Dibujo del mes de septiembre

https://docs.google.com/presentation/d/1qcsT1zBVcgPoQhAbH8tp90HjaRRRbcGUN-7-dWrUja4/edit#slide=id.p4

Profibus.

Objetivo.

Conocer las características principales, estándares, protocolos implementados, conexiones , velocidades, dispositivos y software de Profibus. Sobre todo tener una visión general del funcionamiento de este estándar  y sus aplicaciones. 

Indice.

• Introducción.
• Método de acceso al medio.
• Diagrama/Topología de cómo funciona.
• Medios físicos y distancias.
• Estándares de comunicación. 
• Dispositivos o participantes de Profibus.
• Velocidades de transmisión.
• Redundancias. 
• Software de administración.
• Respaldos de los participantes Profibus y PLC.
• Resumen. 
• Conclusión.
• Mapa mental.

Introducción. 

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.

Método de acceso al medio.

Las tres versiones de PROFIBUS (DP, FMS and PA) emplean un protocolo de acceso al bus uniforme que está implementado por el nivel 2 del modelo OSI. También incluye la seguridad de los datos y el manejo de los protocolos de transmisión y telegramas.

En PROFIBUS, la capa 2 se llama Fieldbus Data Link (FDL). La capa del control de acceso al medio especifica el procedimiento cuando a una estación se le permite transmitir datos. Ésta se debe asegurar que solo una estación tiene el derecho a transmitir en un instante dado. El diseño de este protocolo satisface los dos principales requisitos de la capa MAC:

Durante la comunicación entre sistemas maestros, se debe asegurar que cada una de estas estaciones tiene suficiente tiempo para ejecutar sus tareas de comunicación dentro de un intervalo de tiempo definido. 

La transmisión de datos en tiempo real debe ser tan rápida y sencilla como sea posible para la comunicación entre un controlador programable y sus dispositivos de I/O (esclavos).

Por tanto, éste protocolo incluye el paso de un testigo que se emplea para que las estaciones maestro se comuniquen entre ellas teniendo el acceso al bus aquella que posea el token ( el paso del token a la siguiente estación del anillo lógico se hace incrementando la dirección lógica) y el procedimiento maestro-esclavo para comunicarse la estación maestra con sus esclavos de I/O pudiendo en el intervalo de posesión del testigo enviar o recibir mensajes a/de sus estaciones pasivas.

Este método de acceso permite las siguientes configuraciones:

   * Sistema maestro-esclavo 
   * Sistema maestro- maestro (con paso de  token) 
   * Combinación de los dos

En la fase de inicio, la tarea de la subcapa MAC de las estaciones activas es detectar la asignación lógica para establecer el anillo. En la fase de operación las estaciones apagadas o defectuosas han de quitarse del anillo con la consecuente reordenación de las direcciones lógicas al igual que cuando se añade una nueva. Además, el control del acceso al bus asegura que el token sea pasado de una estación a la siguiente según se incrementa la dirección. El tiempo de posesión del testigo que se le asigna a una estación depende del tiempo de rotación del testigo que se haya configurado. Además, la detección de los defectos en el medio de transmisión así como la detección de errores de dirección o en el paso de los tokens están incluidos en el control de acceso al medio de PROFIBUS.

Otra misión importante del nivel 2 es preservar la integridad de los datos. El formato de las tramas asegura una alta integridad. Todos los mensajes tienen distancia Hamming, HD=4. Ésto se consigue usando delimitadores especiales de comienzo y final de trama y un bit de paridad para cada octeto según el standar internacional IEC 870-5-1.

La capa 2 de PROFIBUS permite tanto comunicación punto a punto como multipunto (Broadcast and Multicast).

La comunicación Broadcast significa que una estación envía un mensaje a todas las estaciones ya sean maestro o esclavo

En la comunicaron Multicast se envía a un grupo determinado de estaciones ya sean maestro o esclavo. 

En PROFIBUS-FMS, DP y PA se usa un subconjunto individual de servicios de la capa 2 según la tabla 6. Los servicios se piden a través de los SAPs de la capa 2 por parte de las capas superiores. En PROFIBUS-FMS estos SAPs se emplean para direccionar la comunicación lógica. En PROFIBUS-DP and PA se asignan funciones bien definidas a cada punto de acceso al servicio. Se pueden emplear varios puntos de acceso al servicio simultáneamente por todas las estaciones activas y pasivas. Así mismo se debe distinguir entre los puntos de acceso al servicio fuente (SSAP) y los destinos (DSAP). 

Diagrama/Topología de cómo funciona.

Topologías: Bus lineal, con distintos segmentos y terminadores activos en ambos extremos. También puede confeccionarse la red en árbol, generalización del bus. Las ramas derivadas sólo se permiten para velocidades de transmisión menores de 1.5 Mbps. Por medio de repetidores se pueden conseguir diferentes segmentos del bus. 

La topología puede ser simplemente en forma de bus lineal o en forma de árbol, en el que los repetidores constituyen el nudo de partida de una expansión del bus. 

Medios físicos y distancias.

El medio físico que soporta a Profibus esta integrado por una Red Eléctrica (cable bifilar trenzado), Red óptica (cable de fibra óptica) o una combinación de ambas.

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.

Las características de esta transmisión son: 

• Topologías: Bus lineal, con distintos segmentos y terminadores activos en ambos extremos. También puede confeccionarse la red en árbol, generalización del bus. Las ramas derivadas sólo se permiten para velocidades de transmisión menores de 1.5 Mbps. Por medio de repetidores se pueden conseguir diferentes segmentos del bus. 

• Cable: Par trenzado apantallado, de cobre con diferentes recubrimientos según el ambiente. 

• Velocidad de transmisión: Entre 9.6K – 12M, según la distancia que haya que cubrir. Dado que la velocidad es única en el bus, un dispositivo principal suele marcarla y el resto se debe configurar a la misma. 

• Distancia de transmisión sin repetidor hasta 1200 metros a 9.6 K y sólo 400 m a 500 K (Velocidad usual).  

Estándares de comunicación. 

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.

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 automatización 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 posicionadores 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.

Posteriormente, en otras ediciones abordaremos el PROFINET.

Todas las variedades del PROFIBUS se basan en el modelo de comunicación de redes OSI (Open System Interconnection), cumpliendo con el estándar mundial ISO 7498. Debido a las exigencias del campo, sólo los niveles 1 y 2, además del nivel 7 del FMS, son instalados, por razones de eficiencia.

Dispositivos o participantes de Profibus.

Las redes industriales como elemento de comunicación entre ordenadores y controladores permiten el control distribuido de los sistemas de automatización. En entornos industriales es frecuente su uso en la coordinación de las células de robótica y control numérico con el resto del sistema de la planta. Todos los participantes en la comunicación lo hacen a través de un cable común, con protocolo común. Los terminales de operarios permiten incorporar parámetros y diagnósticos frecuentes sobre los procesos de una forma rápida y eficaz. Los diferentes procesos de una misma planta se pueden coordinar y supervisar mediante un SCADA. La velocidad de transmisión en estos niveles suele ser de entre 2-10 Mbps. La topología más habitual suele ser bus admitiendo ramificaciones apareciendo diferentes segmentos. Las distancias máximas suelen ser de 2 Km. Los dispositivos conectados a un bus, independientemente del fabricante, se pueden clasificar en maestros y esclavos, habitualmente. Los maestros son los encargados de mantener el protocolo y el correcto funcionamiento de las comunicaciones, de transferir las órdenes desde las capas más altas hasta los últimos ejecutores y de transmitir la información de los sensores, además de realizar las labores de control que le hayan sido asignadas. Los esclavos son dispositivos del tipo sensores, actuadores o controladores se encargan se encargan de transmitir información al maestro o maestros del bucle o ejecutarla.

La comunicación en un sistema industrial se puede dar a tres niveles, de forma separada o conjunta: 1. Nivel de actuador/sensor. Las señales binarias de los sensores y actuadores son transmitidos a través del bus de estos dispositivos de manera cíclica al maestro de la red. Para este nivel se suele utilizar AS-Interface. 2. Nivel de campo. Este nivel conecta a todos los periféricos tales como módulos E/S, transductores de señal con el sistema de automatización por una comunicación en tiempo real. En este nivel los datos son también enviados de forma síncrona mientras que las alarmas, los parámetros y los datos de diagnóstico de la comunicación son enviados de forma asíncrono en momentos puntuales. Para este nivel PROFIBUS ofrece una solución transparente y especialmente preparada para procesos de automatización. 3. Nivel de célula. Los controladores programables tales como los PLC y los IPC se comunican unos con otros en este nivel mediante grandes paquetes y potentes funciones de comunicación, pudiendo estar esta capa integrada en el sistema de comunicaciones interno de una compañía mediante internet, intranet, mediante los protocolos más usuales TCP/IP y Ethernet. 

Velocidades de transmisión.

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 intrínsicamente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).
• MBP IS
• Fibra óptica. Incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plástica y fibra HCS.

Redundancias. 

PROFIBUS DP puede también configurarse de forma redundante. En este caso las estaciones periféricas descentralizadas como la ET 200M o la ET 200iSP se conectan, a través de los módulos de interfaz, a dos líneas PROFIBUS DP redundantes de un sistema de automatización de alta disponibilidad; los dispositivos inteligentes de campo conectados a PROFIBUS PA a través de un módulo DP/PA Link redundante con dos módulos de interfaz. El componente denominado Y-Link permite operar dispositivos PROFIBUS DP no redundantes conectados a un PROFIBUS DP redundante.

Software de administración.

 FDT/DTM (Field Device Tool and Device Type Manager)

• Las características del sistema y la topología de red de PROFIBUS DP se definen y configuran en la Unidad Maestra de PROFIBUS/ DP de OMRON 

• Puede realizarse la configuración de forma remota, a través de otras redes, como Ethernet o ControllerLink

• Se puede usar con todos los maestros de Omron*

Respaldos de los participantes Profibus y PLC.

Una vez conectado al PLC, puedo crear un nuevo proyecto y borro el contenido que viene por defecto (generalmente la red MPI).

Entonces, ahora Sistema destino ->Copiar en PG.

Esto nos hará una copia idéntica del contenido actual del PLC, tanto de bloques como de la configuración de HW.

• Los comentarios de los segmentos.
• Nombres simbólicos de marcas y FC,FB etc
• Nombres simbólicos de las variables del DB.

Resumen.

PROFIBUS es el líder mundial en redes multi-funcionales de célula y campo. Existen más de 3’5 millones de dispositivos PROFIBUS instalados en más de 350,000 aplicaciones (datos de finales de 1.999). PROFIBUS Internacional es una organización que reúne todas las asociaciones de usuarios de PROFIBUS (PNO) zonales, para la promoción de PROFIBUS. Estándar internacional EN 50170 e IEC 61158 

Red abierta y estándar. Amplia gama de componentes y sistemas en el mercado Red Multi-fabricante. PROFIBUS es el líder de mercado en buses de campo Soportado por los fabricantes de PLCs más importantes. Ahorro Red de célula y campo económica + costes calculables de instalación y cableado. Componentes de la Automatización Totalmente Integrada. Alto nivel de seguridad de datos Uso de cables de fibra óptica o par trenzado. Flexibilidad Sistema con interfaces para una amplia gama de necesidades.

Conclusión.

El bus de comunicaciones puede adaptarse a las aplicaciones más diversas gracias a una solución de sistemas modulares y muestra sus mejores prestaciones en todos los segmentos de la automatización discreta y las industrias de procesos. El bus de comunicaciones goza de acreditación a nivel mundial y puede emplearse en todos los pasos de la producción y de los procesos. Las soluciones uniformes PROFIBUS ayudan a reducir considerablemente los gastos de inversión, explotación y mantenimiento y contribuyen a incrementar la productividad de forma decisiva.

Mapa mental.