Objetivo
Identificar los diferentes dispositivos distribuidos entre la red PROFIBUS, y su importancia dentro de la misma.
Reconocer las diferentes vías de conexiónes físicas y sus distancias para cada estándar de PROFIBUS, asi como también identificar la topología de funcionamiento de la misma red.
Índice
- Introducción - PROFIBUS
- Estándares de Comunicación
- PROFIBUS DP
- PROFIBUS FMS
- PROFIBUS PA
- Elementos de PROFIBUS PA
- Medios Físicos de Conexión y Distancias
- Redes de Cobre
- Componentes de una Red de Cobre
- Redes Ópticas
- Componentes de una Red Óptica
- Redes Híbridas
- Topologías
- Estrella
- Bus
- Punto a Punto
- Transiciones de Red
- Proxy
- Comunicación con Profisafe
- Método de Acceso al Medio
- Mapas Mentales - Resumen
- Conclusión
- Bibliografía
Introducción - PROFIBUS
PROFIBUS es un estándar de red de campo abierto, donde la interfaz de ésta permite una amplia aplicación en procesos de fabricación y automatización.
La comunicación se amplía muy rápido en sentido horizontal, en niveles inferiores y aún en el sentido vertical, integrando los niveles jerárquicos de un sistema.
1) A nivel de actuador/sensor Las señales binarias de los sensores y actuadores son transmitidos a través del bus de estos dispositivos de manera cíclica al maestro de la red.
Para este nivel se suele utilizar AS-Interface.
2) A nivel de campo: La periferia
distribuida como son: módulos de E/S, transductores, válvulas y paneles de
operación, trabajan en sistemas de automatización a través de un eficaz
sistema de comunicación en tiempo real de PROFIBUS DP o PA. La transmisión de datos del proceso se efectua de manera cíclica, mientras las alarmas, parámetros y diagnósticos se transmiten sólo cuando sea necesario, de manera acíclica.
Además, la integración eficaz con Ethernet es bligatoria.
Esta necesidad es llenada por los protocolos PROFIBUS FMS y PROFINET.
Este bus se basa en la comunicación controlada entre maestro-esclavo.
Dispositivos Maestros (Master
Devices): Entre estas estaciones activas rota un permiso de acceso y control
que les permite enviar mensajes sin necesidad de petición.
Dispositivos Esclavos (Slaves
Devices): Periféricos asignados a los maestros. Consisten en una serie de
dispositivos lo suficientemente inteligentes como para seguir las normas del
protocolo, entre los que podemos encontrar: sensores, actuadores tipo relé,
convertidores de frecuencia, electroválvulas, etc. Su papel es pasivo, pudiendo
sólo transmitir cuando se les a ha realizado una petición previa. Suelen ocupar
poco tiempo de comunicación pero son muy numerosos.
Características
- PROFIBUS es un sistema de
bus potente, abierto y robusto que brinda una comunicación sin
perturbaciones
- Es un sistema completamente
normalizado que permite conectar de forma sencilla componentes
normalizados de diferentes fabricantes
- La configuración, la puesta
en marcha y la búsqueda de averías se pueden realizar desde cualquier
punto. Así, las relaciones de comunicación de libre elección son muy
flexibles y fáciles de aplicar en la práctica y de modificar.
- Seguridad para las
inversiones gracias a desarrollos y perfeccionamientos compatibles
- Conectorizado y puesta en
marcha rápidos a pie de máquina mediante el sistema de cableado
FastConnect
- Vigilancia permanente de los
componentes de red por esquema de señalización sencillo y eficaz
- Alto grado de protección de
la inversión; las instalaciones existentes se pueden ampliar sin efectos
negativos
- Alta disponibilidad gracias
a la redundancia en anillo con el componente de red activo OLM
- Comunicación de seguridad
con PROFIsafe
- Alta seguridad de servicio y
disponibilidad de las instalaciones.
Estándares de Comunicación
La comunicación de o de campo sirve
para conectar equipos de campo a un autómata (controlador), HMI o sistema de
control distribuido. La conexión se puede establecer a través de interfaces integradas en la CPU o a través de módulos de interfaz (IMs) y procesadores de comunicaciones (CPs).
PROFIUS - DP
Esta es la solución de alta velocidad
de PROFIBUS. Su desarrollo fue perfeccionado principalmente para comunicación
entre los sistemas de automatización y los equipos descentralizados. Es
aplicable en los sistemas de control, donde se destaca el acceso a los
dispositivos distribuidos de I/O.
Requiere menos de 2 ms para
transmitir 1 kbyte de entrada y salida y es muy usado en controles con tiempo
crítico.
Actualmente, 90% de las aplicaciones
relativas a esclavos Profibus utilizan el PROFIBUS DP.
PROFIBUS - FMS
Es la solución estándar de comunicación universal usada para solucionar tareas complejas de comunicación entre PLC´s y DCSs.
Esa
variedad soporta la comunicación entre sistemas de automatización, además del
cambio de datos entre equipos inteligentes, y es usada, a nivel de
control.
Debido
a su función primaria para establecer la comunicación maestro-a-maestro
(peer-to-peer) viene siendo reemplazada por aplicaciones en la Ethernet.
PROFIBUS - PA
El PROFIBUS-PA es la solución
PROFIBUS que satisface las exigencias de la automatización de procesos, donde
existe la conexión de sistemas de automatización y de sistemas de control de
proceso con equipos de campo, tal como: transmisores de presión, , conversores,
posicionadores, etc.
Existen ventajas potenciales en
utilizarse esta tecnología, como la transmisión de informaciones confiables,
tratamiento de estatus de las variables, sistema de seguridad en fallos, etc.
Además de la reducción de hasta un 25% en algunos casos en comparación con los
sistemas convencionales, menos tiempo de puesta en marcha, ofrece un aumento
sensible de funcionalidad y seguridad.
PROFIBUS PA permite accionar los
equipos de campo en zonas con seguridad intrínseca, de igual manera permite el
mantenimiento y la conexión/desconexión de equipos durante la operación, sin
afectar otras estaciones en zonas de potencial explosivo.
La conexión de los transmisores, conversores y posicionadores de PROFIBUS DP se hace con un acoplador DP/PA.
El cable Bifilar es utilizado en la impulsión y la
comunicación de datos de todos los equipos, resultando en la instalación más
facil y en el bajo costo de hardware, menos tiempo de iniciación, mantenimiento
libre de problema, bajo costo de software de ingeniería y alta confianza en la
operación.
Elementos de PROFIBUS - PA
Clase 1: responsable por las operaciones cíclicas (lectura/escritura) y el control de los lazos abiertos y cerrados del sistema de control/automatización (PLC).
Clase 2: responsable por los accesos acíclicos de parámetros y funciones de los equipos PA.
Acopladores (couplers): son dispositivos uitilizados para traducir las caracteristicas físicas del PROFIBUS DP y del PROFIBUS PA (H1: 31,25 kbits/s).
- Se
aplican en funciones de seguridad limitando el numero máximo de equipos en
cada segmento PA. El número máximo de equipos en un segmento depende, de
fallos en los equipos (FDE) y las distancias cubiertas por el
cableado.
- Pueden
energizarse hasta 24 Vdd, conforme el fabricante y el area de
clasficación.
Dip Switch: Utilizanse
como esclavos de la red PROFIBUS DP y amos de la red PROFIBUS PA (H1:
31,25bits/s). Utilizanse para lograr altas velocidades (hasta 12Mbits/s) en el
barramiento DP.
- Tienen
dirección física.
- Permiten
acomplarse hasta 5 acopladores, pero limitan el número de equipos en 30 de
un barramiento “Non-Ex” y 10 de un barramiento “Ex”. Con eso aumentan su
capacidad de encaminamiento de la red DP.
ASIC para PROFIBUS: Permiten a otros fabricantes conectar
fácilmente sus equipos y sistemas al bus de campo PROFIBUS. Los ASIC permiten alcanzar, los tiempos de reacción cortos que se necesitan para velocidades de transferencia de hasta 12 Mbits/s.
Hay diferentes ASIC y módulos de interfaz para los distintos requisitos
funcionales, como equipos maestros y equipos esclavos sencillos o inteligentes.
Medios Físicos de Conexión y
Distancias
La transmisión RS485 es la tecnología de transmisión más utilizada en el PROFIBUS, aunque la fibra óptica pueda usarse en largas distancias (más de 80 km).
- Transmisión
asíncrona NRZ.
- Velocidades de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s.
- Par
torcido con blindaje. Cables Bifilares.
- 32
estaciones por sección, máx. 127 estaciones.
- Distancia según la tasa de transmisión.
- 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m.
- Distancia
extensible hasta 10 km con el uso de repetidoras.
- Conector
D-Sub de 9 Pines.
1) Redes de Cobre
- Método de transmisión para
la automatización universal (PROFIBUS FMS/DP) según IEC 61158/EN 50170 y
para zonas de seguridad intrínseca (PROFIBUS PA) según IEC 61158-2
- Cable de bus de alta calidad
- Método de transmisión: RS485
(según EIA)
- Topología de bus con
terminales y conectores para conectar las estaciones PROFIBUS
- Red inmune a perturbaciones
con cables de pantalla doble y sistema de montaje y puesta a tierra simple
y homogéneo • Montaje sencillo y rápido de conectores gracias a
FastConnect
- La tecnología de transmisión
DP de RS485 (codificación por bits mediante señales de diferencia de
tensión) según IEC 61158-2 (codificación por bits mediante señales de
corriente) se implementa mediante los componentes de red (acoplador DP/PA
o DP/PA-Link)
- Amplias posibilidades de uso
con cables de bus especiales
Componentes de una Red de Cobre
Conector de bus
Los conectores de bus RS 485 para PROFIBUS sirven para conectar una
estación PROFIBUS o un componente de red PROFIBUS al cable de bus para
PROFIBUS.
Terminales de bus
- Hasta 1,5 Mbits/s: Terminal
de bus RS 485
- Hasta 12 Mbits/s: Terminal
de bus 12M
Terminador activo
El elemento de cierre activo RS 485 sirve para terminar segmentos de
bus. La alimentación es independiente de las estaciones de bus. La resistencia
de cierre se alimenta de forma permanente o conmutada por la periferia con
independencia de los otros componentes de la periferia.
Repetidor RS 485
- Aumenta el número de
estaciones (máx. 127 estaciones) y la extensión
- Aisla galvánicamente
segmentos
- Regenera las señales en
amplitud y tiempo
Repetidor de diagnóstico
En caso de avería, el repetidor transmite automáticamente al maestro de
bus un aviso de diagnóstico normalizado que contiene información sobre:
- El segmento afectado
- El lugar de la avería (p.
ej., entre las estaciones X e Y)
- La distancia en metros del
lugar del fallo con respecto al nodo (estación) X o Y, así como respecto
al repetidor
- El tipo de fallo
2) Redes Ópticas
- La línea de transmisión es
inmune a perturbaciones electromagnéticas
- Es idónea para grandes
distancias
- Su naturaleza ofrece
aislamiento galvánico
- Pueden utilizarse cables de
fibra óptica de plástico, PCF o vidrio
- Es a prueba de
"pinchazos" porque la línea no radia nada
- El tendido es sencillo
porque los cables son ligeros, se suministran preconfeccionados y no
tienen problemas de puesta a tierra
- En exteriores no se
necesitan sistemas de puesta a tierra adicionales
- Los cables de fibra óptica son de construcción robusta para aplicaciones industriales en interiores y exteriores.
Componentes de una Red Óptica
Optical Link Module OLM:
Los PROFIBUS OLM (Optical Link Modules) permiten construir redes
PROFIBUS ópticas con topología en línea, en estrella y en anillo redundante. La
velocidad de transferencia de un tramo de fibra óptica no se ve alterada por la
distancia, y puede alcanzar los 12 Mbits/s.
Optical Bus Terminal OBT:
El OBT (Optical Bus Terminal) permite conectar estaciones PROFIBUS DP
sin puerto óptico integrado o un segmento de bus RS 485 existente a una línea
óptica. Por tanto, brinda a los equipos DP existentes o segmentos de red las
ventajas de la transmisión óptica de datos junto con equipos que dispongan de
puerto óptico integrado
3) Redes Híbridas
Son posibles estructuras mixtas con tramos eléctricos y ópticos.
La transición entre ambos medios se materializa con el OLM.
En la comunicación entre las estaciones del bus no existen diferencias
entre la tecnología bifilar y de fibra óptica.
En una red PROFIBUS pueden conectarse como máximo 127 estaciones.
Topologías
Estrella
Bus Lineal
Punto a Punto
Transiciones de Red
Las transiciones de red entre
Industrial Ethernet, PROFIBUS, AS-Interface o KNX/EIB se realizan a través de
módulos Link, controladores (PLC) o PC.
Si se realizan a través de un
controlador o PC, se llevan a cabo a través de interfaces integradas y procesadores
de comunicaciones (CP). Si la transición de red se realiza a través de un
módulo Link, los datos se trasmiten de una red a otra sin necesidad de más
procesamientos.
Proxy
El proxy representa en Industrial
Ethernet a uno o varios dispositivos de bus de campo. Asegura una
implementación transparente de la comunicación (sin tunelización de protocolos)
y transmite, por ejemplo, los datos cíclicos a los dispositivos de bus de
campo.
Como maestro PROFIBUS, el proxy
coordina el intercambio de datos entre las estaciones PROFIBUS. Al mismo tiempo
es una estación Ethernet con comunicación PROFINET.
Los proxy pueden implementarse como
controladores o como transiciones de red puros. El mismo principio se aplica a
la integración de sistemas AS-Interface. Además de los proxy con cable para
Industrial Ethernet, SIMATIC NET dispone también de estos dispositivos con
conexión a redes Industrial Wireless LAN.
Comunicación con ProfiSAFE
El peligro de accidentes en procesos
de producción es grande y la probabilidad de accidente depende de la
posibilidad de fallos. La ocurrencia de fallos depende del tipo y los
requisitos de seguridad de la aplicación.
El perfil de aplicación PROFIBUS “PROFIsafe”describe mecanismos de comunicación segura entre periféricos a prueba de fallos (Fail-Safe) y controladores seguros.
El perfil de aplicación PROFIBUS “PROFIsafe”describe mecanismos de comunicación segura entre periféricos a prueba de fallos (Fail-Safe) y controladores seguros.
Este perfil soporta aplicaciones
seguras en amplia area de aplicaciones de campo. Y, permite la implementación
de automatización segura a través de una solución abierta y con el estándar PROFIBUS,
garantizando costos más efectivos de cableado, parametrización y funciones
remotas de diagnostico consistentes.
Método de Acceso al Medio
Los autómatas programables o PLC tienen una importancia fundamental en
el entorno de la automatización. Y la espina dorsal de dicho entorno la
representa la comunicación industrial.
Los CP para PLC desempeñan una función clave en la comunicación
industrial.
Los CP descongestionan el equipo terminal de tareas de comunicación,
ocupando en el mismo escasos recursos.
Los procesadores de comunicaciones son fáciles de configurar y pueden
programarse vía PROFIBUS.
Los CP son tarjetas PCI y permiten conectar las PC y SIMATIC PG/PC a
PROFIBUS hasta 12 Mbits/s.
Se dividen en un puerto eléctrico y óptico. El CP 5613 A2 y su variante
óptica son maestros DP, el CP 5614 A2 y su variante óptica son maestros o
esclavos DP. Con el CP 5613 A2 se soportan a alto nivel tareas de control con
PC (control basado en PC, control numérico, control de robots).
Mapas Mentales - Resumen
Conclusión
Se presentaron algunos detalles de la red industrial PROFIBUS, y su abarcamiento de beneficios a la automatización y control de procesos productivos.
Su potencialidad es notable a nivel mundial, al igual que la preocupación de las compañías en seguir suministrando productos de acuerdo con los deseos del mercado y garantizar inversiones futuras con entera disponibilidad e innovación como lo es en el ambiente automotriz, en la empresa de Volkswagen de México.
Bibliografía
http://w3.siemens.com/mcms/industrial-communication/de/Documents/infocenter/bs_profibus_sp.pdf
http://www.smar.com/espanol/profibus
http://www.profibus.com/
http://www.etitudela.com/profesores/mpm/profibusomron/downloads/profibus1.pdf
Mapas Mentales - Resumen
Conclusión
Se presentaron algunos detalles de la red industrial PROFIBUS, y su abarcamiento de beneficios a la automatización y control de procesos productivos.
Su potencialidad es notable a nivel mundial, al igual que la preocupación de las compañías en seguir suministrando productos de acuerdo con los deseos del mercado y garantizar inversiones futuras con entera disponibilidad e innovación como lo es en el ambiente automotriz, en la empresa de Volkswagen de México.
Bibliografía
http://w3.siemens.com/mcms/industrial-communication/de/Documents/infocenter/bs_profibus_sp.pdf
http://www.smar.com/espanol/profibus
http://www.profibus.com/
http://www.etitudela.com/profesores/mpm/profibusomron/downloads/profibus1.pdf
ENTRETENIDO
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