"Enter"a basıp içeriğe geçin

Profibus ve Modbus Kıyaslaması

Çok protokollü bir dünyada yaşıyoruz ve bu durum büyük olasılıkla yakın zamanda değişmeyecek. Farklı protokoller farklı uygulamalarda daha iyi çalışır. Amacımız  Modbus veya Profibus’ı  yüceltmek ve yermek değil ; daha çok biraz perspektif bakmak ve bilgi eklemek .

Bu makale, her iki protokol hakkında genel bir bakış sunmakta ve bunların temel güçlü yönlerini ve uygulamalarını tartışmaktadır. İkisini karşılaştırarak, her iki protokolün de kendi güçlü yanlarına sahip olduklarını göreceğiz. Hangi uygulamanın en iyi sonuç verdiğini tartışacağız – her birinin yapabildiği bazı örtüşmeler olsa da. Dahası, ortak uygulamalarda birbirlerini tamamlayabilirler.

Modbus’a Giriş

Modbus  endüstriyel iletişim protokollerinin büyükbabasısıdır. Başlangıçta, Modicon tarafından 1970 lerin ortasında basit bir master/slave konsepti kullanılarak PLC’lerle akıllı cihazları bağlamak için bir yol olarak tasarlandı. “Basit”  Modbus için anahtar tanımlayıcıdır – ve aynı zamanda onun en büyük gücüdür. Uygulanması ve kullanımı kolaydır. İlk tanıtıldığında, yalnızca Modicon un kullanabileceği bir özel bir protokoldü. Buna rağmen daha sonra telifsiz yayınlandı , böylelilkle herkes kullanabildi. Son olarak Modicon modbus’ı açık bir protokol yaptı. Yayınlandığı zaman bir takım şirketler orijinal şartnamenin yorumları ve modifikasyonlarını yaratarak onu kullandı. Sonuç olarak şimdi az çeşitlilik ile kullanılan protokol olmuştur.

Spesifikasyon dokümanı, 100’den az sayfadır ve protokolün düşük seviyedeki karmaşıklığının iyi bir göstergesidir.

Karşılaştırıldığında, Profibus’ın spesifikasyon dökümanı binlerce sayfa uzunluğundadır. “Modbus” terimi çoğunlukla 3 ilişkili protokolden birine atıfta bulunur:  Modbus ASCII, Modbus RTU veya Modbus TCP/IP 

*Modbus ASCII ilk Modbus’tır ve bir seri protokoldür, çoğunlukla RS-232 veya RS-485 fiziksel katmanından herhangi biri üzerinde  çalışır.

  • Tüm slaveler master tarafından talep üzerine sorgulanır ve sadece bir master vardır. Mesaj çerçevesi en fazla 252 bayta kadar olabilir ve 247 adrese kadar mümkündür.
  • Modbus RTU ve Modbus ASCII protokolünde gerçekten küçük bir değişiklik vardır. Tek fark, verilerin kodlanmasındadır.

ASCII, ASCII karakterlerinde iletiyi kodlarken, RTU baytları kullanır, ASCII böylece protokolün iş hacmini artırır. Genel olarak, RTU özellikle yeni tesislerde daha popülerdir. Modbus TCP/IP daha sonra eklenmiştir. Modbus TCP/IP hakkında basit bir düşünme şekli, bir TCP/IP paketinde bir Modbus RTU paketini basitçe kapsüllemek olarak görüntülemektir.

Bundan biraz daha fazlası var, ama bu aslında Modbus’un yaptığı şeydi. Sonuç olarak, Modbus TCP/IP’nin uygulanması çok basittir. Tüm mesajlar için TCP/IP protokolünü kullandığı için, diğer Ethernet endüstriyel protokollerle karşılaştırıldığında yavaştır, ancak uygulamaları izlemek için yeterince hızlıdır.

Modbus mesaj çerçevesi
Modbus fonksiyon kodları
Modbus fonksiyon kodları

Modbus Nasıl Çalışır?

Daha önce belirtildiği gibi, Modbus basit bir master-slave protokolüdür. Master, bus’taki iletişimin tam kontrolüne sahipken, bir slave sadece konuşulduğunda yanıt verecektir. Master, çıktıları kaydedecek ve her döngü sırasında her slave’in girişlerini okuyacaktır. Protokol oldukça basit. Bağlantının belli bir süre içinde gerçekleşmesini sağlamak için bağımlı veya master’ın bir gözlemci zamanlayıcısına sahip olması için herhangi bir ek gereksinim yoktur. Slave aygıtları networke “dahil olmaz”. Bir master onlarla her konuştuğunda cevap verirler. Master kendileriyle hiç konuşmazsa, slave’ler boştadırlar.  Ayrıca slave’in sağlığına ilişkin teşhis ihtiyacı yoktur. Master, slave için anlamlı olmayan veriler talep ederse, slave bir istisna yanıtı gönderebilir. Buna rağmen süreç değişkeni kötüyse veya cihazın işlem problemleri varsa , protokolde slave’in bunu raporlamasını gerektiren hiçbir şey yoktur.

Modbus Taraması
Modbus Taraması

Fiziksel Katman
Modbus ASCII ve RTU, her ikisi de genellikle RS-232 veya RS-485 fiziksel katmanını kullanır, ancak telefon hatları veya kablosuz gibi diğer fiziksel katmanları da kullanabilir. Modbus ilk geliştirildiğinde önerilen Standartlar (RS) 232 ve 485 fiziksel tabakalar oluşturuldu. RS-232 noktadan noktaya, RS-485 ise çoklu bağlantı uygulamaları içindir.

Her iki durumda da Modbus, bu fiziksel katmanlara yeni gereksinimler eklemedi. RS-485 durumunda bazı sorunlara neden oldu. Sorun şu ki, fiziksel katmanın çeşitli varyasyonları vardır: 2-wire, 4-wire. Birden fazla satıcıdan RS-485 üzerinde Modbus ile çalışmış olan herkes, noktadan noktaya yapılandırmada iki tür bağlarken tüm varyasyonları nasıl yöneteceğini zaten bilecektir. Zorluk, çok satıcılı olduğu ve bir kablo üzerinde birden fazla varyasyonun birleştirilmesi gerektiğinde ortaya çıkar. Hem telefon hatları hem de kablosuz için bir dizi standart vardır. Modbus, protokoldeki zamanlama kısıtlamalarının azlığı nedeniyle bu uygulamalarda mükemmel olmuştur. Telsiz modemlerin yanı sıra telefon hatları mesajlardaki gecikmeleri de beraberinde getirir. Bazen bu gecikmeler mesaj boyunca doğrusal değildir, bu da birçok protokol için gerçek sorunlara neden olabilir. Bununla birlikte, Modbus ya bunun bir problemi yoktur ya da bu uygulamalarda çalışacak şekilde uyarlanabilir.

Tipik uygulamalar
1.    Bir akıllı cihaza kumanda / monitör (aşağıdaki şekil) – Bu uygulamada verilerin çekilmesi gereken tek bir akıllı cihaz vardır. Bu noktadan noktaya uygulama yaygın bir Modbus ASCII/RTU görevidir. Hem protokol hem de fiziksel katmandaki değişikliklerin yönetimi kolaydır ve bu uygulamanın çalışması basittir.

bir cihaza denetleyici / izleyici, buradaki durumda bir Milltronics BW500 Siemens den entegratör tartımı
bir cihaza denetleyici / izleyici, buradaki durumda bir Milltronics BW500 Siemens den entegratör tartımı

2.    Aynı satıcıdan birçok akıllı cihaza kumanda/monitör  – İlk uygulama gibi, bunu da uygulamak çok kolaydır. Protokoldeki varyasyonlar genellikle bir problem değildir.

Aynı tipteki birçok cihaza kumanda / monitör
Aynı tipteki birçok cihaza kumanda/monitör

3.    Akıllı cihazdan bilginin uzaktan izlenmesi – Modbus protokolü modem dostu olduğundan ve watchdog zamanlayıcıları bulunmadığından, uzaktan veri toplama uygulanması çok kolaydır.

Modem yoluyla bir cihazdan bilginin uzaktan izlenmesi
Modem yoluyla bir cihazdan bilginin uzaktan izlenmesi

Profibus’a Giriş

Modbus protokollerin “büyükbabası” ise, o zaman Profibus genç sporcudur – yalın ve hızlıdır. Profibus, 1990’larda hem fabrika hem de proses otomasyonu için tüm endüstriyel iletişim ihtiyaçlarını karşılamak üzere tasarlanmıştır. Modbus’ta olduğu gibi, bu protokolle ilişkili bir dizi terim vardır: Profibus DP, Profibus PA, Profisafe, Profidrive ve Profinet. Bu terimlerin birbirine nasıl uyduğunu görselleştirmenin bir yolu, Profibus’u birçok bölümden oluşan bir kitap olarak düşünmektir. Kitap Profibus DP (Merkezi Olmayan Periferik) olarak adlandırılacaktır. Kitabın bölümlerine Profibus PA (Proses Otomasyonu), güvenlik uygulaması için Profisafe ve yüksek hızlı sürücü uygulamaları için Profidrive denilecek. Ayrıca Profisafe ve Profidrive da dahil olmak üzere birçok bölümle birlikte Profinet adındaki aynı yazarların ikinci bir kitabı olacaktır.

Profibus ağı

 

Profibus nasıl çalışır?

Profibus ayrıca Modbus gibi bir master-slave tipi protokoldür, ancak çoklu master’lere izin vermek için ek bir jeton halka protokolü vardır.  Ayrıca, Modbus’dan farklı olarak, tüm cihazlar ağa “katıldıkları” bir başlangıç dizisinden geçer. Her bir slave, güvenilir olmayan bir zamanlayıcıyı korur. Eğer master belli bir süre içinde konuşmazsa slave güvenli bir duruma geçer; Master daha sonra veri değişimi meydana gelmeden önce tekrar başlatma dizisinden geçmelidir. Bu, master’daki bir watchdog zamanlayıcı ile birlikte, tüm iletişimin belirli bir zaman değeriyle her bir bus döngüsünde gerçekleşmesini sağlar. Genel veri bus taraması, Şekilde  gösterildiği gibi gerçekleşir. Master A bus’un kontrolünü veren  jetonu alır. Daha sonra, her slave ile veri alışverişinde bulunacak ve tamamlandığında, belirteci bir sonraki master’a (eğer varsa) geçirecektir. Her slave’den detaylı tanılama gereksinimi de protokole dahil edilmiştir. Normal veri değiştokuşu sırasında , bir slave masterı tanımlamalara (diagnostics) sahip olduğu hakkında  uyarabilir ki master daha sonrasında bus taraması esnasında okuyacaktır.

Profibus taraması
Profibus taraması

Profinet, Profibus gibi aynı prensip üzerine inşa edilir. Fakat  Modbus’ün aksine (–temel olarak Modbus RTU paketi aldı ve bir TCP/IP  içerisine kapsülledi-) Profinet , Ethernet in avantajını almak için dizayn edilmiştir ve  Profisafe gibi üst düzey Profibus fonksiyonlarının kolay eklenmesine izin verir.

Fiziksel katman
Profibus DP için ana fiziksel katman Modbus un kullandığı RS-485 e dayanır. Ancak, Profibus söz konusu olduğunda, Profibus spesifikasyonu sadece mevcut RS-485 spesifikasyonuna işaret etmemektedir. Bunun yerine, RS-485 spesifikasyonunu genişletir. Fiziksel katman, saniyede 12 megabit kadar hızlı olan iki tel gerektirecek şekilde tasarlandı. Profibus spesifikasyonu,  kullanılacak konektörleri de standartlaştırdı. Tüm bunlar birden fazla satıcıyla çalışırken faydalıdır – kablolama kolay ve tutarlıdır.

Enstrümantasyon için Profibus PA ayrıca IEC 61158-2, Manchester Encoded, bus-powered, kendinden güvenli (MBP-IS) olarak adlandırılan başka bir fiziksel katmana sahiptir. Bu fiziksel katman aynı iki kablo üzerinde güç ve iletişim sağlar. Kendinden emniyetli konsept, kurulum masrafları söz konusu olduğunda büyük bir avantaja sahiptir.Tehlikeli ortamlarla çalışırken, iki yaklaşım vardır: Tehlikeli alandaki cihaza giden güç korunabilir veya tehlikeli alana giren güç sınırlandırıbilir. Koruma metodu, geleneksel olan ve Modbus için gerekli olan yöntemdir. Enerjiyi “korumak” için bir metal boru ve conta kullanır. Hem kanal hem de contalar satın almak ve yüklemek için pahalıdır. İkinci yaklaşım Profibus PA tarafından kullanılır. Sahaya giden gücü sınırlar ve kendinden güvenli olarak kabul edilir. Bununla birlikte, herhangi bir boru hattı veya contaya gerek duyulmamaktadır (başlangıç kabininin dışında) ve bu da önemli ölçüde maliyet tasarrufu sağlar.

Profibus gürültü bağışıklığı, Hem Profibus’un ana fiziksel katmanları (modifiye edilmiş RS-485 ve MBP-IS) son derece detaylıdır ve mükemmel gürültü bağışıklığına sahiptir ve sayısız alanda tekrar tekrar kanıtlanmıştır.

Modemlerle Kullanım

Profibus DP ve Profinet’in her ikisi de katı zamanlama kısıtlamalarına sahiptir. Bununla birlikte, bir dizi tedarikçi, çeşitli modemler (telefon hatları, kablosuz, hücre) her ikisini de iyi bir şekilde çalıştırabilmiştir.

Tipik uygulamalar
Profibus, büyüklüğüne bakılmaksızın veya tesisin fabrika otomasyonu (ayrı giriş / çıkış) veya proses otomasyonu (analog giriş / çıkıştan oluşur) olup olmadığına bakılmaksızın tüm bir tesisi otomatikleştirmek için tasarlanmıştır. Tüm bölümlerin yerel mi yoksa uzak mı olduğu da önemli değil: Profibus her şeyi iyi bir şekilde idare edebilir.

Gözden Geçirme: Profibus vs. Modbus

Modbus çok basit, kullanımı kolay, modem dostu bir protokoldür. Bununla birlikte, protokolün kendisinde ve çoklu katman uygulamalarında problem yaratan fiziksel katman tanımında çok fazla çeşitlilik vardır. Profibus, tüm tesisleri otomatikleştirmek için tasarlanmış çok güçlü bir protokoldür. Çok satıcılı uygulamalarda, modemlerle çok iyi çalışır ve ayrıntılı diagnostiklere sahiptir. Bit noktada noktaya konfigürasyonda bir denetçiyi bir akıllı cihaza bağlarken veya tek bir uzak site varsa , Modbus kolay bir çözümdür.Daha fazla noktanın bulunduğu , farklı satıcıların içerildiği, veya tehlikeli bir çevrenin bulunduğu durumlarda , Profibüs daha iyi bir çözümdür.

Birleştirilmiş Uygulama

Popülarite kazanan bir uygulama iki dünyanın da en iyisini sunar.Bu uygulama bir ana kontrolör / veri toplayıcı arasında veri aktarımı olarak Modbus kullanır ve Profibus’u kullanan bir uzak istasyona sahiptir. Bu uygulamanın bir örneği aşağıdaki Şekil’de gösterilmiştir: Küçük bir PLC (S7-1200) Profibus kullanarak bazı radar birimlerinden (Sitrans LR250) veri toplar ve Modbus kullanarak bilgiyi kontrol sistemine iletir.Bu tür kurulumun faydaları önemlidir.

Modbus tarafında:

• Kolay modem desteği

• Basit uygulama

Profibus tarafında:

• Enstrümanlardan standartlaştırılmış çıkış ve teşhis

• Sağlam fiziksel tabaka

• Kendinden güvenli kurulum, böylece kurulum maliyetlerini azaltır

• Bus yoluyla saha cihazlarına haberleşme yeteneği

Profibus/Profinet’in sağlam iletişimleri ve tehlikeli ve/veya çok satıcılı uygulamalardaki kullanım kolaylığı, tüm endüstriyel uygulamalar için ideal bir protokoldür.

Modbus , küçük uygulamalarda kullanımı kolaydır ve bir SCADA sistemi ile veri konsantratörü arasında, resimde görüldüğü gibi, iyi bir bağlantı sağlar .

Tehlikeli bölgede Profibus
Tehlikeli bölgede Profibus

Her iki protokol de uzun ömürlü ve başarılı olacaktır – çoğu uygulama için Profibus/Profinet ve noktadan noktaya uygulamalar için Modbus / Modbus TCP / IP.

İlk Yorum Sizden Gelsin

Bir Cevap Yazın

Paylaş