Ø
Objetivo
Dar a conocer la importancia del
tema de redes industriales para su aplicación, factores, elementos que componen
a dicha red y los diferentes procesos en los que se ocupa.
Índice
o
1.-Introducción
o
2.-Profibus Dp
o
3.-Profibus-Fms
o
4.-Profibus-Pa
o
5.-Conexiones Físicas
o
6.-Tecnologia De Transmisión
Em El Profibus Pa
o
7.-Transmisión En Fibra
Óptica
o
8.-Protocolo De Comunicación
o
9.-Profibus-Dp Y La Alta Tasa
De Velocidad De Comunicación
o
10.-Tipos De Dispositivos
o
11.-Tiempo De Respuesta En El
Profibus Dp
o
12.-Profibus Pa
o
13.-Elementos De La Red
Profibus Pa
o
14.-Direccionamiento En
La Red Profibus
o
15.-Topologia
o
16.-Profisafe: El Perfil De
Seguridad
o
17.-Conclusión
o
18.-Bibliografía
19.-dibujo mensual
19.-dibujo mensual
Ø
1.-Introducción
Profibus es un estándar
de comunicaciones para bus de campo Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS.
Fue un proyecto desarrollado entre los años
1987-1990 por las empresas alemanas Bosch, Klöckner Möller y Siemens, y por
otras como ABB, AEG, Honeywell, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall,
RMP, Sauter-cumulus y Schleicher. En 1989 la norma alemana DIN19245 adoptó el
estándar Profibus, partes 1 y 2 (la parte 3, Profibus-DP no fue definida hasta
1993). Profibus fue confirmada como norma europea en 1996 como EN50170.
PROFIBUS
es un estándar de red de campo abierto e independiente de proveedores, donde la
interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos, fabricación y
automatización predial. Este estándar es garantizado según los estándares EN
50170 y EN 50254.
La tecnología de la
información tuvo un papel decisivo en el desarrollo de la automación,
cambiando jerarquías y estructuras en el ambiente de la oficina, y llega
ahora a los más variados sectores del entorno industrial, de las industrias de
proceso y manufactura hasta los edificios y sistemas logísticos.
A
nivel de campo, la periferia distribuida, cual: módulos de E/S, transductores,
impulsores (drives), válvulas y paneles de operación, trabajan en sistemas de
automatización a través de eficaz sistema de comunicación en tiempo real,
el PROFIBUS DP o PA. La transmisión de datos del proceso efectuase de manera
cíclica, mientras alarmes, parámetros y diagnósticos se transmiten sólo cuando
sea necesario, de manera cíclica.
La
arquitectura del PROFIBUS se divide en tres tipos principales:
Ø 2.-PROFIBUS DP
Esta
es la solución de alta velocidad del 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. Es utilizado en
sustitución a los sistemas convencionales 4 a 20 mA, HART o en transmisiones de
23 Volts, en medio físico RS-485 o fibra óptica. 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.
Esta variedad está disponible en tres versiones: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) e
DP-V2 (2002). Cada versión tuvo su origen según el adelanto de la tecnología y
la búsqueda de nuevas aplicaciones a lo largo del tiempo.
Ø 3.-PROFIBUS-FMS
El
PROFIBUS-FMS brinda al usuario amplia selección de funciones cuando comparado
con otras variedades. Es la solución estándar de comunicación universal usada
para solucionar tareas complejas de comunicación entre CLPs y DCSs. Esa
variedad soporta la comunicación entre sistemas de automatización, además del
cambio de datos entre equipos inteligentes, y es usada, en general, a nivel de
control. Debido a su función primaria establecer la comunicación
maestro-a-maestro (peer-to-peer) viene siendo reemplazada por aplicaciones en
la Ethernet.
Ø 4.-PROFIBUS-PA
El
PROFIBUS-PA es la solución PROFIBUS que satisfaz las exigencias de la
automatización de procesos, donde hay la conexión de sistemas de
automatización y los sistemas de control de proceso con equipos de campo,
tal como: transmisores de presión, temperatura, conversores, posicionadores,
etc. Puede usarse para reemplazar el estándar 4 a 20 mA.
Existen
ventajas potenciales en utilizarse esta tecnología, que subrayan las ventajas
funcionales (transmisión de informaciones confiables, tratamiento de estatus de
las variables, sistema de seguridad en fallos, equipos con capacidad de
auto-diagnosis, alcance de los equipos, alta resolución en mediciones,
integración con el control discreto en alta velocidad, aplicaciones en
cualquier sección, etc.). Además de los beneficios económicos pertinentes a las
instalaciones (reducción hasta 25% en algunos casos en comparación con los
sistemas convencionales), menos tiempo de puesta en marcha, ofrece un aumento
sensible de funcionalidad y seguridad.
El
PROFIBUS PA permite medición y control a través de línea de dos hilos simples.
También permite accionar los equipos de campo en zonas con seguridad
intrínseca. El PROFIBUS PA permite aún el mantenimiento y la
conexión/desconexión de equipos mismo durante la operación, sin afectar otras
estaciones en zonas de potencial explosivo. El PROFIBUS PA fue
desarrollado en cooperación con los usuarios de la Industria de Control y
Proceso (NAMUR), cumpliendo con las exigencias de esa zona de aplicación:
- El perfil original de la aplicación en la
automatización del proceso y la interoperabilidad de los equipos de campos
de distintos fabricantes.
- Adición y remoción de estaciones de
barramiento mismo en zonas con seguridad intrínseca, sin afectar otras
estaciones.
- Comunicación transparente a través de los
acopladores de la sección entre el barramiento de automatización del
proceso PROFIBUS PA y el barramiento de automación industrial PROFIBUS DP.
- Impulsión y transmisión de datos en el
mismo hilo doble basado en la tecnología IEC 61158-2.
- Uso en zonas potencialmente peligrosas con
blindaje explosiva tipo “con seguridad intrínseca” o “sin seguridad
intrínseca”.
La
conexión de los transmisores, conversores y posicionados de red PROFIBUS DP se
hace con un acoplador DP/PA. El par torcido de hilos es utilizado en la
impulsión y la comunicación de datos de todos los equipos, resultando en la
instalación más fácil 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.
Ø 5.-Conexiones físicas
Profibus tiene, conforme al estándar, cinco diferentes
tecnologías de transmisión, que son identificadas como:
·
RS-485. Utiliza un par de cobre trenzado
apantallado, y permite velocidades entre 9.6 kbit/s y 12 Mbit/s. Hasta 32
estaciones, o más si se utilizan repetidores.
·
MBP. Manchester Coding y Bus Powered, es
transmisión sincrónica con una velocidad fija de 31.25 kbit/s.
·
RS-485 IS. Las versiones IS son intrínsecamente
seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).
·
MBP IS
·
Fibra óptica. Incluye versiones de fibra de
vidrio multimodo y monomodo, fibra plástica y fibra HCS.
RS 485: EL MEDIO FÍSICO MÁS
APLICADO DEL PROFIBUS
La
transmisión RS486 es la tecnología de transmisión más utilizada en el PROFIBUS,
aunque la fibra óptica pueda usarse en largas distancias (más de 80 km). En
seguida vienen las principales características:
- Transmisión asíncrona NRZ.
- Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s,
seleccionable.
- Par torcido con blindaje.
- 32 estaciones por sección, máx. 127
estaciones.
- Distancia según la tasa de transmisión
(tabla 1).
- 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 Pinos.
Ø
6.-TECNOLOGIA
DE TRANSMISIÓN EM EL PROFIBUS PA
La tecnología
de transmisión es síncrona con codificación Manchester en 31.25 Kbits/s (modo
tensión), está definida según el IEC 61158-2 y fue creada con el propósito de satisfacer
las exigencias de las industrias químicas y petroquímicas: seguridad intrínseca
y la posibilidad de energizar los equipos de campo a través del barramiento.
Las opciones y los límites de trabajo en zonas potencialmente explosivas están
definidas según el modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept).
CARACTERISTICAS
|
MEDIO FÍSICO DE ACUERDOCON IEC1158-2,
VARIANTE H1
|
Tasa de comunicación
|
31.25 kbits/s
|
Cable
|
atrancado con blindaje
|
Topología
|
Barramiento, árbol/estrella, punto a
punto.
|
Fuente de Energía
|
Por barramiento o externa
|
Seguridad Intrínseca
|
Posible
|
Número de equipos
|
Máximo 32(non-Ex)
Grupo de Explosión IIC: 9 Grupo de Explosión IIB: 23 |
Cableado Máximo
|
1900 m, extensible a 10 Km con 4
repetidoras.
|
Máxima largura de spur
|
120m/spur
|
Señal de comunicación
|
Codificación Manchester, con
modulación de tensión.
|
Ø 7.-Transmisión
en fibra óptica
La solución
a través de fibra óptica responde a la necesidad de inmunidad a ruidos,
diferencias de potenciales, largas distancias, arquitectura en anillo,
redundancia física y altas velocidades de transmisión.
TIPO DE FIBRA
|
CARACTERISTICAS
|
Fibra de vidrio monomodo
|
Distancia media de 2 – 3 Km
|
Fibra de vidrio multimodo
|
Larga Distancia > 15 Km
|
Fibra Sintética
|
Corta Distancia, > 80 km
|
Fibra PCS/HCS
|
Corta Distancia, > 500 m
|
Ø
8.-Protocolo
de comunicación:
El
protocolo de comunicación PROFIBUS PA usa el mismo protocolo de comunicación
PROFIBUS DP. Esto porque los servicios de comunicación y mensajes son idénticos.
Realmente, el PROFIBUS PA = PROFIBUS DP – protocolo de comunicación + Servicios
Cíclicos Extendidos + IEC61158, que es el Estrato Físico, también conocido por
H1. El permite la integración uniforme y completa de todos los niveles de
automatización y las fábricas de las zonas de control de proceso. Esto
significa que la integración de todas las zonas de la fábrica puede realizarse
con un protocolo de comunicación de distintas variaciones.
Ø 9.-PROFIBUS-DP
Y LA ALTA TASA DE VELOCIDAD DE COMUNICACIÓN
El perfil PROFIBUS-DP
fue desarrollado para la propiciar la comunicación cíclica rápida entre los
dispositivos distribuidos. Además, el PROFIBUS-DP ofrece funciones para
servicios de acceso cíclico, tal como configuración, monitoreo, diagnósticos y
supervisión de alarmes de equipos de campo.
En
12Mbit/s el PROFIBUS-DP requiere sólo 1 ms para transmitir 512 bits de entrada
y 512 bits de salida, distribuidos entre 32 estaciones. Este perfil es ideal
para controles discretos, exigiendo alta velocidad de procesamiento. La figura
7 muestra el tiempo típico de transmisión del PROFIBUS-DP, en función del número
de estaciones y la velocidad de transmisión, donde cada esclavo tiene 2 bytes
de entrada y 2 bytes de salida, y el “Intervalo Mínimo de Tiempo del Esclavo”
es 200µs.
Tiempo de ciclo de barramiento
de un sistema monomodo del DP
Principio de la transferencia de datos de usuarios
utilizado por el FDL.
Ø 10.-TIPOS DE DISPOSITIVOS
Cada sistema
DP puede contener tres tipos diferentes de dispositivos:
- AMO DP CLASE 1 (DPM1)
Es un controlador principal que cambia informaciones cíclicamente con los esclavos. Los controladores lógicos programables (CLPs) son ejemplos de eses dispositivos- amos.
- AMO DP CLASE 2 (DPM2)
Son estaciones de ingeniería utilizadas para configuración, monitoreo o sistemas de supervisión como, por ejemplo, Simatic PDM, CommuwinII, Pactware, etc.
- ESCLAVO
Un esclavo DP es un dispositivo periférico, tal como: dispositivos de I/O, actuadores, IHM, válvulas, transductores, etc. Existen aún dispositivos con una sola entrada, una sola salida o una combinación de entradas y salidas. Incluyese también los esclavos PA, puesto que son vistas por el sistema como si fueran esclavos DP.
Ø
11.-TIEMPO
DE RESPUESTA EN EL PROFIBUS DP
El tiempo de respuesta de un
sistema Profibus DP depende esencialmente de los siguientes factores:
- MaxTSDR (tiempo de respuesta tras qué la
estación puede responder).
- La tasa de comunicación seleccionada.
- Min Slave Intervalo (tiempo entre dos
ciclos de polling, de cambio de datos entre dos esclavos). Depende del
ASIC utilizado, mientras encontrase en el mercado tiempos de 100 µs.
Ø 12.-PROFIBUS PA
El
uso de PROFIBUS en dispositivos típicos y aplicaciones de control de proceso
definido de acuerdo con el perfil del PROFIBUS-PA, lo cual define los
parámetros de los equipos de campo y su comportamiento típico, sin depender del
fabricante, y es también aplicable a transmisores de presión y temperatura, y
posicionado res. En el concepto de los bloques funcionales, que con
estandarizados de forma que garantice la interoperabilidad entre los equipos de
campo.
Los valores
y estados de la medición y también los valores de ajuste recibidos por el
equipo de campo en el PROFIBUS PA se transmiten de manera cíclica con la más
alta prioridad a través de un amo clase 1 (DPM1). Sin embargo, los parámetros
de visualización, operaciones, mantenimiento y diagnostico se transmiten por
herramientas de ingeniería (amo clase 2, DPM2), con baja prioridad a través de
servicios cíclicos por conexión C2. De modo cíclico, la secuencia de bytes de
diagnóstico es también transmitida. La descripción de los bits de estos bytes
está en archivo del equipo GDS y depende del fabricante.
Ø 13.-ELEMENTOS
DE LA RED PROFIBUS PA
En general,
se puede enumerar los siguientes elementos de una red PROFIBUS:
- Clase 1: responsable por las operaciones
cíclicas (lectura/escritura) y el control de los lazos abiertos y cerrados
del sistema de control/automatización (CLP).
- Clase 2: responsable por los accesos
cíclicos de parámetros y funciones de los equipos PA (estación de
ingeniería o estación de operación: Simatic PDM o Communwinll o Pactware).
- Acopladores (couplers): son dispositivos
utilizados para traducir las características físicas del PROFIBUS DP y del
PROFIBUS PA (H1: 31,25 kbits/s). Y aún:
- Son transparentes para los amos (no tienen
dirección física en el barramiento).
- Aplicarse en funciones de seguridad (Ex) y
(Non-Ex), definiendo y limitando el número máximo de equipos en cada
segmento de cada segmento PA. El número máximo de equipos en un segmento
depende, entre otros factores, de la suma de las corrientes quiescentes,
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 clasificación.
- Pueden trabajar con las siguientes tasas
de comunicación, conforme el fabricante: P+F (93.75 kbits/s y SK2: até
12Mbits/s) y Siemens (45.45 kbits/s).
Arquitectura básica con acopladores.
- Dispositivos de enlace: Utilizarse como
esclavos de la red PROFIBUS DP y amos de la red PROFIBUS PA (H1:
31,25bits/s). utilizase para lograr altas velocidades (hasta 12Mbits/s) en
el barramiento DP. Y aún:
- Tienen dirección física en el barramiento.
- Permiten acoplarse 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.
Arquitectura básica de un capacitor y enlaces
(IM157)
- El terminador consiste de un capacitor de
1µF y un resistor de 1000 conectados en serie entre ellos y paralelo al
barramiento, con las siguientes funciones:
- Shunt de señal de corriente la señal de
comunicación se transmite como corriente pero se recibe como tensión. La
conversión se hace por el terminador.
- Protección contra el reflejo de la señal
de comunicación: debe colocarse en las dos terminaciones del barramiento,
uno en el fin y otro en el acoplador, en general.
- Cableado: recomendase usar el cable tipo
par torcido 1x2, 2x2 o 1x4 con blindaje, y aún:
- Diámetro: 0.8 mm2 (AWG 18).
- Impedancia: 35 a 165 Ohm en frecuencias de
3 a 20 MHz.
- Capacitancia: menos que 30 pF por metro.
Ø 14.-DIRECCIONAMIENTO EN LA RED
PROFIBUS
En
cuanto a direccionamiento, puede tener dos arquitecturas a tener en cuenta
donde lo fundamental son la transparencia de los acopladores y la atribución de
las direcciones a los dispositivos de enlace.
Direccionamiento con
acopladores
|
Direccionamiento con enlaces.
|
Ø 15.-TOPOLOGIA
En términos
de topología se pueden tener las siguientes distribuciones: estrella
barramiento y punto a punto.
Topología de Estrella.
Topología de Barramiento.
Topología Punto-a-Punto.
Ø 16.-PROFISAFE:
EL PERFIL DE SEGURIDAD
La búsqueda
de más recursos en el sector de automatización and control de procesos, a
través del adviento de la tecnología digital y la rápida expansión del Field
bus, favoreció el desarrollo de la tecnología del diagnóstico y como cuidar de
fallos seguros. Principalmente, vuelta a la protección de la personas, los
equipos/máquinas y el ambiente, buscando siempre el sistema seguro ideal.
Este sistema
seguro requiere, en otras palabras, que los datos e informaciones pueden
validarse en relación a sus valores y al dominio del tiempo, lo que se aplica
al sistema entero. Esto garantiza que el dato recibido fue enviado
correctamente y quien lo envió es también el remitente cierto. Además, que esa
sea la información esperada, en un determinado momento, y la misma fue recibida
en la secuencia correcta, etc.
Actualmente,
el estándar más típico de seguridad internacional y abarca la mayor parte de
los desarrolladores e implementadores de sistemas de seguridad es el llamado
IEC61508. Este estándar muestra las actividades de todo el ciclo de vida de los
sistemas electrónicos vueltos a la seguridad. Por lo tanto, trata tanto de
requisitos de hardware como de software.
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” – Perfil para Tecnología Segura describe
mecanismos de comunicación segura entre periféricos a prueba de fallos
(Fail-Safe) y controladores seguros. Basase el en los requisitos de estándares
y reglas para aplicaciones vueltas a la seguridad, cual el IEC 61508 y el
EN954-1, además de experiencia de los fabricantes de equipos a prueba de fallos
y de la comunidad de fabricantes de CLPs.
Este perfil
soporta aplicaciones seguras en amplia área de aplicaciones de campo. Y, al
contrario de barramientos especiales en funciones de seguridad, 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 diagnóstico consistentes. Garantiza la
seguridad en sistemas de control descentralizados a través de la comunicación
Fail-Safe y los mecanismos de los dispositivos y equipos.
Algunos
ejemplos de las áreas de aplicaciones de este perfil de seguridad:
- Industria manufacturera
- Protección rápida de personas, máquinas y
ambiente.
- Funciones de paros de emergencia.
- Barreras de luz.
- Control de entrada.
- Scanners.
- Drivers con seguridad integrada.
- Control de procesos en general.
- Áreas química y petroquímica.
- Transporte público.
- Otras.
Ø 17.-Conclusión
Presentamos
algunos detalles de protocolos PROFIBUS, su abarcamiento de beneficios a la
automatización y control de procesos continuos y discretos. Su potencialidad es
notable a nivel mundial, tanto en aplicaciones como en la supervisión de
divulgación y soporte con las Asociaciones Regionales y Centros de
Competencia. Otro detalle es la preocupación de las compañías en seguir
suministrando productos de acuerdo con los deseos del mercado y garantizar
inversiones futuras con entera interoperabilidad e intercambialidad.
