PROFIBUS.

PROFIBUS

OBJETIVO

Que el alumno identifique la red industrial PROFIBUS, que maneje terminología técnica y aprenda los tipos de topología y como es que funciona esta red.

INTRODUCCION.

-         - PROFIBUS

-          -Características generales

-         - Perfiles

-         - PROFIBUS DP

-          -PROFIBUS PA

-        -  PROFIBUS FMS

-         -Funciones de comunicación

-         - Medios físicos de transmisión de datos

-         - RS-485

-          -RS 485-iS

-         - Fibra óptica

-         - Automatización manufacturera

-          -Automatización de procesos

-          -Tipo de cable y  conectores.

-         -Topología

-         -Resumen

-         - Mapa mental

PROFIBUS

Es una de los buses de campo abiertos que cumple con todos los requerimientos en un rango muy amplio de aplicaciones. Es también la norma de comunicaciones favorita en el continente europeo y presume de tener el mayor número de instalaciones operando en el mundo. Además de ser abierto, no pertenece a ningún fabricante en particular, está certificado y es a todas luces un producto orientado a satisfacer las necesidades de automatización y control de procesos en las próximas décadas. Es abierto, porque permite que los dispositivos de los diversos fabricantes certificados en este bus se comuniquen entre ellos sin necesidad de utilizar interfases. Las principales normalizaciones derivan de los estándares europeos EN 50170 y DIN 19245.

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.

Así pues debemos utilizar Profibus cuando necesitemos comunicar elementos del segundo nivel, especialmente recomendable para sistemas de producción.

Los principales puntos de descripción del bus son:

- Modelo OSI que se aplica a los buses de campo

 -Topología y arquitectura de un bus de campo

 -Componentes

- Instalación y cableado

- Datos de transmisión

-Tramas de datos

- Opciones de interconexión con otros sistemas

- Software disponible para configuración, supervisión y diagnóstico de la red de comunicación.

Características generales

Este bus se basa en la comunicación controlada entre maestro-esclavo. Definimos de manera particular estos dispositivos como:  Dispositivos maestros (Master Devices). Entre estas estaciones activas rota un permiso de acceso y control que les permite enviar mensajes sin necesidad de petición.  Dispositivos secundarios (Slaves Devices). Periféricos asignados a los maestros. Consisten en una serie de dispositivos lo suficientemente inteligentes como para seguir las normas del protocolo, entre los que podemos encontrar: sensores, actuadores tipo relé, convertidores de frecuencia, electroválvulas,…etc. Su papel es pasivo, pudiendo sólo transmitir cuando se les a ha realizado una petición previa. Suelen ocupar poco tiempo de comunicación pero son muy numerosos.

Los datos que se desplazan por el canal físico son de 5 tipos diferentes:

- Datos de entrada y de salida al proceso.

- Funciones de diagnóstico y verificación.

- Configuración de dispositivos.

-Programas entre los controladores.

- Parámetros de control.

•  PROFIBUS es un sistema de bus potente, abierto y robusto que brinda una comunicación sin perturbaciones.

•  Es un sistema completamente normalizado que permite conectar de forma sencilla componentes normalizados de diferentes fabricantes.

•  La configuración, la puesta en marcha y la búsqueda de averías se pueden realizar desde cualquier punto. En consecuencia, las relaciones de comunicación libremente definibles son muy flexibles y fáciles de aplicar en la práctica y de modificar.

•  Seguridad para las inversiones gracias a desarrollos y perfeccionamientos compatibles.

•  Componentes de red para el uso en entorno industrial rudo.

•  Conectorizado y puesta en marcha rápidos  a pie de máquina mediante el sistema de cableado FastConnect.

•  Vigilancia permanente de los componentes de red por es- quema de señalización sencillo y eficaz.

•  Alto grado  de protección de la inversión;  las instalaciones existentes se pueden ampliar sin efectos negativos.

•  Alta disponibilidad gracias a la redundancia en anillo con el componente de red activo OLM.

•  Comunicación de seguridad con PROFIsafe.

•  Alta seguridad de servicio y disponibilidad de las instalaciones mediante diferentes posibilidades de diagnóstico

Perfiles.

 Profibus ofrece protocolos de comunicaciones según la aplicación tanto para alta velocidad como para grandes cantidades de direccionamiento, caso de los sensores y actuadores, tanto para buses con largos tiempos de respuesta como para aplicaciones de comunicación compleja. Los tres perfiles compatibles que ofrece Profibus son:

 Profibus-DP (Descentralized Periphery) para el control distribuido.

Diseñado para la comunicación entre sistemas de control automático y entradas y salidas distribuidas o remotas en campo. Ofrece la funcionalidad de intercambiar datos de forma rápida y cíclica. Su principal ventaja es que es plug and play, en cuanto a que se permite la identificación de los dispositivos.

 Profibus-PA (Processs Automation), automatización de processos.

Permite que tanto sensores como actuadores sean conectados en una línea de bus. Su aplicación está definida en procesos situados en áreas de seguridad intrínseca, denominadas Ex, y está regido según el estándar internacional IEC 1158-2. Especialmente indicado para las actividades petroleras y químicas.

 Profibus-FMS (Field Message Specification, especificación de los mensajes en el bus de campo) 

se trata de una serie de tares de comunicación, de propósito general, en el nivel de comunicaciones de célula. Es el más alto nivel de comunicaciones que aborda este bus, y permite la coordinación de gran cantidad de aplicaciones de comunicación: buses de ordenadores industriales, robots,… En FMS se realiza la comunicación entre los dispositivos principales.

Funciones de comunicación

La comunicación de proceso o de campo  (PROFIBUS PA, PROFIBUS DP) sirve para conectar equipos de campo  a un autómata (controlador), HMI o sistema de control distribuido.

La conexión se puede establecer a través de interfaces integradas en la CPU o a través de módulos de interfaz  (IMs) y procesadores de comunicaciones (CPs).

En los potentes sistemas de automatización actuales resulta a menudo más eficaz conectar varias líneas PROFIBUS DP a un controlador, no sólo para aumentar el número de unidades periféricas a conectar, sino también para poder  manejar independientemente áreas  de producción individuales (segmentación).

Medios físicos de transmisión de datos

(En lo siguiente se hablará de forma casi exclusiva de Profibus DP y FMS relegando las particularidades del PA para la sección dedicada) mLos buses de campo especifican un medio de transmisión distinto para cada uno de los mismos. Coincidencias muchas. En todos se busca la simplificación. El par trenzado es el más extendido. Si las condiciones del medio exigen el cumplimiento en materia de compatibilidad electromagnética, con un par trenzado de categoría 5 STP, es suficiente. Cuando la velocidad se quiere llevar al extremo de las posibilidades de los dispositivos conectados, entonces entra la fibra óptica. También si el cable está instalado en un medio agresivo, o requiere ciertas condiciones de durabilidad, requerirá un recubrimiento más efectivo, cumpliendo con rigurosos criterios de selección. Además, existen cables distintos para la alimentación de los dispositivos. Todos los fabricantes disponen de catálogos con el cableado adecuado para cada función. El cableado estándar para este tipo de aplicaciones se puede distinguir entre cable tipo A y cable tipo B con las siguientes características.

 RS-485

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)

La red eléctrica  o de cobre utiliza un cable bifilar trenzado y apantallado. El puerto RS485 trabaja con diferencias de tensión. Por tanto, es más inmune a perturbaciones que una interfaz  que trabaja con niveles de tensión o corriente.

En PROFIBUS, las estaciones se conectan al bus a través de un terminal o un conector de bus (máx. 32 estaciones por segmento).

La red de cobre puede configurarse con estructura de bus o arborescente. Los diferentes segmentos se unen entre sí mediante repetidores. La velocidad  de transferencia puede ajustarse escalonadamente de 9,6 kbits/s a 12 Mbits/s según IEC 61158/61784.

 RS 485-iS

Tecnología de transmisión eléctrica de seguridad intrínseca en base a un cable bifilar apantallado que permite una velocidad de 1,5 Mbits/s para zonas con atmósferas explosivas, hasta la zona

Los segmentos RS 485 y RS 485-iS se separan mediante un aislador galvánico (acoplador RS 485-iS)

Fibra óptica

La red de fibra óptica en Profibus es la opción para grandes distancias de transmisión o para los ambientes industriales más afectados por las interferencias electromagnéticas. A menudo se utiliza una red mixta con elementos eléctricos y ópticos. La red de dispositivos ópticos consiste en:

• Módulos de enlace óptico. Estos módulos configuran un enlace óptico, junto con las fibras ópticas. De estos módulos se obtiene además una salida eléctrica para conectar a las estaciones participantes en la red.

• Elementos de conexión de los que cuelgan otras estaciones. Además tienen entrada y salida óptica. Algunos fabricantes ofrecen conexión directa a la red óptica sin necesidad de pasar a red eléctrica.

La topología de una red óptica podría ser:

En el esquema EO, es le enlace óptico, siendo de nuevo T el terminador de línea, EA el terminal maestro y EP el terminal esclavo, la doble línea representa un canal de fibra doble, mientras que la línea a trazos es un canal de fibra simple.

 Las características generales de las redes ópticas en Profibus son:

• Topología: permite crear una red en bus lineal, anillo y estrella.

• Cable: fibra óptica de plástico, para la longitud de onda de 660 nm. Si es vidrio puede emplearse una longitud de onda de 800 a 1500 nm. Además, se tendrá en cuenta si el cable deber ser instalado en el interior o exterior, el igual que el cable eléctrico, para seleccionar la resistencia del cable.

• Distancias de transmisión, pueden llegar a ser hasta de 10 y 15 km.

• Número de estaciones, como máximo de es de 127. La expansión de la red se complica. Deben coexistir sistemas eléctricos y sistemas ópticos. Aparecen conectores de fibra, adaptadores fibra-RS485, conectores de par de fibra (uno para transmitir y otro para recibir). Los dispositivos de enlace ópticos disponen de conexiones ópticas y también de cable de bus.

Características de la red óptica

•  La línea de transmisión es inmune a perturbaciones electromagnéticas

•  Es idónea para grandes distancias

•  Su naturaleza ofrece  aislamiento galvánico

•  Pueden utilizarse  cables de fibra óptica de plástico,  PCF o vidrio

•  Es a prueba de "pinchazos" porque la línea no radia nada

•  El tendido es sencillo porque los cables son ligeros, se suministran pre confeccionado y no tienen problemas de puesta a tierra

•  En exteriores no se necesitan sistemas de puesta a tierra adicionales

•  Los cables de fibra óptica son de construcción robusta para aplicaciones industriales en interiores y exteriores

•  Los cables de fibra óptica proporcionan aislamiento galvánico entre los módulos.

Automatización manufacturera

Vía PROFIBUS DP pueden implementarse líneas de producción de velocidad variable u opciones de control del sistema duran- te la explotación en marcha, p. ej. En la industria de la alimentación.

Debe disponerse de flexibilidad para modificar muchas variables a fin de evitar que interfiera la producción. Al mismo tiempo, la disponibilidad de las instalaciones cobra cada vez más importancia.

Los tiempos no productivos ocasionados por una reparación suelen resultar más caros que vigilar adecuadamente el desgaste o las posibles  averías de la instalación.

Con ayuda de componentes potentes en la comunicación es posible, por ejemplo, localizar o notificar los fallos con rapidez.

Automatización de procesos

La automatización de procesos plantea requisitos estrictos en cuanto a rendimiento y fiabilidad, y exige un funcionamiento sencillo y seguro de las instalaciones.

PROFIBUS PA utiliza la tecnología de transmisión de seguridad intrínseca especificada en la norma internacional IEC 61158-2. Esto permite integrar los equipos de campo en áreas clasificas (atmósferas explosivas, Ex). La base para ello es PROFIBUS DP, que se ha ampliado para aplicaciones que exigen  seguridad intrínseca. 

Los servicios de comunicación a cíclicos de PROFIBUS DP/PA permiten acceder en línea a los parámetros de los equipos; es decir, los sistemas de control  de procesos tienen acceso directo al estado real de los datos de los equipos de campo  y a los avisos de estado y de diagnóstico.

PROFIBUS DP/PA permite integrar los equipos de campo  en el Sistema de automatización corporativo desde el control  y la regulación hasta la gestión de activos, incluida la gestión de repuestos y almacenes.

Tipo de cable y  conectores.

El cable utilizado para PROFIBUS es 830-2 y sus conectores  IT38, MTI30.

Topología

Resumen

Esta tecnología al igual que las demás, nos da una mayor factibilidad a nosotros como operarios para así facilitar el trabajo, como lo son el cableado ahorrando tiempo, dinero haciendo el proceso más efectivo y más rápido gracias al estándar requerido, es un tema sencillo pero de alto impacto ya que mejora día a día los procesos

MAPA MENTAL