PROFIBUS DP vs. PA: Was sind die Hauptunterschiede?

PROFIBUS ist nach wie vor führend in der seriellen Feldbustechnologie, obwohl es diesen bereits seit 1989 gibt. Es stimmt, dass sich die Welt allmählich auf Industrial Ethernet für die industrielle Datenkommunikation verlagert. Dennoch hat PROFIBUS immer noch eine große Zukunft.

Die Verbreitung und Beliebtheit von PROFIBUS in der Fertigungs- und Prozessindustrie ist vor allem auf zwei Eigenschaften zurückzuführen: seine Fähigkeit, komplexe Automatisierungsanforderungen zu erfüllen, und seine Fähigkeit, zwischen Geräten verschiedener Hersteller zu kommunizieren, ohne dass die Schnittstellen angepasst werden müssen.

Es gibt zwei Varianten: PROFIBUS DP und PROFIBUS PA. Von beiden wird PROFIBUS DP als
„Standard” angesehen, weil er in industriellen Anwendungen am häufigsten anzutreffen ist. Beide Varianten verwenden jedoch genau das gleiche Nachrichtenprotokoll und können für kritische Anwendungen und komplizierte Kommunikationsaufgaben verwendet werden.

Dennoch gibt es wichtige Unterschiede, die wir uns im Folgenden genauer ansehen wollen.

Wie funktioniert PROFIBUS DP?

Die Abkürzung DP steht für Dezentrale Peripheriegeräte. Es wurde für verschiedene Anwendungen in der Fabrik- und Prozessautomatisierung entwickelt und verwendet die RS-485 als physikalische Ebene, die lange Verkabelungsstrecken in elektrisch verrauschten Umgebungen ermöglicht und mehrere Geräte am selben Bus unterstützen kann.

Die wichtigsten Merkmale von PROFIBUS DP sind die hohe Übertragungsgeschwindigkeit und der einfache Datenaustausch. Er kann mit Baudraten von 9,6kbps bis 12Mbps betrieben werden. Darüber hinaus ist die maximale Kabellänge umgekehrt proportional zur Baudrate. Mit anderen Worten: je höher die Baudrate, desto kürzer das Kabel.

Typische Geräte sind Remote IO, Frequenzumrichter, HMI-Panels und Stellantriebe. Die Signale werden über zweiadrige (verdrillte) Kabel transportiert, und die Eigenschaften sind von der internationalen PROFIBUS-Organisation (PI) standardisiert.

PROFIBUS DP verwendet normalerweise Bustopologien, bei denen alle Geräte parallel zum Kabel angeschlossen sind (siehe Abbildung unten). Sie können bis zu 32 Knoten in einem Segment haben, aber Repeater können verwendet werden, um Segmente zu erweitern und andere Arten von Topologien zu schaffen. Repeater können auch als galvanische Isolierung zwischen elektrischen Segmenten dienen, um elektrische Störungen zu isolieren.

Wie funktioniert PROFIBUS PA?

PA steht für Prozessautomatisierung. Es wurde für die Prozessautomatisierung entwickelt, die oft langsamere Verfahren erfordert und explosiven oder gefährlichen Bedingungen ausgesetzt sein kann. Hier sind Sicherheit und Interoperabilität von entscheidender Bedeutung.

Die physikalische Ebene von PROFIBUS PA ist Manchester Encoded Bus Powered Intrinsically Safe (MBP-IS), was eine synchrone Datenübertragung ermöglicht. Anders als bei der DP-Variante werden bei PROFIBUS PA Daten und Energie über dieselben zwei Adern des Kabels übertragen. Die Kabeleigenschaften sind zwar unterschiedlich, aber dennoch von PI genormt.

Der eigensichere Aspekt dieser Architektur eignet sich besonders für Geräte, die sich in gefährlichen Umgebungen befinden, da er die Energiezufuhr zum Feld begrenzt. Dadurch entfällt die traditionelle Einschließungsmethode, die bei Modbus verwendet wird.

Ein weiterer Unterschied bei dieser Variante ist die Signalbaudrate. PROFIBUS PA verwendet 31,25 Kbps. Diese physikalischen und signaltechnischen Änderungen erleichtern die Verwendung von Stern- und anderen Topologien (siehe Bild unten). Die Kabellänge wird durch die vorgesehene Sicherheitsumgebung oder die Ex-Zone (der als explosionsgefährdet eingestufte Bereich) bestimmt.

Steuerungen, die für explosionsgefährdete Umgebungen ausgelegt sind, können sehr teuer sein. Deshalb werden bei PROFIBUS PA DP/PA-Koppler oder Links verwendet, um PROFIBUS DP-Steuerungen oder -Master mit PROFIBUS PA-Geräten zu verbinden. DP/PA-Koppler funktionieren wie PROFIBUS-DP-Repeater. Sie haben jedoch auf der einen Seite eine PROFIBUS DP-Schnittstelle und auf der anderen Seite eine PROFIBUS PA-Schnittstelle. Dies kann dem Anwender erhebliche Kosten ersparen, aber DP/PA-Koppler haben einen Nachteil: Sie erlauben die Datenübertragung nur mit einer langsamen Baudrate. DP/PA-Links sind komplexer. Vereinfacht gesagt verfügen DP/PA-Links über ein Puffersystem, um alle Baudraten von PROFIBUS DP nutzen zu können.

Zusammenfassung

PROFIBUS DP und PROFIBUS PA verwenden beide das gleiche Nachrichtenprotokoll und sind in der industriellen Automatisierung weit verbreitet. Jede Variante zielt jedoch auf unterschiedliche Anwendungen ab. Hier ist eine praktische Übersicht, um alles zusammenzufassen:

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