تفاوت Profibus و Profinet در چه مواردی است؟ (بررسی ۷ مورد)

اگر در زمینه شبکه و ارتباطات آن فعالیت داشته باشید، به احتمال زیاد با دو واژه Profibus و Profinet آشنا هستید؛ اما این دو واژه چه مفهومی دارند؟

تفاوت Profibus و Profinet چیست؟

Profibus و Profinet دو مورد از محبوب‌ترین پروتکل‌های ارتباطی مورد استفاده در اتوماسیون صنعتی هستند.

Profibus، اساساً استانداردی برای ارتباطات فیلد باس است که در فناوری اتوماسیون استفاده می‌شود.

از سوی دیگر، Profinet، استانداردی برای ارتباطات اینترنتی از طریق اترنت صنعتی است.

از آنجایی که هر دو پروتکل‌های اتوماسیون بسیار محبوب و پرطرفداری هستند که توسط یک سازمان ایجاد شده‌اند، شباهت‌های زیادی با هم دارند.

با این حال، در بررسی تفاوت بین Profinet و Profibus ،Profinet به طور نسبی قابلیت‌های پیشرفته‌تری دارد.

هر دو پروتکل به دلیل نیاز به استانداردسازی فرایندهای انتقال داده در سیستم‌های صنعتی، ابداع شده‌اند و امروزه به طور گسترده توسط بسیاری از سیستم‌های کنترلی مورد استفاده قرار می‌گیرند.

ولی تفاوت Profibus و Profinet از منظر ساختاری کاملاً مشهود است و این دو پروتکل از کابل‌ها و کانکتورهای متفاوتی استفاده می‌کنند.

در این مقاله با بررسی موردی دو پروتکل، تفاوت Profibus و Profinet را مورد بحث قرار خواهیم داد.

1# مقدمه‌ای بر Profibus و Profinet

استاندارد Process Fieldbus یا Profibus برای اولین بار در سال ۱۹۸۹ منتشر شد.

برای توسعه آن، ۲۱ شرکت از اروپا، به ویژه آلمان، گرد هم آمدند تا بر روی یک پلتفرم مشترک برای انتقال داده در سطح دستگاه میدانی توافق کنند.

اولین نسخه منتشر شده Profibus FMS نام داشت که به دلیل ماهیت غیرقطعی و همچنین پیچیدگی نسبی آن شناخته می‌شود.

بعداً، در سال ۱۹۹۳، یک نسخه ساده‌ شده و قطعی با نام Profibus DP منتشر شد.

پس از آن، یک نوع دیگر با نام Profibus PA منتشر شد که بر کاربردها در محیط‌های خشن و خطرناک تمرکز داشت.

DP امروزه پرکاربردترین نسخه Profibus است.

در سال ۲۰۰۰، همان سازمان مادر مسئول Profibus، دوباره تشکیل جلسه داد تا جانشینی برای آن پیدا کند.

این زمانی بود که پروتکل‌های مبتنی بر اترنت به سرعت در حال رشد بودند و بنابراین یک استاندارد جدید ضروری به نظر می‌رسید.

مشابه Profibus، نسخه‌های مختلفی از Profinet در طول سال‌ها منتشر شد؛ زیرا این فناوری بهتر درک شد و پیشرفت‌هایی حاصل شد.

اولین نسخه، Profinet CBA بود که در سال ۲۰۰۲ منتشر شد و به سمت سیستم‌های کنترل توزیع‌شده (DCS) گرایش داشت.

یک سال بعد، Profinet IO برای رفع نیازهای کنترل‌کننده منطقی قابل برنامه‌ریزی (PLC) وارد بازار شد.

از برخی جهات، Profinet IO به دلیل شباهت‌های کاربردی، به عنوان “Profibus روی اترنت” در نظر گرفته می‌شود.

در طول دهه‌ها، Profibus به یکی از پرکاربردترین پروتکل‌ها تبدیل شد که دلیل اصلی آن معرفی زودتر آن به صنعت بود.

با این حال، این روند در سال ۲۰۱۹ معکوس شد، زمانی که تعداد گره‌های نصب‌شده Profinet برای اولین بار از Profibus  پیشی گرفت.

پیش‌بینی‌ها نشان می‌دهد که Profinet قرار است به رشد سریع‌تر خود ادامه دهد و از نظر تعداد بسیار بیشتر از Profibus و سایر فیلدباس‌ها باشد.

2# پروتکل Profibus

Profibus یک استاندارد ارتباطی فیلد باس برای فناوری اتوماسیون است.

این پروتکل مبتنی بر RS-485 می‌باشد که یک روش ارتباط سریال رایج است.

در یک شبکه Profibus، شما مسترهای Profibus و دستگاه‌های Profibus دارید.

مستر می‌تواند به‌ عنوان‌ مثال، یک PLC ،PAC یا DCS باشد و دستگاه‌ها می‌توانند طیف گسترده‌ای از دستگاه‌ها (درایوها، موتورها، ورودی/خروجی‌ها، حسگرها، دستگاه‌های میدانی، ربات‌ها، محرک‌ها) باشند.

1-2# انواع Profibus

Profibus در دو نوع لوازم جانبی غیرمتمرکز Profibus (DP) و اتوماسیون فرایند Profibus (PA) وجود دارد.

DP، با RS-485، سرعت انتقال بین 9. کیلوبیت بر ثانیه و 12 مگابیت بر ثانیه دارد.

در پیکربندی استاندارد، 31 دستگاه می‌توانند به طور هم‌زمان متصل شوند و در صورت استفاده از هاب و تکرارکننده، این سرعت تا 126 دستگاه افزایش می‌یابد.

از سوی دیگر، نرخ انتقال PA روی 31.25 کیلوبیت بر ثانیه ثابت است.

PA در اتوماسیون فرایند در محیط‌های خطرناک، جایی که این سرعت انتقال بیش از حد کافی است، محبوب‌تر است؛ اما ملاحظات ایمنی دیگری نیز مورد نیاز است.

DP به دلیل سرعت بالاتر و همچنین مقرون‌به‌صرفه بودن، در کل بسیار محبوب‌تر است.

RS-485 به دلیل پایداری کلی آن در مقایسه با سایر معماری‌های مبتنی بر سریال، به عنوان فناوری پایه برای Profibus DP  انتخاب شد.

RS-485 با یک سیستم انتقال دو سیمه، از جریان تفاضلی استفاده می‌کند که به ولتاژ هدایت شده به زمین متکی نیست.

بنابراین، RS-485 و Profibus در محیط‌های پر سروصدا مقاوم‌تر هستند و امکان کابل‌های با طول بیشتر را فراهم می‌کنند.

اگرچه اجباری نیست؛ اما کابل Profibus تا حدودی به دلیل روکش بنفش رنگ خاص خود، شناخته شده است.

2-2# اصول عملیاتی Profibus

اصل کلی Profibus، جمع‌آوری چندین ورودی و خروجی از فیلد به یک دستگاه ورودی/خروجی محلی و سپس انتقال داده‌ها از طریق تنها یک کابل به دستگاه اصلی است.

این رویکرد با حذف سخت‌افزار و کابل‌کشی اضافی، در هزینه‌ها صرفه‌جویی می‌کند.

همچنین، با ساده‌سازی نصب، نگهداری و عیب‌یابی شبکه، در زمان مهندسی نیز صرفه‌جویی می‌کند.

هنگام نصب یک شبکه Profibus، کاربران هر دستگاه را در فرایندی که معمولاً به عنوان زنجیره‌ای شناخته می‌شود، به دستگاه بعدی متصل می‌کنند که منجر به یک توپولوژی خطی می‌شود.

همچنین، آنها می‌توانند از توپولوژی‌های ستاره‌ای یا درختی برای پیکربندی‌های پیشرفته‌تر استفاده کنند، اگرچه این مورد کمتر رایج است.

علاوه بر این، پیام‌های Profibus را می‌توان به صورت بی‌سیم منتقل کرد؛ اما به رادیوهای اختصاصی از یک سازنده در هر دو انتها نیاز دارند.

3# پروتکل Profinet

Profinet بر اساس اترنت استاندارد، همان اترنتی که ممکن است در خانه یا محل کار خود با آن مواجه شده باشید، بنا شده است.

کابل‌های اترنت استاندارد برای شبکه‌های Profinet مناسب هستند.

با این حال، اکثر کاربران از کابل‌های Profinet استفاده می‌کنند که در واقع همان کابل‌های اترنت هستند که مقاوم‌سازی گشته و برای مقاومت در برابر محیط خشن یک کارخانه ساخته شده‌اند.

درست مانند Profibus، در یک شبکه Profinet، شما PLCها، PACها و DCSها و همچنین حسگرها، محرک‌ها، ربات‌ها، خوانندگان RFID و سایر ورودی/خروجی‌ها (IO) را دارید.

با این حال، به عنوان تفاوت Profibus و Profinet، در Profinet، ما به ترتیب این‌ها را کنترل‌کننده‌ها و دستگاه‌ها می‌نامیم.

1-3# اصول عملیاتی Profinet

Profinet بر اساس مدل تبادل داده ارائه‌دهنده و مصرف‌کننده است.

ارائه‌دهنده می‌تواند یک PLC یا DCS در سیستم باشد، در حالی که مصرف‌کنندگان، تمام دستگاه‌های سازگار با Profinet در شبکه هستند.

مشابه Profibus، Profinet نیز به کاربران این امکان را می‌دهد که با استفاده از مکانیسم‌های ورودی/خروجی توزیع‌شده، در هزینه‌های سیم‌کشی و نصب صرفه‌جویی کنند.

کاربران Profinet هنگام طراحی شبکه، انعطاف‌پذیری بیشتری دارند.

گزینه‌های توپولوژی متنوع، خطی، ستاره‌ای، درختی و حلقه‌ای وجود دارد.

همچنین، از آنجایی که شبکه‌های Profinet مبتنی بر اترنت هستند، نیازی به سوئیچ‌های تخصصی نیست.

می‌توانید از سوئیچ‌های اترنت استاندارد برای پیاده‌سازی گزینه‌های توپولوژی انعطاف‌پذیر و مقرون‌به‌صرفه استفاده کنید.

تنها الزام سوئیچ‌ها، سرعت ۱۰۰ مگابیت در ثانیه و دوطرفه کامل است.

به لطف پهنای باند بالاتر، پیام‌های بزرگ‌تر می‌توانند از طریق این شبکه‌ها منتقل شوند.

همچنین، Profinet امکان استفاده از تعداد نامحدودی گره را فراهم می‌کند.

همچنین، می‌توان پیکربندی‌های مبتنی بر بی‌سیم را با Profinet پیاده‌سازی کرد.

این ساختار از WLAN و بلوتوث به عنوان بخشی از مشخصات خود پشتیبانی می‌کند.

بنابراین، اتصالات بی‌سیم را بدون محدودیت، حتی با پیام‌های ایمنی (PROFIsafe) امکان‌پذیر می‌کند.

4# تفاوت Profibus و Profinet

Profibusو Profinet دو اصطلاحی هستند که اغلب با یکدیگر اشتباه گرفته می‌شوند.

هر دو شبکه‌های میدانی هستند که بخشی از پروتکل‌های اتوماسیون صنعتی محسوب می‌شوند.

با این حال، تفاوت‌های قابل توجهی بین این دو از جنبه‌های مختلف وجود دارد و به همین دلیل برای اهداف مختلفی در صنایع استفاده می‌شوند.

از جمله تفاوت Profibus و Profinet می‌توان زمینه‌های زیر را بررسی کرد:

1-4# تفاوت فنی

بررسی تفاوت Profibus و Profinet به این صورت است که شبکه‌های Profibus می‌توانند به سرعت‌هایی تا ۱۲ مگابیت بر ثانیه دست یابند، اگرچه اکثر آنها با سرعت ۱.۵ مگابیت بر ثانیه کار می‌کنند.

اندازه تلگرام می‌تواند تا ۲۴۴ بایت، با فضای آدرس محدود به ۱۲۶ دستگاه در هر شبکه افزایش یابد.

شبکه‌های Profinet به سرعت‌های ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه یا حتی ۱ گیگابیت بر ثانیه و بالاتر دست می‌یابند.

اندازه تلگرام می‌تواند به ۱۴۴۰ بایت برسد و هیچ محدودیتی در فضای آدرس وجود ندارد.

در حالی که مشخصات، فضای آدرس را محدود نمی‌کند، کنترل‌کننده‌های منفرد بر اساس پردازنده‌ها و حافظه خود محدودیت‌هایی خواهند داشت.

گذار از RS-485 به اترنت، نشان‌دهنده حرکت به سمت فناوری پیشرفته‌تر است.

از آنجایی که Profinet منحصراً از اترنت استاندارد استفاده می‌کند، آینده‌نگر است.

با تکامل اترنت تجاری، PROFINET می‌تواند از این پیشرفت‌ها بهره‌برداری کند.

هنگامی که Profinet معرفی شد، اترنت 100 مگابیت بر ثانیه استاندارد بود.

در حال حاضر، Profinet به طور یکپارچه بر روی اترنت گیگابیت امروزی (و بالاتر) عمل می‌کند.

تغییر به فناوری مبتنی بر اترنت، پهنای باند بیشتر، اندازه پیام‌های بزرگ‌تر و فضای آدرس نامحدود را امکان‌پذیر می‌کند.

2-4# انتقال داده (مستر، اسلیو به ارائه‌دهنده یا مصرف‌کننده)

در زمینه تفاوت Profibus و Profinet از لحاظ روش انتقال داده،  Profibus  از مدل ارباب/برده استفاده می‌کند، در حالی که Profinet از طرح ارائه‌دهنده/مصرف‌کننده استفاده می‌کند.

در Profinet، هم کنترل‌کننده‌ها و هم دستگاه‌ها، مصرف‌کننده‌ها و ارائه‌دهندگان فعال داده‌ها هستند. این انعطاف‌پذیری کلید ایجاد ارتباطات دوطرفه کارآمد است.

همچنین اگر کاربرد شما الزامات ساده‌تری مانند انتقال داده‌های اولیه و تقاضای عملکرد بلادرنگ کمتر دارد، Profibus ممکن است کافی باشد.

این برای کاربردهای صنعتی کمتر پیچیده مناسب است؛ ولی اگر برنامه شما نیاز به انتقال داده سریع‌تر و قابل‌اعتمادتر در زمان واقعی دارد، Profinet انتخاب برتر است.

در بررسی تفاوت Profibus و Profinet پروفینت می‌تواند نرخ داده بالاتری را مدیریت کند و ویژگی‌های اتوماسیون پیشرفته‌تری را ارائه می‌دهد.

3-4# پروکسی

در آغاز شرکت‌ها دروازه‌هایی (gateway) ابداع کرده‌اند که از شبکه‌های دیگر به Profibus ترجمه می‌شوند؛ اما Profinet با تعریف پروکسی‌ها در مشخصات خود، یک قدم فراتر رفته است.

پروکسی‌ها از این نظر که یک شبکه را به شبکه دیگر ترجمه می‌کنند، شبیه دروازه‌ها هستند؛ اما برخلاف دروازه‌ها، توسط یک استاندارد باز تعریف می‌شوند.

Profinet پروکسی‌هایی برای Profibus DP ،PA Profibus، AS-i ،O-Link ،DeviceNet ،Foundation Fieldbus ،CANopen، Modbus ،HART و موارد دیگر ارائه می‌دهد.

برای مثال، پروکسی‌های IO-Link و AS-i امکان ارتباط با دستگاه‌های هوشمند فاقد پورت اترنت را فراهم می‌کنند.

Brownfield از Profibus  و Greenfield از Profinet استفاده می‌کند.

یک سایت Brownfield که از قبل به Profibus مجهز شده است، می‌تواند به اضافه کردن گره‌های Profibus ادامه دهد.

با این حال، اگر نیاز به گنجاندن قابلیت اترنت دارید، در نظر گرفتن یک پروژه Profinet کوچک‌تر می‌تواند ارزشمند باشد.

4-4# سناریوهای کاربردی و الزامات عملکرد

تفاوت‌های قابل توجهی در سناریوهای کاربردی و الزامات عملکرد بین Profibus و Profinet وجود دارد.

پروتکل Profibus به طور گسترده در زمینه‌های مختلف اتوماسیون صنعتی، مانند تولید، کنترل فرایند و اتوماسیون ساختمان استفاده می‌شوند.

این استاندارد و تجهیزات وابسته به آن، برای سیستم‌های اتوماسیون صنعتی کوچک و متوسط مناسب است و با محصولات تولیدکنندگان تجهیزات متعدد، مانند حسگرها، محرک‌ها، PLCها (کنترل‌کننده‌های منطقی قابل برنامه‌ریزی) و مبدل‌های فرکانس سازگار است.

در نقطه مقابل  Profinet برای سیستم‌ها و برنامه‌های اتوماسیون صنعتی در مقیاس بزرگ با نیازهای ارتباطی بلادرنگ بالا مناسب‌تر است و به طور گسترده در زمینه‌هایی مانند کنترل ربات، اتوماسیون فرایند و اتوماسیون کارخانه استفاده می‌شود و نرخ‌های ارتباطی بالاتر، ساختارهای توپولوژی انعطاف‌پذیرتر و مقیاس‌پذیری قوی‌تری را ارائه می‌دهد.

علاوه بر این، Profinet همچنین از ویژگی‌های امنیتی مانند رمزگذاری داده‌ها و احراز هویت پشتیبانی می‌کند و امنیت شبکه بالاتری را فراهم می‌کند که این به یک تفاوت Profibus و Profinet مطرح است.

5-4# کاربردپذیری برای کسب و کار شما

Profibus و Profinet ویژگی‌ها و مزایای متمایزی دارند. انتخاب بین آنها به وضعیت فعلی تأسیسات شما و آرزوهای آینده‌تان بستگی دارد.

انتخاب بین Profibus و Profinet به عوامل متعددی از جمله سیستم موجود، نیازهای خاص و اهداف آینده شما بستگی دارد.

در اینجا چند دستورالعمل کلی برای بررسی هر فناوری ارائه شده است.

در بررسی تفاوت Profibus و Profinet، اگر یک محیط Profibus جاافتاده و نیازهای ساده‌تری دارید، Profibus  می‌تواند یک راه حل مناسب باشد.

اگر به دنبال یک زیرساخت مدرن و آینده‌نگر با نیازهای عملکرد بالا، برنامه‌های کاربردی پیچیده و نیاز به انعطاف‌پذیری هستید، Profinet انتخاب بهتری است.

لازم به ذکر است که Profibus هنوز هم در سراسر جهان مورد استفاده قرار می‌گیرد.

با این حال، متوجه شده‌ایم که امروزه شرکت‌های بیشتری (به‌ویژه شرکت‌های لجستیک) به طور فزاینده‌ای به سمت سیستم‌های Profinet روی می‌آورند.

6-4# نوع کابل و ویژگی‌های انتقال

از نظر نوع کابل و ویژگی‌های انتقال، تفاوت Profibus و Profinet کاملاً مشهود است.

کابل‌های Profibus معمولاً به چندین نوع مانند کابل‌های DP، کابل‌های PA و کابل‌های FMS تقسیم می‌شوند که برای سناریوهای کاربردی مختلف مناسب هستند.

به‌ عنوان‌ مثال، کابل‌های DP Profibus عمدتاً برای کاربردهای کنترل و انتقال داده در زمان واقعی استفاده می‌شوند و برای اتصال دستگاه‌ها در مجاورت نزدیک مناسب هستند.

کابل Profibus PA  در زمینه اتوماسیون فرایند استفاده می‌شود، برای اتصال تجهیزات با فواصل طولانی و محیط‌های پیچیده مناسب بوده و دارای ویژگی‌هایی مانند مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی و جلوگیری از انفجار است.

کابل‌های Profinet عمدتاً مبتنی بر استانداردهای اترنت هستند و از ساختار ستاره‌ای پیچ خورده، با نرخ انتقال بالاتر و توپولوژی انعطاف‌پذیرتر استفاده می‌کنند.

همچنین کابل‌های Profinet نه تنها از توپولوژی‌های مختلفی مانند ستاره‌ای، حلقه‌ای و سیمی پشتیبانی می‌کنند؛ بلکه به طور یکپارچه با سایر دستگاه‌های اترنت ادغام می‌شوند و از پروتکل‌های مختلف اترنت صنعتی مانند EtherNet/IP و Modbus TCP پشتیبانی می‌کنند.

علاوه بر این، کابل‌های Profinet از مقیاس‌پذیری و قابلیت همکاری قوی‌تری برخوردار هستند و می‌توانند به طور یکپارچه با سایر دستگاه‌های اترنت متصل شوند و انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان سیستم را بهبود بخشند.

7-4# الزامات انتخاب و نصب کابل

از نظر انتخاب و نصب کابل، تفاوت Profibus و Profinet به این حالت است که برای کابل‌های Profibus، لازم است نوع کابل مناسب بر اساس سناریوی کاربردی، مانند کابل‌های DP، کابل‌های PA یا کابل‌هایFMS، انتخاب شود.

در عین حال، باید به فاصله انتقال و قابلیت ضد تداخل کابل توجه شود تا پایداری و قابلیت اطمینان سیگنال تضمین شود.

همچنین در طول فرایند نصب، لازم است خط انتقال و سیم اتصال زمین کابل باس به درستی متصل شوند، از قابلیت اطمینان اتصال زمین اطمینان حاصل شود و اقدامات لازم برای محافظت از کابل باس در برابر آسیب فیزیکی یا خوردگی شیمیایی انجام شود.

در نقطه مقابل برای کابل‌های Profinet، لازم است کابل‌های اترنت Cat 5e یا Cat 6 را که مطابق با استانداردهای اترنت هستند انتخاب کنید و طول کابل و ساختار توپولوژی مناسب را با توجه به نیازهای واقعی انتخاب نمایید.

در طول فرایند نصب، باید به روش کابل‌کشی و حفاظت از محیط زیست توجه شود و از تقاطع با سایر کابل‌ها یا منابع تداخل جلوگیری شود تا کیفیت انتقال سیگنال و پایداری سیستم تضمین شود.

جمع‌بندی

به طور خلاصه، Profibus یک پروتکل اتوماسیون کلاسیک و سنتی مبتنی بر ارتباط سریال است در حالی که Profinet یک پروتکل اتوماسیون پیشرفته جدیدتر مبتنی بر اترنت صنعتی می‌باشد.

در منظر مقایسه این دو پروتکل، پروفایل‌های کاربردی یکسانی دارند که اساساً به این معنی است که آنها دستورالعمل‌های مشابهی دارند که توسط دسته‌های مختلف دستگاه‌ها در یک شبکه، در طول ارتباط، دنبال می‌شوند.

این پروفایل‌ها امکان برنامه‌ریزی و عملکرد روان سیستم‌ها و دستگاه‌های اتوماسیون را فراهم می‌کنند.

گذشته از این، آنها از نظر مفاهیم مهندسی نیز بسیار شبیه به هم هستند و از فایل‌های توضیحات عمومی ایستگاه برای تعریف سخت‌افزار برای هر دستگاه استفاده می‌کنند.

با این حال، نوع فایل متفاوت است.

جدا از پیشینه مشابه و پرداختن به یک هدف استراتژیک برای استانداردسازی روش‌های ارتباطی، Profinet و Profibus دو پروتکل اساساً متفاوت هستند که به خوبی در صنعت هم‌زیستی دارند.

اما تفاوت Profibus و  Profinet عمدتاً در مبانی فنی، توپولوژی، پروتکل‌ها و طیف کاربردها نهفته است و انتخاب پروتکل ارتباطی مناسب به سناریو و الزامات کاربرد خاص بستگی دارد.