مقدمه

• PROFIBUS (مخفف Process Field Bus) یه استاندارد برای ارتباط در سیستم‌های کنترل صنعتی / اتوماسیون است.

• PROFIBUS اجازه می‌ده کنترل‌کننده‌ها (مثل PLC یا سیستم کنترل مرکزی) با دستگاه‌های میدانی (سنسورها، عملگرها، I/O های دوردست و …) از طریق یک خط (bus) مشترک به‌صورت دیجیتال و استاندارد ارتباط برقرار کنند بدون نیاز به سیم‌کشی جداگانه برای هر سیگنال.

• تابع یه استاندارد بین‌المللی (PROFIBUS & PROFINET International — PI) است.

این کتاب با هدف ارائه راهنمای پیکربندی و برنامه‌نویسی شبکه PROFIBUS (به‌ویژه با نرم‌افزار STEP 7) نوشته شده یعنی نه فقط مفاهیم تئوریک، بلکه عملیات عملی، تنظیمات، برنامه و اجرا در پروژه‌های واقعی.

ساختار و محتوای اصلی 

مطالبی که داخل کتاب پوشش داده می‌شود شامل:

• مبانی و تاریخچه PROFIBUS: چرا Fieldbus به وجود آمد، نیازهایی که PROFIBUS پوشش می‌دهد، مزیت‌ها نسبت به سیستم‌های قدیمی‌تر سیم‌کشی مستقیم یا سیگنال 4–20 mA و …

• معرفی انواع و پروفایل‌های PROFIBUS: به‌خصوص دو شاخه اصلی: PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) و PROFIBUS PA (Process Automation).

• جزئیات لایه‌های پروتکل: لایه فیزیکی (Physical Layer)، لایه لینک داده (Data Link Layer / FDL)، و لایه‌های کاربردی (Application — برای تبادل داده، کنترل، عیب‌یابی و …) که PROFIBUS بر اساس مدل OSI کار می‌کند.

• توپولوژی و ساختار شبکه: برای DP معمولاً ساختار خطی (bus) با کابل RS-485 استفاده می‌شود؛ برای PA، متناسب با نیازهای صنایع فرآیندی، ساختار شاخه‌ای یا trunk/spur با کابل مخصوص MBP (Manchester Bus Powered) مورد استفاده قرار می‌گیرد.

• پیکربندی و برنامه‌نویسی: نحوه تنظیم master / slave، تعریف آدرس‌ها، تنظیم سرعت باس، تعریف بلوک‌های ورودی/خروجی، تبادل cyclic و acyclic داده، تبادل پارامتر و داده‌های عملیاتی خصوصاً با نرم‌افزار STEP 7.

• عیب‌یابی و مدیریت خطا: تشخیص خطا، گزارش وضعیت دستگاه‌ها، تعویض دستگاه و … که PROFIBUS امکانات تشخیصی و مدیریتی نسبتاً پیشرفته‌ای دارد.

تفاوت بین PROFIBUS DP و PA و در چه شرایطی هرکدام به کار میاد

فرق اصلی این دو شاخه (DP و PA) در نوع کاربرد، لایه فیزیکی و سرعت/ ساختار است:

نکته مهم: پروتکل در هر دو یکسان است یعنی از نظر نرم‌افزاری و تبادل داده تفاوت نیست؛ فقط رسانه (کابل و فیزیک) و شرایط محیطی متفاوت است.

علاوه بر این، سیستم‌هایی وجود دارد که DP و PA را ترکیب می‌کنند مثلاً backbone سریع DP + زیرشاخه‌های PA برای دستگاه‌های فیلد که مزیت اجرای یک سیستم «هیبرید» را فراهم می‌کند.

چرا PROFIBUS مزایا و ارزش آن

کتاب و استاندارد PROFIBUS مزایایی دارند که بهشون اشاره می‌کنن:

• امکان ارتباط متمرکز و دیجیتال بین کنترل‌کننده مرکزی و تعداد زیادی دستگاه میدانی با یک کابل مشترک کاهش شدید سیم‌کشی و هزینه، سادگی در نصب و نگهداری.

• انعطاف و سازگاری با تجهیزات مختلف چون استاندارد است و وابسته به سازنده نیست: دستگاه‌های سازندگان مختلف به راحتی با هم کار می‌کنند.

• قابلیت تبادل cyclic (داده‌های عملیاتی) و acyclic (پارامتری، تنظیمات، تشخیص وضعیت) بنابراین هم برای کنترل real-time مناسب است و هم برای تنظیمات و نگهداری.

• در حالت PA: امنیت ذاتی، مناسب برای محیط‌های فرآیندی و خطرناک؛ کاهش سیم‌کشی با تغذیه روی باس؛ قابلیت کار با سنسورها/آنالایزرهای فرآیندی.

• امکان ترکیب و توسعه شبکه را می‌توان به مرحله بعد گسترش داد یا ترکیبی از DP و PA ایجاد کرد، در نتیجه انعطاف در طراحی سیستم.

محدودیت‌ها، ملاحظات و نکاتی که باید مراقب باشی

هرچند PROFIBUS مزایا دارد، اما اگر طبق اصول اجرا نشود، ممکن است با مشکلات مواجه باشی. از جمله:

• در شاخه PA سرعت پایین است بنابراین برای کاربردهای نیازمند تبادل سریع یا real-time سخت‌افزاری مناسب نیست.

• برای DP محدودیت در تعداد نودها (در یک segment معمولاً تا 31 دستگاه با کابل دو سیمه؛ البته با تکرارکننده / repeater قابل افزایش است) وجود دارد.

• نیاز به کابل و کانکتورهای مناسب، رعایت استاندارد، termination مناسب در انتهای باس، تنظیم آدرس‌ها، و پیکربندی دقیق در غیر این صورت ارتباط قطع یا خطا خواهد داشت.

• برای محیط‌های خاص (مثلاً انفجاری، فرآیندی) باید PA استفاده شود و نکات ایمنی رعایت شود؛ یعنی فقط نصب ساده DP کافی نیست.

چرا این کتاب؟

اگر تو در زمینه برق، اتوماسیون صنعتی یا کنترل فرآیند کار می‌کنید، این کتاب:

• هم برای تازه‌کارها که می‌خوان با PROFIBUS آشنا بشن — مناسب است (مبانی، مفاهیم، توپولوژی، مزایا/معایب)

• هم برای کسانی که می‌خوان پروژه اجرا کنند چون شامل پیکربندی با STEP 7، برنامه‌نویسی، تنظیمات عملی، عیب‌یابی، کار با slave / master و … است.

• اگر شرکت یا پروژه‌هایی داری که سنسور/اکچوِیتور دارند، یا سیستم تولید یا فرآیند دارند این کتاب می‌تونه مرجع فارسی مفیدی باشه برای طراحی شبکه درست، استاندارد و قابل توسعه.

نتیجه‌گیری

PROFIBUS با وجود اینکه قدیمی‌تر از راه‌حل‌های مدرن مبتنی بر اترنت است، به‌واسطه مزایای واقعی‌اش سادگی، پایداری، استاندارد بودن، و امکان استفاده در انواع محیط‌های صنعتی همچنان یکی از ستون‌های ارتباط صنعتی است. این یعنی اگر زیرساخت مناسب باشه، استفاده از PROFIBUS هنوز منطقی و مقرون به صرفه است.