PROFIBUS

PROFIBUS ist der meistinstallierte Feldbus der Automatisierungstechnik: seriell, master-slave, bis 12 Mbit/s über RS-485, als PA-Variante bis in den Ex-Bereich.

Definition

PROFIBUS (Process Field Bus) ist ein offener Feldbus für die Kommunikation zwischen Steuerungen und Feldgeräten – dezentrale Peripherie, Antriebe, Ventile, Messumformer. Er entstand ab 1987 in einem öffentlich geförderten deutschen Verbundprojekt von 21 Firmen und Instituten, wurde 1991 und 1993 als DIN 19245 (Teil 1–3) genormt, 1996 europäisch als EN 50170 und ist seit 1999 als Typ 3 in den internationalen Feldbusnormen IEC 61158 und IEC 61784 enthalten. Die PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (PNO) wurde 1989 in Karlsruhe gegründet; der internationale Dachverband PROFIBUS & PROFINET International (PI) folgte 1995 und zählt heute 24 regionale Vertretungen und rund 1800 Mitgliedsfirmen.

PROFIBUS ist ein Bestandssystem: Die Spezifikation wird nicht mehr weiterentwickelt, der Nachfolger ist PROFINET. Mit mehreren zehn Millionen installierten Knoten bleibt er dennoch der verbreitetste Feldbus überhaupt und wird in bestehenden Anlagen noch auf Jahrzehnte betrieben, gewartet und erweitert.

Varianten

• PROFIBUS DP (Dezentrale Peripherie) – die Hauptvariante für die Fertigungsautomatisierung: zyklischer Datenaustausch zwischen einer Steuerung und ihren Feldgeräten über RS-485 oder Lichtwellenleiter. Wer „PROFIBUS" sagt, meint fast immer DP.
• PROFIBUS PA (Prozessautomatisierung, seit 1995) – dieselbe Protokollschicht auf einer anderen Physik: MBP (Manchester Coded, Bus Powered) nach IEC 61158-2 mit fest 31,25 kbit/s. Die Zweidrahtleitung versorgt die Geräte mit Energie (Grundstrom mindestens 10 mA je Gerät, Signal als ±9 mA aufmoduliert) und lässt sich nach dem FISCO-Modell eigensicher auslegen, sodass Messumformer im explosionsgefährdeten Bereich direkt am Bus hängen; Segmentlängen bis 1000 m (Ex ia) bzw. 1900 m (Ex ib), Abschluss passiv mit 100 Ω in Reihe zu 2 µF. Linien- und Baumtopologie sind zulässig. PA-Segmente werden über Segmentkoppler (transparent) oder Links (bilden das Segment als einen Slave ab) an ein DP-Netz angebunden.
• PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification) – die ursprüngliche Variante für die Kommunikation zwischen Steuerungen auf Zellenebene. Obsolet, von PROFINET abgelöst.

Die DP-Funktionen sind in drei Stufen aufgebaut: DP-V0 mit zyklischem Datenaustausch und Diagnose, DP-V1 mit azyklischem Zugriff und Alarmen für die Parametrierung intelligenter Geräte, DP-V2 mit Taktsynchronität, Zeitstempeln und direktem Datenaustausch zwischen Slaves für Antriebsanwendungen.

Buszugriff

PROFIBUS verwendet ein hybrides Zugriffsverfahren. Zwischen den Mastern kreist ein Token; wer ihn hält, darf senden. Jeder Master bedient in seiner Sendezeit seine Slaves im Master-Slave-Verfahren: Er schickt Ausgangsdaten und holt Eingangsdaten ab, Slaves antworten nur auf Anfrage. Master der Klasse 1 sind die Steuerungen, Master der Klasse 2 Engineering- und Diagnosegeräte, die nur zeitweise am Bus sind.

Ein Netz adressiert bis zu 126 Teilnehmer (Adressen 0 bis 125; 126 ist die Voreinstellung nicht parametrierter Geräte, 127 die Broadcast-Adresse). Ein physisches Segment nimmt 32 Teilnehmer auf, Repeater eingeschlossen; für mehr werden Segmente über Repeater gekoppelt.

Physik RS-485

Die DP-Übertragung läuft über eine geschirmte, verdrillte Zweidrahtleitung nach RS-485 in Linientopologie. Die Übertragungsrate wird für das gesamte Netz eingestellt und bestimmt die zulässige Segmentlänge:

Die Werte gelten für Leitungstyp A: Wellenwiderstand 135–165 Ω, Kapazitätsbelag ≤ 30 pF/m, Schleifenwiderstand ≤ 110 Ω/km, Aderdurchmesser > 0,64 mm, Aderquerschnitt > 0,34 mm². Der violette Mantel ist der PROFIBUS-Farbcode; Ader A ist grün, Ader B rot. Stichleitungen sind ab 1,5 Mbit/s zu vermeiden; die üblichen Busstecker führen kommende und gehende Leitung deshalb direkt im Stecker zusammen. Bis zu neun Repeater mit Signalauffrischung sind in einem Netz zulässig.

Jedes Segment wird an beiden Enden abgeschlossen. Der PROFIBUS-Abschluss ist kein einfacher Widerstand, sondern ein aktives Netzwerk aus 220 Ω zwischen den Adern und je 390 Ω gegen 5 V und Masse, das den Bus im Ruhezustand auf definiertem Pegel hält. Die 5 V liefert das angeschlossene Gerät über den Stecker; ein Abschluss an einem ausgeschalteten Gerät ist deshalb unwirksam. Fehlende, doppelte oder stromlose Abschlüsse sind die häufigste Ursache sporadischer Busfehler.

Steckverbinder sind der 9-polige SubD mit schaltbarem Abschluss und Ein-/Ausgangsklemmen (Pin 3 = B, Pin 8 = A, Pin 5 = Masse, Pin 6 = 5 V) sowie im Feld der M12-Rundstecker mit B-Codierung.

Physik optisch

Für Strecken mit Potentialunterschieden, in Störumgebungen und zwischen Gebäuden wird PROFIBUS DP über Lichtwellenleiter geführt. Die Umsetzung erfolgt durch Optical Link Module (OLM), die Segmente zu optischen Linien, Sternen oder redundanten Ringen verbinden, oder über Feldgeräte mit integrierter optischer Schnittstelle. Zugelassen sind Polymerfaser (POF, bis 80 m), PCF (bis 400 m) und Glasfaser (bis 15 km); Übertragungsrate und Protokoll bleiben unverändert. Bestehende optische PROFIBUS-Verkabelung kann nach Steckertausch für PROFINET weitergenutzt werden.

Gerätebeschreibung und Diagnose

Jedes PROFIBUS-Gerät bringt eine GSD-Datei (Gerätestammdaten) mit, eine Textdatei, die Baudraten, Ein-/Ausgangsbereiche, Parameter und Diagnosetexte beschreibt und im Engineering-Werkzeug eingelesen wird. Die Ident-Nummer aus der GSD wird beim Anlauf mit dem Gerät abgeglichen. Bei PROFINET übernimmt die XML-basierte GSDML diese Rolle.

Die Diagnose ist Teil des Protokolls: Slaves melden Stations-, Modul- und Kanaldiagnose im zyklischen Verkehr, DP-V1-Geräte zusätzlich Alarme. Physikalische Fehler – Reflexionen durch fehlenden Abschluss, Stichleitungen, defekte Schirmung – zeigen sich als sporadische Ausfälle einzelner Teilnehmer und werden mit einem Bustester oder Oszilloskop am Signalpegel gefunden.

Profile

Auf PROFIBUS setzen Anwendungsprofile auf, die für bestimmte Geräteklassen zusätzliche Festlegungen treffen: PROFIdrive für Antriebe, PROFIsafe für sicherheitsgerichtete Kommunikation bis SIL 3 über denselben Bus, das PA-Profil für Prozessmessgeräte. Die Profile wurden weitgehend unverändert auf PROFINET übertragen, was die Migration erleichtert.

Abgrenzung zu PROFINET

PROFIBUS ist ein serieller Feldbus mit eigener Physik und eigenem Protokoll; PROFINET ist ein Kommunikationsprofil auf Standard-Ethernet. Gemeinsam sind Nutzerorganisation, Gerätemodell und Profile. Bestehende PROFIBUS-Segmente werden über Proxies in PROFINET-Netze eingebunden: Der Proxy ist gegenüber der Steuerung ein PROFINET-Gerät und gegenüber dem Segment der PROFIBUS-Master.

Für Neuanlagen ist PROFINET die Regel. PROFIBUS bleibt dort, wo Anlagen laufen, Ersatzteile verfügbar sind und ein Umbau mehr kostet als er bringt – und in der Prozessindustrie, wo PROFIBUS PA erst allmählich durch Ethernet-APL abgelöst wird.

Quellen

• PROFIBUS Nutzerorganisation e.V.: PROFIBUS Technologie und Anwendung – Systembeschreibung, Bestellnummer 4.001, Oktober 2002 (Geschichte, Kabeltyp A, Übertragungstechniken, DP-Leistungsstufen)
• PROFIBUS Nutzerorganisation: Die PROFIBUS Nutzerorganisation PNO, profibus.de (Organisationsdaten, Stand 2026)
• IEC 61158 / IEC 61784-1 (Feldbus-Normenreihe, PROFIBUS als Typ 3)
• PROFIBUS Nutzerorganisation: PROFIBUS Systembeschreibung; PROFIBUS Montagerichtlinie (Order No. 8.022); PROFIBUS Inbetriebnahmerichtlinie (Order No. 8.032)
• Siemens: SIMATIC ET 200AL Manual Collection V20, PROFIBUS DP-Schnittstelle (07/2024)
• Siemens Industry Online Support, Beitrag 109754843: Wie können die optischen Leitungen von PROFIBUS für PROFINET verwendet werden? (2018)
• U.I. Lapp GmbH: Kurzanleitung PROFIBUS Optical Link Module