FOUNDATION FIELDBUS H1 E PROFIBUS PA A CONFRONTO

All'interno dell'approfondimento avremo modo di vedere le differenze tra i due sistemi di comunicazione: sotto l’aspetto del mezzo di trasmissione del livello fisico, i componenti principali della rete, la topologia e in che modo ciascuno raggiunge l'interoperabilità.

Il protocollo Profibus è stato progettato per fornire una gerarchia di comunicazione tra un controller PLC e gli altri componenti della rete, principalmente nella produzione e nell'automazione di macchine. Possiamo diversificare tre diversi protocolli che hanno diversi campi applicativi:

• Profibus FMS (Fieldbus Messaging System): ottimizzato per la comunicazione ad oggetti, per lo scambio dati tra dispositivi alto livello, tra master intelligenti (tra le CPU di PLC, PC, ecc.).
• Profibus DP (Decentralized Perifery): progettato per scambio dati a livello di campo. Questa versione PROFIBUS è la più presente ed è rivolta soprattutto alla comunicazione tra sistemi di controllo e dispositivi distribuiti di I/O.
• Profibus PA (Process Automation): progettato principalmente per l’automazione di processo, permette di collegare sensori ed attuatori in aree a sicurezza intrinseca e rischio esplosione in ambienti fino alla Zona Ex 0 o 1.

Grazie al protocollo PROFIBUS PA è possibile trasmettere dati di processo e alimentare i dispositivi su un solo cavo a due conduttori in accordo con lo standard internazionale IEC 61158-2.

FOUNDATION FIELDBUS, nasce specificamente per soddisfare le esigenze di automazione nel mondo del processo, fornendo un controllo in tempo reale sicuro ed efficace sul bus.

Anche in questo caso, esistono più implementazioni, nate per soddisfare le differenti esigenze nell’ambiente di processo, legate a differenti mezzi fisici e velocità di comunicazione. Lo standard IEC (International Electrotechnical Commission) sui bus di campo, incluso Foundation Fieldbus, è IEC 61158. Il tipo 1 è Foundation Fieldbus H1, mentre il tipo 5 è Foundation Fieldbus HSE.

• Foundation Fieldbus H1 è quello più diffuso. Utilizzato per connessioni a dispositivi di campo, come sensori, attuatori e trasmettitori. Tramite il sistema MBP (Manchester coded Bus Powered) è In grado di fornire dati e alimentazione su cavi a doppino intrecciato, laddove siano richieste applicazioni a sicurezza intrinseca, fino a velocità di 31.25Kbps.
• HSE (High Speed Ethernet) Come si può intuire già dal nome, funziona su reti a 100/1000 Mbit/s attraverso pacchetti TCP e UDP. Utile per collegare sottosistemi remotati, gateway e sistemi host. Utilizzando lo standard IEEE 802.3af PoE (Power over Ethernet), può alimentare i dispositivi sul campo.

Profibus PA e FOUNDATION Fieldbus H1 utilizzano lo stesso livello fisico definito nella IEC 1158-2. Tra gli aspetti principali che lo standard definisce ci sono:

• Ogni segmento ha solo una sorgente di alimentazione. La stessa non viene fornita sul bus, quando un dispositivo sta trasmettendo.
• Essendo di base seriale, la linea del bus deve esser terminata ad entrambe le estremità da una resistenza di terminazione.
• Ogni dispositivo di campo assorbe una corrente costante (tipicamente 10mA).
• Gestione della ridondanza di due o più rami e tipologia stella, albero e lineare.
• Caratteristiche costruttive del cavo rame o fibra ottica. (Cavo con guaina esterna nera per area non Ex. Cavo con guaina esterna blu per area Ex.)
• La lunghezza totale del segmento del bus di campo è limitata a 1900 m.  Le linee di derivazione possono avere le seguenti lunghezze massime fino a 120m. Dato fortemente condizionato anche dalla velocità della comunicazione.

Sia FOUNDATION fieldbus che Profibus supportano i requisiti di sicurezza intrinseca, compreso il modello FISCO.

L’accesso al mezzo fisico se parliamo di Profibus PA è un sistema master-slave. Il dispositivo di campo è uno slave che può rispondere solo al suo master, configurato come gestore della rete. Il PROFIBUS PA è realizzabile in struttura lineare, ad anello o ad albero con cavi di derivazione molto lunghi con il massimo di 31 apparecchiature da campo (+ master) per ciascun segmento di cavo. A differenza del profibus DP, non esiste un master “puro” PA, ma si utilizza un DP/PA Link che funge da slave nella rete PROFIBUS DP e da master nella rete PROFIBUS PA.

FOUNDATION Fieldbus H1 è un protocollo peer-to-peer, che lavora secondo il meccanismo del client/server. I dispositivi possono comunicare tra loro senza un host e possono avviare le comunicazioni senza uno specifico comando. Per esempio, se un dispositivo FOUNDATION Fieldbus H1 riscontra un problema, può inviare un allarme. I dati di processo vengono eseguiti ciclicamente secondo un preciso programma. D'altra parte, le informazioni non urgenti come i dati di diagnostica e/o i dati di configurazione vengono trasferiti in modo aciclico.

• Configurazione dei dispositivi

In Profibus PA, gli indirizzi dei dispositivi connessi sulla rete vengono impostati utilizzando diversi metodi: La più diffusa è l'impostazione tramite DIP switch o indirizzamento software.

FOUNDATION fieldbus H1 offre un unico strumento software di configurazione del dispositivo. Tramite un messaggio speciale può rilevare e identificare se ci sono nuovi dispositivi aggiunti, anche con la rete attiva. L'indirizzo del dispositivo può essere assegnato manualmente o automaticamente. I dispositivi FOUNDATON Fieldbus H1 possono essere aggiunti, messi in servizio e utilizzati mentre il resto del segmento rimane in funzione.

• Interoperabilità

Pilastro caratterizzante il mondo del controllo di processo è l'interoperabilità. Caratteristica che consente di interconnettere e utilizzare dispositivi di diversi produttori sullo stesso bus di campo, senza perdita di funzionalità.

Profibus PA consente a un sistema master di utilizzare un set standard di funzionalità di base per tipologia di dispositivo (chiamato profilo standard). Se si desiderasse utilizzare un dispositivo di campo con ulteriori funzionalità specifiche integrate dal costruttore, queste potrebbero non essere disponibili per il master. Di conseguenza, i master non potrebbero utilizzare funzionalità avanzate specifiche del fornitore dello slave, senza un integrazione di software speciale.

FOUNDATION Fieldbus H1 affronta l'interoperabilità mediante una combinazione di descrizioni dei dispositivi e blocchi funzione. Se un host è in grado di comprendere la descrizione di un dispositivo FOUNDATION Fieldbus, tutto le funzionalità del dispositivo sono resi disponibili.

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