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Profibus

Conector eléctrico Profibus Profibus (generalmente estilizado como PROFIBUS , como acrónimo de Process Field Bus ) es un estándar para la comunicación de bus de campo en tecnolo...

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Conector eléctrico Profibus

Profibus (generalmente estilizado como PROFIBUS , como acrónimo de Process Field Bus ) es un estándar para la comunicación de bus de campo en tecnología de automatización y fue promovido por primera vez en 1989 por el BMBF (Departamento Alemán de Educación e Investigación) y luego utilizado por Siemens . [ 1 ] No debe confundirse con el estándar Profinet para Ethernet industrial . Profibus se publica abiertamente como tipo 3 de IEC 61158/61784-1. [ 2 ]

Origen

La historia de PROFIBUS se remonta a un plan promovido públicamente por Marco Todaro para una asociación que comenzó en Alemania en 1986 y para la cual 18 empresas e institutos idearon un plan maestro de proyecto llamado " fieldbus ". [ 3 ] El objetivo era implementar y difundir el uso de un bus de campo serie de bits basado en los requisitos básicos de las interfaces de los dispositivos de campo. Para este propósito, las empresas miembro acordaron respaldar un concepto técnico común para la automatización de la producción (es decir, discreta o de fábrica ) y la automatización de procesos . Primero, se especificó el complejo protocolo de comunicación Profibus FMS (Field bus Message Specification), que fue adaptado para tareas de comunicación exigentes. Posteriormente, en 1993, se completó la especificación para el protocolo más simple y, por lo tanto, considerablemente más rápido PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals). Profibus FMS se utiliza para la comunicación (no determinista) de datos entre maestros Profibus. Profibus DP es un protocolo creado para la comunicación (determinista) entre maestros Profibus y sus esclavos de E/S remotos. [ 4 ] [ 5 ]

Actualmente se utilizan dos variantes de PROFIBUS: la más común, PROFIBUS DP, y la menos utilizada, PROFIBUS PA, específica para cada aplicación.

  • PROFIBUS DP (Periféricos Descentralizados) [ 6 ] se utiliza para controlar sensores y actuadores mediante un controlador centralizado en aplicaciones de automatización de producción (fábrica). En particular, aquí se hace hincapié en las numerosas opciones de diagnóstico estándar. [ 7 ]
  • PROFIBUS PA (Automatización de Procesos) [ 8 ] se utiliza para monitorizar equipos de medición mediante un sistema de control de procesos en aplicaciones de automatización de procesos. Esta variante está diseñada para su uso en zonas con riesgo de explosión ( zonas Ex 0 y 1). La capa física (es decir, el cable) cumple con la norma IEC 61158-2 [ 9 ] , que permite suministrar energía a los instrumentos de campo a través del bus, limitando al mismo tiempo los flujos de corriente para evitar condiciones explosivas, incluso en caso de avería. El número de dispositivos conectados a un segmento PA está limitado por esta característica. PA tiene una velocidad de transmisión de datos de 31,25  kbit/s. Sin embargo, PA utiliza el mismo protocolo que DP y puede conectarse a una red DP mediante un acoplador. El protocolo DP, mucho más rápido, actúa como red troncal para transmitir señales de proceso al controlador. Esto significa que DP y PA pueden trabajar conjuntamente, especialmente en aplicaciones híbridas donde las redes de automatización de procesos y de fábrica operan en paralelo.

A finales de 2009 se habían instalado más de 30 millones de nodos PROFIBUS. De estos, 5 millones se encuentran en las industrias de procesos. [ 3 ]

Tecnología

Capa de aplicación (Capa 7 del modelo OSI)

Para utilizar estas funciones, se definieron varios niveles de servicio [ 10 ] del protocolo DP [ 11 ] : [ 12 ] [ 13 ]

  • DP-V0 para intercambio cíclico de datos y diagnóstico
  • DP-V1 para intercambio de datos acíclico y manejo de alarmas [ 14 ]
  • DP-V2 para modo isócrono y difusión de intercambio de datos ( comunicación esclavo a esclavo).

Los servicios y protocolos de la capa de enlace de datos FDL (Field bus Data Link) [ 15 ] y [ 16 ] funcionan con un método de acceso híbrido que combina el paso de testigo con un método maestro/esclavo. En una red PROFIBUS DP, los controladores o sistemas de control de procesos son los maestros y los sensores y actuadores son los esclavos. [ 12 ] [ 17 ]

Cada byte tiene paridad par y se transmite de forma asíncrona con un bit de inicio y un bit de parada. No puede haber pausa entre el bit de parada y el siguiente bit de inicio durante la transmisión de los bytes de un telegrama. El maestro señala el inicio de un nuevo telegrama con una pausa SYN de al menos 33 bits (el bit lógico "1" indica que el bus está inactivo).

Se utilizan varios tipos de telegramas. Se pueden diferenciar por su delimitador de inicio (SD):

No hay datos

SD1 = 0x10

Datos de longitud variable

SD2 = 0x68

Datos de longitud fija

SD3 = 0xA2

Simbólico

SD4 = 0xDC

Campos

Puntos de acceso al servicio

Capa de transmisión de bits (Capa 1 del modelo OSI)

Se especifican tres métodos diferentes para la capa de transmisión de bits: [ 9 ]

  • Con la transmisión eléctrica [ 18 ] [ 19 ] según EIA-485 , se utilizan cables de par trenzado con impedancias de 150 ohmios en una topología de bus . [ 20 ] Se pueden utilizar velocidades de bits de 9,6 kbit/s a 12 Mbit/s. La longitud del cable entre dos repetidores está limitada de 100 a 1200  m, dependiendo de la velocidad de bits utilizada. Este método de transmisión se utiliza principalmente con PROFIBUS DP.
  • Con la transmisión óptica a través de fibra óptica , se utilizan topologías en estrella , bus y anillo  . La distancia entre los repetidores puede ser de hasta 15 km. La topología en anillo también puede implementarse de forma redundante. [ 17 ]
  • Con la tecnología de transmisión MBP (Manchester Bus Powered) [ 19 ] , los datos y la alimentación del bus de campo se transmiten a través del mismo cable. La potencia se puede reducir de tal manera que permite su uso en entornos con riesgo de explosión. La topología del bus puede alcanzar hasta 1900  m de longitud y permite la ramificación hacia dispositivos de campo (ramificaciones de hasta 60  m). La velocidad de bits es fija de 31,25  kbit/s. Esta tecnología se desarrolló específicamente para su uso en la automatización de procesos para PROFIBUS PA. [ 17 ]

Para la transferencia de datos mediante contactos deslizantes para dispositivos móviles o la transmisión de datos ópticos o por radio en espacios abiertos, se pueden obtener productos de diversos fabricantes; sin embargo, no cumplen con ningún estándar.

PROFIBUS DP [ 6 ] utiliza un cable apantallado de dos núcleos con una cubierta violeta, [ 18 ] y funciona a velocidades entre 9,6  kbit/s y 12  Mbit/s. [ 20 ] Se puede elegir una velocidad específica para una red que proporcione tiempo suficiente para la comunicación con todos los dispositivos presentes en ella. Si los sistemas cambian lentamente, una velocidad de comunicación más baja es adecuada, y si los sistemas cambian rápidamente, una comunicación más eficaz se producirá a través de una velocidad mayor. La transmisión balanceada RS485 utilizada en PROFIBUS DP solo permite conectar 31 dispositivos a la vez; sin embargo, se pueden conectar más dispositivos (hasta 126) o ampliar la red mediante el uso de concentradores o repetidores (4 concentradores o repetidores para alcanzar los 126). [ 7 ] Un concentrador o un repetidor también se cuenta como un dispositivo. [ 21 ]

PROFIBUS PA [ 8 ] funciona a una velocidad fija de 31,25  kbit/s mediante un cable blindado de dos conductores con cubierta azul. La comunicación puede iniciarse para minimizar el riesgo de explosión o para sistemas que requieren intrínsecamente equipos seguros. Los formatos de mensaje en PROFIBUS PA son idénticos a los de PROFIBUS DP.

Nota: PROFIBUS DP y PROFIBUS PA no deben confundirse con PROFINET .

Perfiles

Los perfiles son configuraciones predefinidas de las funciones y características disponibles en PROFIBUS para su uso en dispositivos o aplicaciones específicas. Son definidos por los grupos de trabajo de PI y publicados por PI. Los perfiles son importantes para la apertura, la interoperabilidad y la intercambiabilidad, de modo que el usuario final pueda tener la certeza de que equipos similares de diferentes proveedores funcionan de forma estandarizada. La posibilidad de elección del usuario también fomenta la competencia, lo que impulsa a los proveedores a mejorar el rendimiento y reducir los costes.

Existen perfiles PROFIBUS para codificadores, instrumentos de laboratorio, bombas inteligentes , robots y máquinas de control numérico, entre otros. También existen perfiles para aplicaciones como el uso de HART y comunicación inalámbrica con PROFIBUS, y dispositivos de automatización de procesos mediante PROFIBUS PA. Se han especificado otros perfiles para el control de movimiento (PROFIdrive) y la seguridad funcional ( PROFIsafe ).

Organización

La PROFIBUS Nutzerorganisation eV (Organización de Usuarios de PROFIBUS, o PNO) se creó en 1989. [ 3 ] Este grupo estaba compuesto principalmente por fabricantes y usuarios de Europa. En 1992, se fundó la primera organización regional de PROFIBUS (PROFIBUS Schweiz en Suiza). En los años siguientes, se añadieron otras Asociaciones Regionales de PROFIBUS y PROFINET (RPA).

En 1995, todas las empresas de automatización robótica de procesos (RPA) se unieron bajo la asociación internacional Profibus and Profinet International (PI). Hoy en día, PROFIBUS está representada por 25 empresas de RPA en todo el mundo (incluida PNO) con más de 1400 miembros, entre los que se incluyen la mayoría, si no todos, los principales proveedores de automatización y de servicios, además de numerosos usuarios finales.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Weigmann, Josef; Kilian, Gerhard (2003). Descentralización con PROFIBUS DP/DPV1: Arquitectura y fundamentos, configuración y uso con SIMATIC S7 . Siemens. ISBN 978-3-89578-218-3.
  2. ↑ "Redes de comunicación industrial - Perfiles Parte 1: Perfiles de bus de campo" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2019. IEC 61784-1 . Consultado el 28 de abril de 2020 .
  3. 1 2 3 Bender, Klaus; Freitag, Jörg; Lindner, Klaus-Peter (2009). Hitos: PROFIBUS - 20 años de estándares para la comunicación industrial . Karlsruhe: PROFIBUS Nutzerorganisation eV
  4. ↑ "Tecnología y aplicación PROFIBUS – Descripción del sistema" . Profibus y Profinet International (PI). 2016. Pedido n.º 4.332 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  5. ↑ Xiu, Ji (2015). PROFIBUS en la práctica: arquitectura y diseño de sistemas . CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1507633045.
  6. 1 2 Mitchell, Ronald (2003). PROFIBUS: Guía de bolsillo . ISA. ISBN 978-1556178627.
  7. 1 2 "Diseño PROFIBUS" . Profibus y Profinet International (PI). 2020. Pedido n.º 8.012 . Consultado el 09-02-2023 .
  8. 1 2 Powel, James; Vandeline, Henry (2012). Capturando el bus de campo de procesos: Una introducción a Profibus para la automatización de procesos . Momentum Press. ISBN 978-1606503966.
  9. 1 2 "Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo - Parte 2: Especificación de la capa física y definición del servicio" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2022. IEC 61158-2 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  10. ↑ "Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo - Parte 5-3: Definición de servicio de capa de aplicación - Elementos de tipo 3" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2014. IEC 61158-5-3 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  11. ↑ "Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo - Parte 6-3: Especificación del protocolo de la capa de aplicación - Elementos de tipo 3" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2019. IEC 61158-6-3 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  12. 1 2 Popp, Manfred (2003). "La nueva vía rápida a PROFIBUS DP: de DP-V0 a DP-V2" . Profibus y Profinet International (PI). Pedido n.º 4.072 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  13. ↑ Xiu, Ji (2019). PROFIBUS en la práctica: Estándar y funcionamiento . Publicado de forma independiente. ISBN 978-1793076830.
  14. ↑ Xiu, Ji (2013). PROFIBUS en la práctica: ingeniería de sistemas, resolución de problemas y mantenimiento . CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1493614684.
  15. ↑ "Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo - Parte 3-3: Definición del servicio de la capa de enlace de datos - Elementos de tipo 3" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2014. IEC 61158-3-3 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  16. ↑ "Redes de comunicación industrial - Especificaciones de bus de campo - Parte 4-3: Especificación del protocolo de la capa de enlace de datos - Elementos de tipo 3" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2019. IEC 61158-4-3 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  17. 1 2 3 Felser, Max (2017). Manual PROFIBUS . epubli GmbH. ISBN 978-3-8442-1435-2.
  18. 1 2 "Puesta en servicio de PROFIBUS" . Profibus y Profinet International (PI). 2022. Pedido n.º 8.032 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  19. 1 2 Xiu, Ji (2013). PROFIBUS en la práctica: Instalación de dispositivos y cables PROFIBUS . CreateSpace Independent Publishing Platform. ISBN 978-1481245210.
  20. 1 2 "Cableado y ensamblaje PROFIBUS" . Profibus y Profinet International (PI). 2020. Pedido n.º 8.022 . Consultado el 09-02-2023 .
  21. ↑ "Redes de comunicación industrial - Perfiles - Parte 5-3: Instalación de buses de campo - Perfiles de instalación para CPF 3" . Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). 2018. IEC 61784-5-3 . Consultado el 9 de febrero de 2023 .
  • PROFIBUS y PROFINET Internacional
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