APORTE 1 COLABORATIVO 2 por Antonio Albarracín

TUTORIAL PROTOCOLO DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL PROFIBUS

Descripción de las características técnicas más importantes del

protocolo de comunicación

Topología de red: bus lineal o en árbol con terminadores.

Redundancia: un segundo medio de transmisión es opcional.

Transmisión: halfduplex, asíncrona, sincronización por start/stop, sin bit

stuffing.

Acceso al bus: híbrido.

- Paso de testigo entre las estaciones maestras

- Maestro/esclavo entre maestra y esclavas

Direccionamiento:

- 7 bits (rango de dirección: de 0 a 127)

- 127: dirección global para broadcast y multicast

- Extensión de las direcciones para direcciones regionales, direcciones de segmento y direcciones puntos de acceso a servicios (LSAP)

Servicios de transferencia:

- Acíclicos: Send Data with/without Acknowledge Send and Request

Data with Reply

- Cíclicos (polling): Cyclic Send and Request Data with Reply

Longitud de trama:

- hasta 255 bytes por trama

- de 0 a 246 octetos de datos de la capa 2 por cada Data Unit sin extensión de

dirección

Integridad de los datos: mensajes con distancia Hamming (HD) = 4,

detección de deslizamiento de sincronismo, secuencia especial para evitar

pérdida y multiplicación de los datos

Número de estaciones:

- 32 por segmento

- Hasta 127 usando repetidores

Velocidad de transmisión: depende del medio

Kbits/s 9,6 19,2 93,75 187,5 500Distancia/s ≤1200m ≤1200m ≤1200m ≤600m ≤200m

Según norma RS485, cable tipo A par trenzado apantallado

Aplicaciones Industriales más comunes

La implementación del protocolo PROFIBUS es sencilla y económica, debido a la

amplia gama de chips disponibles en la actualidad. En principio, el protocolo

PROFIBUS puede ser implementado en cualquier microprocesador equipado

interna o externamente con una interface serie asíncrona (UART). Sin embargo, el

uso de chips protocolares (ASICs) es muy recomendable cuando el protocolo

requiera soportar velocidades superiores a 500 Kbits/seg. O cuando se requiere

una conexión en cierto tipo de tecnologías.

Dentro de sus aplicaciones en la industria se tienen:

Automatización manufacturera

- Fabricación de vehículos

- Sistemas de embotellado

- Sistemas de almacenamiento

Automatización de edificios

- Automatización del tráfico

- Calefacción y aire acondicionado

Automatización de procesos

- Plantas depuradoras

- Industria química y petroquímica

- Industria textil y del papel

Industria energética y de distribución

Niveles de voltaje y técnicas de modulación o codificación propias

del protocolo de comunicación

A nivel de actuadores/sensores, el AS-Interface es el sistema de comunicación de

datos ideal, pues las señales binarias de datos se transmiten a través de un

abarramiento muy simple y barato, juntamente con la entrada de energía de 24Vdc

necesaria para alimentar estos mismos sensores y actuadores. Otra característica

importante es que los datos se transmiten cíclicamente, de manera muy eficiente y

rápida.

Cabe mencionar que la arquitectura del PROFIBUS se divide en tres tipos

principales:

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.

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. .

PROFIBUS-PA

El PROFIBUS-PA es la solución PROFIBUS que satisface 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.

Tecnología de transmisión en 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). Su Señal de comunicación se realiza mediante Codificación Manchester

con modulación de tensión

Formas de integración con otros protocolos pensando en una estructura de red

Para integrarse un equipo en un sistema PROFIBUS basta usar el archivo GSD

del equipo. Cada equipo tiene su archivo GSD (con hoja de datos electrónica), que

es un archivo de texto con detalles de revisión de hardware y software, toma de

tiempo del equipo e informaciones del cambio de datos cíclicos. Como se muestra

en la imagen:

Además del archivo GSD, también se suministran los archivos de Descripción de

Dispositivos (DDs), donde se detallan los parámetros, menús y métodos para la

configuración cíclica de los equipos de campo. Esos archivos siguen el estándar

EDDL definido por la PROFIBUS International. Hay aún el estándar FDT y el DTM

para configuración, monitoreo y calibración.

 

Esquemático o diseño de un circuito electrónico propio para la

implementación del protocolo y elementos que lo componen

A continuación se muestra un esquema de conexión basado en PROFIsafe que es

una solución en seguridad de PROFIBUS.

PROFIsafe define cómo los dispositivos a prueba de fallos (pulsadores de parada

de emergencia, matrices de luz, cortes de sobrellenado, etc) pueden comunicarse

a través de PROFIBUS con controladores de seguridad de forma tan segura que

pueden ser utilizados para tareas de automatización relacionadas con la seguridad

hasta KAT4 cumpliendo las normas EN954, AK6 y SIL3 (Safety Integrity Level –

Nivel de Seguridad).Implementa las comunicaciones seguras a través de un perfil,

por ejemplo, a través de un formato especial de datos de usuario y un protocolo

especial.

El nuevo IEC 60204-1 proporciona conceptos sobre cómo protegerse contra

choques eléctricos (apagado de emergencia) con interruptores de circuito de

protección del motor bloqueables, interruptores de circuito principales y principales

aisladores con fusibles. El esquema muestra estos conceptos. También muestra

las conexiones de línea recomendadas de 5 cables de alimentación (TN-S) con las

líneas N y PE separadas y los cables blindados entre unidades y motores. El IEC

60204-1 es una fuente valiosa para muchos otros problemas de seguridad como

complemento a la tecnología PROFIsafe.

Conclusiones

Los buses de campo son empleados en una variedad de sectores en los

cuales unos son más aptos que otros, de acuerdo a la aplicación específica.

PROFIBUS brinda bastantes beneficios para efectos de automatización y

control de procesos continuos y discretos.

Se genera interés por parte de las compañías en seguir suministrando

productos de acuerdo con los deseos del mercado y garantizar inversiones

futuras con entera interoperabilidad e intercambialidad.

Dentro de las posibles limitaciones de profibus se tienen; en primer lugar

que sólo se transmite un número estático de datos y en segundo que su

costo de programación puede llegar a ser relativamente alto.

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