PROFIBUS DP vs PA: quali sono le differenze principali?

Nonostante esista dal 1989, PROFIBUS continua a essere il punto di riferimento per quanto riguarda la tecnologia Fieldbus seriale. Anche se è vero che il mondo sta passando gradualmente ad Ethernet industriale per la comunicazione di dati industriali, PROFIBUS continua ad avere un futuro brillante davanti a sé.

La diffusione e la popolarità di PROFIBUS nei settori della produzione e dei processi sono dovute in larga parte a due caratteristiche: la capacità di rispondere a requisiti complessi di automazione e la comunicazione fra dispositivi di produttori diversi senza bisogno di regolare le interfacce.

Esistono due varianti, PROFIBUS DP e PROFIBUS PA. Delle due, PROFIBUS DP è considerata la versione “standard” semplicemente perché viene usata più spesso nelle applicazioni industriali. Tuttavia, entrambe le versioni usano esattamente lo stesso protocollo di messaggeria e possono essere utilizzate per applicazioni critiche e compiti di comunicazione complessi.

Detto ciò, ci sono delle differenze chiave da discutere.

Come funziona PROFIBUS DP?
DP sta per Decentralised Peripherals. Questa versione è stata sviluppata per varie applicazioni di automazione in fabbrica e dei processi e utilizza RS-485 come livello fisico, il che consente distanze di cablaggio elevate in ambienti rumorosi dal punto di vista elettrico e permette di supportare vari dispositivi sullo stesso bus.

Le caratteristiche principali di PROFIBUS DP sono una velocità di trasmissione elevata e uno scambio semplice dei dati. Questa versione può essere eseguita a baud rate da 9,6 Kbps a 12 Mbps. Inoltre, la lunghezza massima del cavo è inversamente proporzionale al baud rate. In altre parole, quanto più alto è il baud rate, tanto più corto è il cavo.

I dispositivi tipici sono gli IO remoti, gli inverter, i pannelli HMI e gli attuatori. I segnali vengono trasportati su due fili (cavo a una coppia ritorto) e le caratteristiche sono standardizzate dall’organizzazione PROFIBUS (PI) internazionale.

PROFIBUS DP in genere usa le topologie a bus, dove tutti i dispositivi sono connessi in parallelo al cavo (come nella figura seguente). Sono consentiti fino a 32 nodi in un segmento, ma è anche possibile usare i ripetitori per estendere i segmenti e creare altri tipi di topologie. I ripetitori possono fungere anche da isolamento galvanico fra segmenti elettrici allo scopo di isolare le interferenze elettriche.

 

Come funziona PROFIBUS PA?
PA sta per Process Automation. Questa versione è stata sviluppata per l’ambiente di automazione dei processi, che spesso richiede procedure più lente e può essere soggetto a condizioni pericolose o a rischio di esplosione. In questo caso, la sicurezza e l’interoperabilità sono essenziali.

Lo strato fisico di PROFIBUS PA è Manchester Encoded Bus Powered Intrinsically Safe (MBP-IS), il che permette una trasmissione sincrona dei dati. A differenza della variante DP, PROFIBUS PA trasmette dati e alimentazione lungo gli stessi due fili del cavo. Sebbene le caratteristiche del cavo siano diverse, queste sono comunque standardizzate da PI.

L’aspetto intrinsecamente sicuro di questa architettura è particolarmente indicato per i dispositivi che si trovano in ambienti pericolosi dal momento che limita l’alimentazione che raggiunge il campo. Ciò elimina la necessità del tradizionale metodo di contenimento usato da Modbus.

Un’altra differenza di questa variante sta nel baud rate del segnale. PROFIBUS PA usa 31,25 Kbps. Questi cambiamenti fisici e di segnale facilitano l’uso della topologia a stella e di altre topologie (come nella figura seguente). La lunghezza del cavo è determinata dall’ambiente di sicurezza previsto o dalla Zona Ex (l’area nominale di pericolo di esplosione).

 

I controller progettati per gli ambienti pericolosi possono essere molto costosi. Per questo motivo, PROFIBUS PA utilizza accoppiatori DP/PA oppure collegamenti per connettere i controller o i master PROFIBUS DP ai dispositivi PROFIBUS PA. Gli accoppiatori DP/PA funzionano come ripetitori PROFIBUS DP. Tuttavia, questi hanno un’interfaccia PROFIBUS DP su un lato e un’interfaccia PROFIBUS PA sull’altro. Ciò può permettere all’utente di risparmiare somme importanti, ma gli accoppiatori DP/PA presentano anche uno svantaggio: infatti, questi consentono la trasmissione dei dati solo a un baud rate lento. I collegamenti DP/PA sono più complessi. In poche parole, i collegamenti DP/PA hanno un sistema di buffering che consente l’utilizzo di tutti i baud rate su PROFIBUS DP.

Riepilogo
PROFIBUS DP e PROFIBUS PA utilizzano entrambi lo stesso protocollo di messaggeria e sono entrambi ampiamente utilizzati nell’automazione industriale. Tuttavia, ciascuna variante si riferisce ad applicazioni diverse. Di seguito viene riportata un’utile panoramica di riepilogo:

Tipo	Scopo	Tecnologia	Baud rate	Cavo	Lunghezza del cavo e limitazione	Topologia
PROFIBUS DP	Veloce	RS-485	Fino a 12 Mbps	Doppino ritorto schermato. Solo dati.	Fino a 120 m. Baud rate.	Bus
PROFIBUS PA	Sicurezza in caso di esplosione (Ex)	MBP-IS	Solo 31,25 Kbps	Doppino ritorto schermato. Dati e alimentazione.	Fino a 1900 m. Zona Ex.	Bus, stella, albero

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