프로피버스(Profibus)의 정의, 특징, 통신 구성

< 프로피버스 정의, 특징, 통신 구성 >

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1. 프로피버스(Profibus)란?

프로피버스(Profibus)는 Process Field Bus의 합성어다. 필드버스 통신 표준이다. 1989년 BMBF에서 사용을 장려했고 지멘스에서 사용했다. 여러 입출력을 로컬 IO 장치로 수집하고 하나의 케이블로 데이터를 마스터로 전송하는 것이다. Profibus FMS, PA, DP 세 가지 종류가 있다. 프로피버스 통신 방식은 마스터(Master)와 슬레이브(Slave)로 구성된다. 마스터는 버스 액세스 권한을 보유할 수 있으며 외부 요청 없이 슬레이브에 메시지를 보낼 수 있다. 반면에 슬레이브는 버스 액세스 권한이 없고 마스터에서 보낸 메시지를 전달받고 응답만 할 수 있다.

 

- 인터페이스 : RS-485 통신

- 속도 : 1.5Mbps(최대 12Mbps)

- 데이터 교환 : 마스터 슬레이브 단방향 제어

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1.1. 프로피버스 FMS(Profibus-FMS)

FMS는 Fieldbus Message Specification의 줄임말이다. Cell Level 통신에 적용하기 위해 개발된 통신 방식으로 여러 대의 마스터를 가진 시스템에서 Cell 상호 간의 통신이 필요할 때 적용된다. 폭넓은 유연성을 제공하므로 다양한 통신이 필요한 곳에 많이 사용된다.

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1.2. 프로피버스 DP(Profibus-DP)

DP는 Decentralized Periphery의 줄임말이다. 실시간 처리 능력을 갖는 빠른 통신 속도를 보장한다. 주변 장치와의 케이블 설치 비용을 절감할 수 있으며 Field Level 안에서 자동화 시스템과 주변장치 사이 통신을 위해 널리 이용되고 있다. 24V 전압신호, 0~20mA 전류 신호 전송을 대체하는데 적합하다.

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1.3. 프로피버스 PA(Profibus-PA)

PA는 Process Automation의 줄임말이다. 폭발 위험이 존재하는 곳에서 센서와 트랜스미터의 연결이 가능하여 안전하다. IEC 1158-2 표준에 준해 한 개(두 가닥)의 케이블로 장비의 전원 공급과 데이터 통신이 가능하다.

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2. 프로피버스(Profibus) 통신 구성

산업 현장에서 PLC, 센서, 액추에이터를 구성할 때 아래와 같이 PLC I/O 카드로부터 센서와 액추에이터가 있는 영역까지 케이블(100m)을 설치했어야만 했다. PLC와 센서 및 액추에이터의 거리만큼 케이블이 포설되어야 하기 때문에 작업도 어렵고 케이블 설치 비용이 과다했다.

< 기존 통신 방식 >

하지만 아래 그림과 같이 프로피버스 통신 방식을 적용하면 구성이 훨씬 간단해진다. 메인 컨트롤러와 I/O 모듈 사이에 네트워크 버스를 추가하여 I/O를 분산시킨다. 센서와 액추에이터가 있는 곳에 리모트 I/O를 설치하고 새로운 인터페이스 모듈을 추가한다. 그리고 메인 제어반에 있는 PLC로부터 리모트 I/O에 있는 인터페이스 모듈에 프로피버스 통신 케이블을 연결한다. 이래서 Decentralized Periphery(분산화된 주변기기)이라는 접미사가 쓰인 것이다. 일반적으로 분산형 주변 장치를 리모트 I/O(Remote I/O)라고 부른다. 배선 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며 데이터 전송 방식이 디지털이라서 산업 환경 노이즈의 영향이 덜하여 제어 영역과 현장 영역 간의 데이터 통신이 더욱 견고해지는 장점이 있다.

< 프로피버스 통신 방식 >

하지만 위와 같은 방식에서는 프로피버스 통신 케이블(보라색)에 문제가 생기면 모든 센서와 액추에이터와의 통신이 단절되는 문제점이 있다. 이 문제가 발생하지 않도록 하기 위해서 아래와 같이 하이브리드 방식으로 구성하기도 한다. 아래와 같은 구성을 하면 프로피버스 통신 케이블에 문제가 생기더라도 하드 와이어링으로 결선되어 있는 센서, 액추에이터와는 데이터를 주고받을 수 있다.

< 프로피버스 통신 방식(하이브리드) >

또는 아래와 같이 중복 네트워크를 활용하는 방법도 있다. 메인 통신 케이블이 끊어지면 다른 케이블로 데이터 전송을 전환할 수 있다. 이와 같이 프로피버스-DP는 PLC의 I/O 모듈을 분산하여 배선양을 줄여 비용을 절약하고 네트워크 설치, 유지 관리 및 문제 해결을 간소화할 수 있는 통신 방식 중 하나다.

< 프로피버스 통신 방식(중복 네트워크) >