUS PA en processPublication du profil ProfiDrive
- 1999 : Présentation de la première version de ProfiSafe
- 2003 : 10 millions de noeuds PROFIBUS vendusDPV2 est intégré dans les normes IEC 61158/IEC61784Implantation d'un centre de compétences pour le France : AGILiCOM
- 2015 : 50 millions de noeuds PROFIBUS vendus dans le mondeLeader mondial sur le marché européen
- 2021 : 64,4 millions de noeuds PROFIBUS
Marché de PROFIBUS DP
En 2023, PROFIBUS est actuellement le plus important des réseaux de terrain et la base installée dépasse les 60 millions de noeuds.
Domaines d'utilisation de PROFIBUS DP
Manufacturier, process, intralogistique, motion control, sécurité machine
Introduction
PROFIBUS permet de connecter l’ensemble de la périphérie à un contrôleur central. Les principaux avantages sont les gains de câblage, la souplesse et la flexibilité dans les architectures sans oublier l’exploitation de l’intelligence embarquée dans les équipements de terrain.
Grâce à ses différents profils, PROFIBUS permet de répondre de façon efficace à l’ensemble des besoins des installations automatisées. Cela explique la présence de PROFIBUS dans l’ensemble de l’industrie : de l’automobile aux cimenteries en passant par l’agroalimentaire ou le traitement d’eau.
- PROFIBUS DP répond aux besoins généraux d’automatisation
- PROFISafe intègre les aspects sécurité
- PROFIDrive prend en compte les exigences particulières du Motion Control
- PROFIBUS PA est destiné au raccordement des capteurs & actionneurs dans les process continus ou batch.
Ces profils fonctionnent tous suivant le même protocole, ils ne constituent pas à eux seuls une solution de communication mais complètent le standard pour faciliter et garantir l’interopérabilité de stations dédiées à des applications spécifiques et ce, quel qu’en soit le constructeur.
Principales caractéristiques techniques
Couche physique
- Le support de communication standard est la RS485.
- Pour les applications en zone dangereuse on dispose également d’une version en sécurité intrinsèque RS485-IS.
- La fibre optique est couramment employée pour augmenter la distance ou s’affranchir de problèmes CEM.
- Pour le process le profil PROFIBUS PA définit une transmission de type MBP (Manchester Bus Powered).
- Débit: 9600 baud - 12 Mbaud.
- Nombre de stations/segment : 32.
Déploiement du réseau
PROFIBUS est un réseau robuste qui assure une transmission fiable et de qualité, si l’on respecte les règles d’installation préconisées. Les grands principes de câblage pour un réseau en RS 485 sont :
- Respect de la topologie bus. Les dérivations sont tolérés mais de manière très restrictives en fonction de la vitesse choisie, elles sont interdites si le débit >1,5Mbds
- Terminaisons de ligne présentes à chaque extrémité du segment
- Respect des longueurs en fonction de la vitesse
- Respect des longueurs en fonction de la vitesse
- Utiliser un répéteur pour accroitre la distance de câblage d'un réseau, le nombre de stations, créer des dérivations ou segmenter le réseau
- Utilisation de câble PROFIBUS spécifique et de la connectique standardisée
- Veiller à la ségrégation des câbles et aux règles de mise à la masse du blindage
- Documenter correctement l'installation (type de stations, longueur de câble, adresses, localisation ...)
- Il est conseillé de réceptionner le réseau au même titre qu'une machine afin d'être sûr que les règles de l'art ont été respectées et que l'utilisation sera pérenne.
- La formation Certified PROFIBUS Installer est un excellent moyen d'acquérir les bonnes pratiques et la compétence dans ce domaine.
Méthode d'accès
L’accès aux données se fait suivant le principe maître/esclave. Plusieurs maitres peuvent se partager le réseau. Un jeton (Token) permet de réguler le trafic entre les différents participants;
Il existe 2 catégories de maîtres : Maitre de classe 1 et Maître de classe 2
- Maitre de classe 1 : il s’agit du contrôleur du procédé, en général un automate ou un SNCC mais cela peut également être un PC. Il échange en permanence les données d’entrée et sortie avec les esclaves selon un cycle prédéterminé
- Maître de classe 2 : il s’agit d’un outil sur PC qui permet les opérations de configuration et de maintenance des esclaves PROFIBUS. Les échanges de données ne se font pas de manière régulière mais en fonction des besoins, c’est une communication acyclique qui ne perturbe pas les échange cyclique du maître de classe 1.
Remarques concernant les Maîtres PROFIBUS :
- Un maître de classe 1 est obligatoire dans une architecture PROFIBUS
- Un maître de classe 2 quand à lui, n’est pas indispensable. De fait, dans la plupart des installations il est inexistant. Il n’est pertinent que si les esclaves supportent les échanges acycliques suivant DP-V1. Pour l’heure les maîtres de classe 2 sont surtout exploités sur des installations process avec PROFIBUS PA. Très souvent il s’agira d’un outil de configuration sur PC portable connecté temporairement sur le réseau, le temps de procéder à un réglage ou diagnostic.
Esclaves
Il existe un grand nombre d’esclaves allant des plus simples aux plus sophistiqués.
Exemples non exhaustif de stations esclaves :
- E/S déportées en armoire IP20 ou terrain IP68
- Variateurs de vitesse et contrôle de moteur
- Codeurs
- Lecteurs code-barres/RFID
- Terminaux de dialogue et afficheurs
- Capteurs et actionneurs de process
- Passerelles PROFIBUS DP-ASi, PROFIBUS DP-Série, PROFIBUS DP-Ethernet...
Certification
La certification n’est pas obligatoire pour la commercialisation d’un produit. Pour les utilisateurs, il s’agit cependant d’une garantie que le matériel a été testé par un laboratoire indépendant dans différentes conditions environnementales et fonctionnelles. Il existe 11 laboratoires de test à travers le monde.
Fonctionnement de PROFIBUS DP
Phase de démarrage: envoi d'une trame de paramétrage, puis trame de configuration à la connexion de l'équipement. Puis échanges cycliques des données process. La taille des données échangées cycliquement dépend des modules sélectionnés.
Possibilité d'échanges acycliques pour la lecture/écriture de données de paramétrage, historique, courbes de tendance. Accès aux données acycliques via slot/index.
Fichiers de configuration: GSD pour les échanges cycliques; EDD ou DTM pour les accès acycliques
Taille des télégrammes :
La taille maximale d’un message en entrée ou sortie est de 244 octets.
Temps de cycle du bus :
Il dépend essentiellement de 3 facteurs :
- La vitesse de transmission
- Le nombre de stations
- La taille des données échangées
Pour les besoins les plus critiques en vitesse, le temps de cycle peut être ~1 ms
Intégration
Les esclaves ont des caractéristiques, des tailles de données, des capacités de diagnostics différentes. Pour que le maître puisse établir une communication avec chacun d’eux il lui faut connaitre toutes ces informations. Ces dernières sont stockées avec une syntaxe standardisée dans un fichier descriptif que l’on a coutume d’appeler ‘Fichier GSD‘ (General Station Description). Les fichiers gsd sont fournis par le constructeur (téléchargeable en ligne).
Après les avoir ajoutés à la bibliothèque GSD de l’atelier logiciel utilisé, il est possible de créer le réseau.
Lors de cette étape on définit non seulement les stations utilisées mais également leur configuration et adresses.
Configuration
Cette étape de l’intégration consiste à préciser au maître quelles seront les données échangées cycliquement avec un esclave précis. Cette configuration dépend du type et de la composition de la station esclave ainsi que des besoins applicatifs.
Certains esclaves sont dits simples d’autres modulaires.
Esclaves simples ou compacts
Le type et la taille des E/S sont figés par le constructeur. Lors de la configuration l’utilisateur n’a d’autre choix que d’exploiter la configuration prévue.
Exemple : un module d’entrée 8 TOR correspondra à 8 bits soit 1 octet de donnée d’entrée.
Esclaves modulaires
Le type et la taille des E/S ne sont pas prédéfinis mais doivent être configurés à l’aide de modules proposés par le constructeur. Les choix se font suivants les besoins applicatifs ou suivant la réalité physique de la station esclave.
Exemple : une station E/S déportée peut accueillir au choix des modules de 4 entrées TOR, 4 sorties TOR, 2 entrées ANA, 2 sorties ANA. La configuration permettra au maître de savoir quelle quantité d'information il doit échanger en fonction des choix de modules physiques qui auront été faits.
Adressage
L’adressage est réalisé soit de manière Hardware par DIP switch ou roues codeuses, soit software (SSA). Toutes les stations ne supportent pas les 2 méthodes, se référer à la documentation du constructeur.
Plage d’adresse valide : La plage d’adressage de PROFIBUS se fait sur 7 bits ce qui correspond à une plage de 0 à 127, cependant certaines adresses sont réservées. L’adresse 126 est l’adressage d’usine pour les esclaves qui supportent un adressage soft, elle est donc interdite en opération normale. L’adresse 127 est l’adresse de broadcast et ne peut pas être affectée à un appareil particulier. La plage utile va donc de 0 à 125, on conseille de réserver les adresses basses aux maîtres.
Démarrage du réseau
A la mise sous tension ou à l’initialisation, le maître compare le réseau réel à celui qui a été configuré.
Il envoie leurs paramètres de fonctionnement aux différents esclaves et commence l’échange cyclique dès que la station est prête.
S’il y a discordance entre le réseau configuré et le réseau réel, le maître n’échangera pas avec la ou les stations concernées et signalera un défaut Bus.
Maintenance et diagnostic
Pour effectuer la maintenance de votre réseau PROFIBUS,ProfiTrace 2 est l'outil de référence. Cet outil moderne d'analyse du trafic combine l'ensemble des outils nécessaires pour une mise au point et un diagnostic efficace.
Pour surveiller et diagnostiquer vos réseaux PROFIBUS, des modules répéteurs COMbricks peuvent être insérés, sur un fond de panier. La qualité de l’installation peut être inspectée à distance grâce à la fonctionnalité ProfiTrace OE
Services RGI
Equipements PROFIBUS en vente
Formez-vous sur PROFIBUS
Une bonne connaissance des mécanismes de PROFIBUS DP et des règles de mise en oeuvre permet de gagner en efficacité aussi bien dans le domaine de la maintenance que de la conception d'installation.
AGILiCOM propose 3 modules de formation qui abordent les différents points clés du réseau PROFIBUS :