پروفی باس به‌عنوان یکی از مهم‌ترین پروتکل‌های استاندارد IEC61158، به‌منظور اتصال تجهیزات و ادوات موجود در سطح پروسه و کنترل هرم اتوماسیون همچون ادوات I/O توزیع‌شده، درایوها، PLC ها، HMI ها، IPC ها و…، طراحی و توسعه‌یافته است. این سیستم فیلدباسِ باز و با پاسخ‌های زمانی کوتاه، با بیش از ۴۰.۱ میلیون تجهیز نصب‌شده در سرتاسر جهان، به‌عنوان پرکاربردترین استاندارد فیلد باس شناخته می‌شود و تنها فیلدباسی است که از قابلیت استفاده در هر دو کاربرد اتوماسیون کارخانه‌ای و اتوماسیون فرآیندی برخوردار می‌باشد. نسخه مخصوص کاربردهای اتوماسیون کارخانه‌ای این پروتکل تحت عنوان «Profibus DP» و نسخه مخصوص کاربردهای اتوماسیون فرآیندی آن تحت عنوان «Profibus PA» شناخته می‌شوند. این دو نسخه علی‌رغم برخی تفاوت‌ها، از ساختار انتقال داده مشابهی استفاده می‌نمایند و این امر یکپارچه‌سازی دو شبکه را تسهیل می‌نماید. در ادامه به معرفی و تبیین برخی از مهم‌ترین ویژگی‌ها و قابلیت‌های دو نسخه پروتکل پروفی باس پرداخته می‌شود.

پروتکل پروفی باس DP

(Profibus Decentralised Peripherals (Profibus DP

پروتکل Profibus DP تنها از سه لایه مدل OSI شامل لایه فیزیکی، لایه پیوند داده و لایه کاربرد استفاده می‌نماید. لایه فیزیکی این پروتکل بر مبنای تکنولوژی ارتباط سریال طبق استاندارد  RS-485 توسعه‌یافته است و در آن از یک کابل شبکه عمدتاً بنفش‌رنگ متشکل از دو رشته سیم مسی به هم تابیده‌شده به رنگ‌های سبز و قرمز، به‌منظور تبادل داده مابین فرستنده و گیرنده استفاده می‌شود. کابل شبکه پروفی باس DP، وظیفه تأمین توان موردنیازِ ایستگاه‌های شبکه را بر عهده ندارد و زوج سیم موجود در ساختار آن به‌منظور محافظت در برابر میدان‌های مغناطیسی خارجی و نویز محیط با شیلد و فویل فلزی پوشانیده شده‌اند، ازاین‌رو این کابل نوعی کابل SFTP به شمار می‌رود. کابل شبکه پروفی باس از طریق کانکتورهای مخصوصی به تجهیزات شبکه متصل می‌گردد. از متداول‌ترین کانکتورهای شبکه پروفی باس می‌توان به کانکتور «D-Sub» اشاره نمود که کانکتوری نُه پین جهت استفاده در محیط‌های خشک و بدون گازهای قابل اشتعال می‌باشد. لازم به ذکر است از آنجا که استفاده از مقاومت Terminator در انتهای باس و زمین نمودن شیلد و فویل فلزی در دو سوی کابل از الزامات اولیه اجرای سخت‌افزاری شبکه پروفی باس می‌باشد، پیاده‌سازی این دو ویژگی داخل کانکتور پروفی باس صورت می‌پذیرد. به‌بیان‌دیگر، برقراری ارتباط شیلد و فویل فلزی کابل با زمین و اتصال باس شبکه به مقاومت Terminator از طریق کانکتور شبکه پروفی باس صورت می‌پذیرد.

علاوه بر کابل مسی، امکان استفاده از فیبر نوری و امواج مادون‌قرمز به‌عنوان واسط انتقال در لایه فیزیکی پروتکل پروفی باس DP در استاندارد IEC61158 پیش‌بینی‌شده است، گرچه استفاده از این دو واسط انتقال به کاربردهای خاصی محدود می‌شود. از آنجا که در پروفی باس DP در هر لحظه از زمان، تنها یک تجهیز می‌تواند ارسال‌کننده داده باشد و بقیه تجهیزات می‌توانند آن داده را دریافت نمایند، در لایه پیوند داده از سرویس (Field bus Data Link (FDL استفاده‌شده است که این سرویس در بخش مربوط به تبیین مفاهیم و اجزاء شبکه های صنعتی، تحت عنوان تکنیک Hybrid و به‌صورت ترکیبی از دو تکنیک رئیس و مرئوس و انتقال علامت معرفی گردید. ضمناً پروتکل پروفی باس DP بر پایه استاندارد RS485 توسعه‌یافته است و از آنجا که یک فرستنده RS485 می‌تواند حداکثر سیگنال خود را به ۳۱ تجهیز متصل به شبکه ارسال نماید، شبکه‌های بزرگ‌تر پروفی باس DP به تعدادی سگمنت (به انگلیسی : Segment) تقسیم‌بندی می‌شوند و در این حالت هر سگمنت، حداکثر دربردارنده ۳۲ تجهیز متصل به یکدیگر خواهد بود. این سگمنت ها از نظر الکتریکی از یکدیگر ایزوله هستند اما از طریق تجهیزاتی موسوم به «Repeater» با یکدیگر ارتباط برقرار می‌نمایند. Repeater ها علاوه بر متصل نمودن سگمنت ها به یکدیگر و افزایش طول شبکه، امکان افزایش تعداد تجهیزات تا ۱۲۶ عدد را با توپولوژی‌های مختلف فراهم می‌آورند.

 در هر سگمنت، کلیه تجهیزات حتی PG/PC و Repeater ها جزء ۳۲ تجهیز شمارش می‌شوند لذا وقتی دو Repeater به دو سوی یک سگمنت متصل باشند، تعداد تجهیزات قابل اتصال به آن سگمنت به ۳۰ عدد کاهش می‌یابد. از سوی دیگر هر تجهیز در شبکه پروفی باس نیازمند یک آدرس منحصربه‌فرد می‌باشد تا از طریق آن در شبکه شناخته‌شده و قادر به تبادل داده باشد. اگر دو تجهیز در شبکه پروفی باس، دارای آدرس مشابهی باشند یکی از آن‌ها و گاهی هر دو قادر به تبادل داده روی شبکه نخواهند بود. آدرس هر تجهیز در شبکه پروفی باس از عدد ۰ تا ۱۲۷ به‌صورت سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تنظیم می‌گردد، گرچه برخی از آدرس‌ها همچون ۰، ۱۲۶ و ۱۲۷ برای تجهیزات خاصی رزرو شده‌اند.

در هر سگمنت، کلیه تجهیزات حتی PG/PC و Repeater ها جزء ۳۲ تجهیز شمارش می‌شوند لذا وقتی دو Repeater به دو سوی یک سگمنت متصل باشند، تعداد تجهیزات قابل اتصال به آن سگمنت به ۳۰ عدد کاهش می‌یابد. از سوی دیگر هر تجهیز در شبکه پروفی باس نیازمند یک آدرس منحصربه‌فرد می‌باشد تا از طریق آن در شبکه شناخته‌شده و قادر به تبادل داده باشد. اگر دو تجهیز در شبکه پروفی باس، دارای آدرس مشابهی باشند یکی از آن‌ها و گاهی هر دو قادر به تبادل داده روی شبکه نخواهند بود. آدرس هر تجهیز در شبکه پروفی باس از عدد ۰ تا ۱۲۷ به‌صورت سخت‌افزاری و نرم‌افزاری تنظیم می‌گردد، گرچه برخی از آدرس‌ها همچون ۰، ۱۲۶ و ۱۲۷ برای تجهیزات خاصی رزرو شده‌اند.

حداکثر سرعت انتقال داده در شبکه Profibus DP برابر ۱۲Mbps در حداکثر طول کابل برابر ۱۰۰m می‌باشد ولی با کاهش سرعت انتقال تا مقدار مینیمم ۹.۶Kbps، می‌توان طول کابل شبکه را تا ۱۲۰۰m افزایش داد. همان‌گونه که بیان شد در این پروتکل، بسته به‌سرعت انتقال داده، فاصله تجهیزات از یکدیگر، توپولوژی شبکه، نوع تجهیزات مورداستفاده و… حداکثر تا ۱۲۶ ایستگاه مختلف را می‌توان به یکدیگر متصل نمود. توپولوژی باس به‌صورت زنجیری، توپولوژی ستاره‌ای و توپولوژی درختی، سه توپولوژی متداول در اتصال ایستگاه‌های شبکه پروفی باس DP به یکدیگر می‌باشد که از این میان، استفاده از توپولوژی باس در کاربردهای سطح پایین اتوماسیون کارخانه‌ای، رایج‌تر است. پروتکل پروفی باس DP در لایه کاربرد نیز در سه سطح DP-V0، DP-V1 و DP-V2 تعریف شده است. سطح DP-V0، جهت تبادل سیکلی داده‌ها و خطایابی، سطح DP-V1، جهت تبادل غیرسیکلی داده‌ها و مدیریت آلارم ها مابین ایستگاه‌های Master و Slave و سطح DP-V2، به‌منظور تبادل غیرهمزمان داده‌ها مابین ایستگاه‌های Slave مورداستفاده قرار می‌گیرد.