Protocolo Profibus

Sebastián VallverdúJunio 2009.

Profibus es un protocolo de bus, de amplio uso industrial

Su uso está ampliamente difundido en el mundo, su función básicamente es conectar dispositivos de automatización industrial (controladores, variadores de frecuencia, instrumentos de medición, etc) y permitir una comunicación robusta, económica y sencilla entre ellos.

Gran número de fabricantes de controladores u otro tipo de instrumentos para el control industrial fabrican sus productos certificando la compatibilidad con este protocolo. Esto brinda la posibilidad de independizarse del fabricante y tener la tranquilidad de que si todos los dispositivos “hablan profibus” no habrá problemas en la comunicación.

La norma utilizada para la certificación es la EN 50 170

Arquitectura básica de la red

El protocolo funciona a nivel de enlace de datos, sin embargo mediante el uso de un segundo protocolo de esta familia, Profinet, puede comunicarse con otros dispositivos en diferentes áreas geográficas.

Versiones compatibles

PROFIBUS PA:- Diseñado para automatización de procesos.- Permite la conexión de sensores y actuadores a una línea de bus comúnincluso en áreas especialmente protegidas.- Permite la comunicación de datos y energía en el bus mediante el uso de 2tecnologías (norma IEC 1158-2).

PROFIBUS DP:- Optimizado para alta velocidad.- Conexiones sencillas y baratas.- Diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de controlde automatismos y las entradas/salidas distribuidas.

PROFIBUS FMS:- Solución general para tareas de comunicación a nivel de célula.- Gran rango de aplicaciones y flexibilidad.- Posibilidad de uso en tareas de comunicación complejas y extensas.

Versiones compatibles

Medio físico

A distancias cortas se utilizan cables trenzados, blindados, para disminuir la interferencia electromagnética. Estos son los 2 primeros casos.Con fibra óptica se obtienen velocidades de hasta 12 Mbps en distancias del orden de los 2000m (sin repetidores)

Capa física

Todo el intercambio a nivel físico o de bit se realiza utilizando el estándar RS485. Este estándar básicamente transforma los bits entre valores de -7V a +12V. Este estándar actualmente lo regula la Telecommunications Industry Association (TIA) y el nombre formal es TIA-485-A.222

Este tipo de tecnología admite un máximo de 32 dispositivos sin la necesidad de un repetidor que refuerce la señal.

Elementos del bus

El elemento esencial del bus es el nodo. PROFIBUS prevé la existencia de dostipos de nodos:

Activos: son nodos que pueden actuar como maestro del bus, tomandoenteramente el control del bus.

Pasivos: son nodos que únicamente pueden actuar como esclavos y, portanto, no tienen capacidad para controlar el bus. Estos nodos pueden dialogar con los nodos activos mediante un simple mecanismo de pregunta-respuesta, pero no pueden dialogar directamente entre sí.

Aparte de estos dos tipos de nodos, existen otros dos bloques esenciales en la arquitectura del bus:

Expansiones E/S: este tipo de bloques constituyen la interfaz con las señales de proceso y pueden estar integrados tanto en un nodo activo como en un nodo pasivo.

Repetidores: los repetidores ejecutan el papel de simples transceptoresbidireccionables para regenerar la señal.

Estructura lógica

La estructura lógica es de tipo híbrido: las estaciones activas comparten unaestructura de maestro flotante, relevándose en el papel de maestro mediante paso de testigo (Token Ring). Las estaciones pasivas sólo pueden ejercer el papel de esclavos, sea cual sea el maestro activo en cada momento.

Medios con interferencias altas y largas distancias

Fibra óptica.Los conductores por fibra óptica pueden ser usados para aplicacionesPROFIBUS en ambientes con interferencias electromagnéticas muy altas y para incrementar la distancia máxima con velocidades elevadas. Hay disponibles dos tipos de conductores. Los conductores por fibra óptica (plástico) para distancias de 50m. o los conductores por fibra óptica (cuarzo) para distancias de 1Km. son muy baratos.

Muchos fabricantes ofrecen conexiones especiales que posibilitan unaconversión integrada de señales RS 485 para trabajar con conductores de fibra óptica yviceversa. Esto proporciona un método muy sencillo de intercambio entre transmisiónRS 485 y transmisión por fibra óptica en un mismo sistema.

Modelo de capas de las distintas versiones

Esta solución usualmente está compuesta por una aplicación que la proporciona cada fabricante (una HMI, un controlador, variador de frecuencia, etc.) que se comunica en forma transparente para el usuario con la capa 2. Normalmente es de fácil configuración y muy estable en ambientes ruidosos.

Trama

¿Por qué Profibus?

-Al funcionar como bus, permite ahorrar y simplificar el tendido de cables en una instalación.-Permite velocidades más que aceptables para las aplicaciones de uso industrial, a un muy bajo costo.-Es un estándar independiente del fabricante de un equipo en particular y es ampliamente usado por los fabricantes de componentes de automatización en el mundo.-Es muy robusto frente al ruido electromagnético.-Permite controlar efectivamente una instalación industrial compleja, con un método token ring donde las colisiones son prácticamente nulas.-Combinado con su “primo” profinet, este protocolo permite monitorear y controlar una planta industrial en un área geográfica desde una estación de trabajo en otra área geográfica a través de redes “bridgeadas” redes privadas virtuales o túneles. -El protocolo permite que se programe en tiempo real un controlador para, por ejemplo, corregir una rutina de control sin necesidad de estar físicamente en la planta.-La variedad de dispositivos que pueden conectarse es muy importante.