Profibus

Profibus (generalmente denominado 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 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]

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 de proyecto maestro llamado " fieldbus ". ^[3] El objetivo era implementar y difundir el uso de un bus de campo bit-serial basado en los requisitos básicos de las interfaces de dispositivos de campo. Para este propósito, las empresas miembro acordaron apoyar un concepto técnico común para la producción (es decir, automatización 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]}

En la actualidad se utilizan dos variantes de PROFIBUS: el más utilizado, PROFIBUS DP, y el menos utilizado y específico para cada aplicación, PROFIBUS PA:

• El PROFIBUS DP (Periféricos Descentralizados) ^[6] se utiliza para controlar sensores y actuadores a través de un controlador centralizado en aplicaciones de automatización de producción (fábrica). En este caso, se hace especial hincapié en las numerosas opciones de diagnóstico estándar. ^[7]
• PROFIBUS PA (automatización de procesos) ^[8] se utiliza para supervisar equipos de medición a través de un sistema de control de procesos en aplicaciones de automatización de procesos. Esta variante está diseñada para su uso en áreas peligrosas o 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 que la energía se suministre a través del bus a los instrumentos de campo, al tiempo que limita los flujos de corriente para que no se creen condiciones explosivas, incluso si se produce un mal funcionamiento. La cantidad de dispositivos conectados a un segmento PA está limitada 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 se puede vincular a una red DP mediante un dispositivo acoplador. El DP, mucho más rápido, actúa como una red troncal para transmitir señales de proceso al controlador. Esto significa que DP y PA pueden trabajar en estrecha colaboración, especialmente en aplicaciones híbridas donde las redes de automatización de procesos y de fábrica funcionan una al lado de la otra.

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

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 acíclicos y manejo de alarmas ^[14]
• DP-V2 para modo isócrono y transmisión 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] [16]} funcionan con un método de acceso híbrido que combina el paso de tokens 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. Al transmitir los bytes de un telegrama, no puede haber pausa entre un bit de parada y el siguiente bit de inicio. El maestro indica el inicio de un nuevo telegrama con una pausa SYN de al menos 33 bits (lógica "1" = bus inactivo).

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

SD1 = 0x10

SD2 = 0x68

SD3 = 0xA2

SD4 = 0xCC

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

• En 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.
• En la transmisión óptica por 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 se puede ejecutar de forma redundante. ^[17]
• En 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 sea posible su uso en entornos con peligro de explosión. La topología de bus puede tener una longitud de hasta 1900 m y permite la ramificación a dispositivos de campo (ramificaciones de 60 m como máximo). La velocidad de bits aquí es fija a 31,25 kbit/s. Esta tecnología fue desarrollada especialmente para su uso en la automatización de procesos para PROFIBUS PA. ^[17]

Para la transmisión de datos a través de contactos deslizantes para dispositivos móviles o para la transmisión de datos óptica o por radio en espacios abiertos, se pueden obtener productos de diversos fabricantes, aunque no cumplen ninguna norma.

PROFIBUS DP ^[6] utiliza un cable blindado 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 particular para una red para dar tiempo suficiente para la comunicación con todos los dispositivos presentes en la red. Si los sistemas cambian lentamente, entonces es adecuada una velocidad de comunicación menor, y si los sistemas cambian rápidamente, entonces la comunicación efectiva se producirá a través de una velocidad más rápida. 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 se puede expandir la red con el uso de concentradores o repetidores (4 concentradores o repetidores para alcanzar 126). ^[7] Un concentrador o un repetidor también se cuentan como un dispositivo. ^[21]

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

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

Los perfiles son configuraciones predefinidas de las funciones y características disponibles de PROFIBUS para su uso en dispositivos o aplicaciones específicos. Los especifican los grupos de trabajo de PI y los publica PI. Los perfiles son importantes para la apertura, la interoperabilidad y la intercambiabilidad, de modo que el usuario final pueda estar seguro de que equipos similares de diferentes proveedores funcionan de manera estandarizada. La elección del usuario también fomenta la competencia, lo que lleva a los proveedores a mejorar el rendimiento y reducir los costos.

Existen perfiles PROFIBUS para encoders, instrumentos de laboratorio, bombas inteligentes , robots y máquinas de control numérico, por ejemplo. También existen perfiles para aplicaciones como el uso de HART y conexión inalámbrica con PROFIBUS, y dispositivos de automatización de procesos a través de PROFIBUS PA. Se han especificado otros perfiles para Motion Control (PROFIdrive) y Functional Safety ( PROFIsafe ).

En 1989 se creó la PROFIBUS Nutzerorganisation eV (PROFIBUS User Organisation o PNO). ^[3] Este grupo estaba compuesto principalmente por fabricantes y usuarios de Europa. En 1992 se fundó la primera organización regional PROFIBUS (PROFIBUS Schweiz en Suiza). En los años siguientes se añadieron otras asociaciones regionales PROFIBUS y PROFINET (RPA).

En 1995, todas las RPA se unieron bajo la asociación paraguas internacional Profibus and Profinet International (PI). Hoy, PROFIBUS está representada por 25 RPA en todo el mundo (incluida PNO) con más de 1400 miembros, incluidos la mayoría, si no todos, de los principales proveedores de automatización y proveedores de servicios, junto con muchos usuarios finales.

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