Profibus
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PROFIBUS (Process Field Bus) はファクトリーオートメーションにおけるフィールドバス（en:Fieldbus）通信の標準の1つで、ドイツ連邦教育・研究省が1989年に助成を開始した。産業用イーサネットの規格であるPROFINETとは異なる。
始まり[編集]
PROFIBUSの歴史は、ドイツで1987年に21の企業や研究所が集まってフィールドバスの開発計画を策定し、政府が助成したことに始まる。目標は、フィールドバスインタフェースの基本的な要求に基づいた、ビットシリアルフィールドバスを実装しその使用を広めることであった。この目的のため、各参加企業はファクトリオートメーションとプロセスオートメーション[1]に共通する技術的コンセプトのサポートに合意した[2]。まず複雑な通信プロトコル Profibus FMS (Field bus Message Specification) が策定された。そして1993年、より単純でより高速な PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) が FMS の後継として完成した。
使用法[編集]
PROFIBUS には2つのバリエーションがある。よく使われているのは DP で、PA の利用は少ない。
- PROFIBUS DP (Decentralized Peripherals) は生産現場で集中制御装置がセンサ群やアクチュエータ群を操作・運用するのに使われる。多くの標準診断オプションがある。他にも（Profibus FMS と同様）制御装置同士を接続したネットワークでの通信でも使われる。転送レートは、ツイストペアケーブルや光ファイバーを使って最大12Mbit/sが可能である。
- PROFIBUS PA (Process Automation) はプロセス制御システムの測定装置の監視に使われる。防爆エリア（Ex-zone 0 および 1）での使用に最適である。バスの導線上には弱い電流しか流れないため、誤動作が起こっても爆発の誘引となるようなスパークを発生しない。ただし、そのためにデータ転送レートが低く、31.25kbit/s である。
PROFIBUS は組み立てラインのオートメーションにもプロセスオートメーションにも使われている。世界中で2000万台以上のPROFIBUS機器が使われている（2007年現在）。
テクノロジー[編集]
| OSIレイヤー | PROFIBUS | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 7 | アプリケーション層 | DPV0 | DPV1 | DPV2 | マネジメント | ||
| 6 | プレゼンテーション層 | -- | |||||
| 5 | セッション層 | ||||||
| 4 | トランスポート層 | ||||||
| 3 | ネットワーク層 | ||||||
| 2 | データリンク層 | FDL | |||||
| 1 | 物理層 | EIA-485 | 光 | MBP | |||
アプリケーション層[編集]
様々なサービスレベルに対応したDPプロトコルが定義されている。
- DP-V0 は、データと診断の周期的交換を行う。
- DP-V1 は、周期的/非周期的データ交換と警報処理を行う。
- DP-V2 は、等時間隔モードとデータ交換ブロードキャストが可能（スレーブ同士の通信）。
セキュリティ層（データリンク層）[編集]
セキュリティ層 FDL (Field bus Data Link) は、トークン・パッシングとマスタースレーブを組み合わせたような方式で働く。PROFIBUS DP では、制御装置やプロセス制御システムがマスターで、センサ群やアクチュエータ群がスレーブとなる。
メッセージにはいくつかの型があり、開始デリミタ (SD) で識別される。
データ無し: SD1 = 0x10
| SD1 | DA | SA | FC | FCS | ED |
可変長データ: SD2 = 0x68
| SD2 | LE | LEr | SD2 | DA | SA | FC | DSAP | SSAP | PDU | FCS | ED |
固定長データ: SD3 = 0xA2
| SD3 | DA | SA | FC | PDU | FCS | ED |
トークン: SD4 = 0xDC
| SD4 | DA | SA | ED |
肯定応答(ACK): SC = 0xE5
| SC |
- SD: 開始デリミタ
- LE: PDUの長さ（DA,SA,FC,DSAP,SSAPを含む）
- LEr: PDUの反復（ハミング距離 = 4）
- FC: 機能コード
- DA: 送信先アドレス
- SA: 発信元アドレス
- DSAP: 送信先SAP
- SSAP: 発信元SAP
| SAP（十進） | サービス |
|---|---|
| デフォルト 0 | Cyclical Data Exchange (Write_Read_Data) |
| 54 | Master-to-Master SAP (M-M Communication) |
| 55 | Change Station Address (Set_Slave_Add) |
| 56 | Read Inputs (Rd_Inp) |
| 57 | Read Outputs (Rd_Outp) |
| 58 | Control Commands to a DP Slave (Global_Control) |
| 59 | Read Configuration Data (Get_Cfg) |
| 60 | Read Diagnostic Data (Slave_Diagnosis) |
| 61 | Send Parameterization Data (Set_Prm) |
| 62 | Check Configuration Data (Chk_Cfg) |
注: SAP55 はオプションであり、アドレスを書き換えられない装置ではサポートしていない。
- PDU: Protocol Data Unit（プロトコルデータ）
- FCS: Frame Check Sequence
- ED: 終了デリミタ (= 0x16 !)
FCSは単純に指定された長さにある各バイトを加算して計算される。オーバーフローは無視される。各バイトには偶パリティが付けられ、スタートビットとストップビット付きで非同期に転送される。メッセージ転送中は、あるバイトのストップビットと次のバイトのスタートビットの間は空けないことが多い。また、メッセージの前に33ビットぶんのSYNポーズ（"1" がバスのアイドル状態）を置く。
ビット転送層（物理層）[編集]
ビット転送層には3種類の方式が指定されている。
- EIA-485に準じた電気通信
- 波動インピーダンス150オームのツイストペアケーブルを使ったバス型のネットワーク。ビットレートは9.6kbit/sから12Mbit/s。ケーブル長は100mから1200m（転送レートによって異なる）で、それ以上はリピータを必要とする。この方式は PROFIBUS DP で主に使われている。
- 光ファイバーによる光通信
- スター型、バス型、リング型のネットワークがある。リピータ間の距離は最大15km。リング型では多重化も可能。
- MBP (Manchester Bus Powered)
- データと電力を同じケーブルで供給する方式。防爆エリアでの電力使用を低減できる。バス型で最大1900mの長さであり、支線（最大60m）を出すことができる。ビットレートは31.25kbit/s固定。PROFIBUS PA を使ったプロセスオートメーション向けに開発された。
無線を使ったデータ転送を行う実装もなされているが、それらは標準に準拠したものではない。
標準化[編集]
PROFIBUS は1991年と1993年に DIN 19245 となり、1996年には EN 50170、1999年には IEC 61158/IEC 61784 となった。
関連団体[編集]
PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PROFIBUS User Organization, PNO) は1989年に設立された。ドイツの製造業者とユーザーで構成される団体である。1992年、ドイツ以外で最初の団体が創設された（スイス）。翌年以降、続々と各国にPROFIBUSとPROFINETに関する団体が創設されていった。現在では25カ国にそのような業界団体がある。1995年、それら団体の上位団体として PROFIBUS & PROFINET International (PI) が創設された。
注[編集]
- ^ 英語版原文は「production (i.e. discrete or factory automation) and process automation」とあり、個々の機器内の自動化（のための機器内の通信）と、機器間の通信により工場などのプロセス全体の自動化、の両方という意図と思われる。
- ^ 英語版原文は「agreed to support a common technical concept for ...」
関連項目[編集]
外部リンク[編集]
- PROFIBUS Technology and Application - System Description - ウェイバックマシン（2009年4月26日アーカイブ分）
- PROFIBUS & PROFINET International
- 日本プロフィバス協会
| 主要項目 | |
|---|---|
| コンピュータバス規格 |
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| ストレージバス規格 | |
| ペリフェラルバス規格 | |
| オーディオ規格 | |
| コンピュータバス規格 （ポータブル） | |
| コンピュータバス規格 （組み込み） | |
| ビークルバス | |
| 典拠管理データベース: 国立図書館 |
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