PROFIBUS

PROFIBUS

OBJETIVO

El objetivo de un bus de campo como Profibus es la interconexión de dispositivos digitales de campo o sistemas de bajas o medias prestaciones sensores, actuadores, transmisores, plcs, controladores numéricos, pcs, interfaces hombre-máquina, etc.

INDICE

1. Características
2. Familia PROFIBUS
3. Nivel físico
4. Protocolo de transmisión
5. Tiempos de rotación de testigo
6. Prioridades
7. Versiones
8. Conexiones físicas
9. Resumen
10. Mapa mental 

CARACTERÍSTICA

• Velocidades de transmisión: – 9.6, 19.2, 93.75, 187.5 y 500 KBaudios.
• Número máximo de estaciones: 127 (32 sin utilizar repetidores).
• Distancias máximas alcanzables (cable de 0.22 mm. de diámetro):

1.      hasta 93.75 KBaudios: 1200 metros

2.      187.5 KBaudios: 600 metros

3.      500 KBaudios: 200 metros

•      Estaciones pueden ser activas (maestros) o pasivas (esclavos).
•      Medio de acceso: híbrido

     1.      maestro-esclavo

     2.      pase de testigo entre las estaciones maestras

• Acceso al medio determinístico.
• Conexiones de tipo bidireccionales, multicast o broadcast.
• Servicios:

1.      con o sin reconocimiento

2.      cíclicos o acíclicos

•   Estándar: PROFIBUS según EN 50 170
•   Método de acceso: Paso por testigo con maestro-esclavo
•   Velocidad de transmisión: 9.6 kbit/s - 12 Mbit/s
•   Medio de transmisión:

1.      eléctrico: cable de dos hilos apantallado

2.      óptico: cables de FO (cristal y plástico)

3.      sin hilos: infrarrojos

•   Máx. nº de nodos: 127
•   Tamaño de la red:

1.      eléctrica: máx. 9.6 km (depende de velocidad)

2.      óptica: 150 km (depende de velocidad)

•       Topologías: Bus, árbol, estrella, anillo, anillo redundante
•       Aplicaciones: Comunicación de proceso, campo o datos.

FAMILIA PROFIBUS

PROFIBUS-FMS: Automatización de propósito general, amplio rango de aplicaciones, nivel de célula, flexibilidad, tareas de comunicación complejas, comunicación multi-maestro.

PROFIBUS-PA: Automatización de procesos, orientado a la aplicación, alimentación de los dispositivos a través del bus y seguridad intrínseca.

PROFIBUS-DP: Automatización de planta, alta velocidad, Plug & Play, eficiente y barato, comunicación de sistemas de control y E/S distribuidas a nivel de dispositivo.

Características:

•  Tiempo de reacción corto.
•  Cambio de más de 1000 Entradas y Salidas con 32 dispositivos en menos de 10 ms.
•  Operación Monomaestro o Multimaestro.
• Método de acceso híbrido.
• Protocolo simple, con interfaz de comunicación de bajo coste.
•  Funcionalidad reducida, solución con ASIC sin microprocesador.
• Excelente diagnóstico.
•  Varios diagnósticos en maestro y esclavo.
• Interfaz de usuario simple.
• Conjunto básico de parámetros y datos de configuración.
• Uso del cableado existente.
• Misma tecnología de transmisión en todas las aplicaciones.

NIVEL FÍSICO

·         Línea Serie RS-485: línea de transmisión balanceada

·         Topología: Bus lineal con terminadores en ambos extremos

·         Medio de transmisión: Par trenzado y apantallado

·         Longitud: <=1200 m, dependiendo de la velocidad

·         Número de estaciones: 32 (maestros, esclavos y repetidores)

·         Velocidad:

1.      9.6 / 19.2 / 93.75 kbits/s si longitud <=1200 m

2.      187,5 kbit/s si longitud <=1000m

3.      500 kbit/s si longitud <=600m

4.      1500 kbit/s si longitud <=200m

5.      10/12 Mbit/s si longitud <=100m

·         Transceiver chip: SN75176 A, DS3695 u otros

PROTOCOLO DE TRANSMISIÓN

El intercambio de mensajes tiene lugar en ciclos. Un Ciclo de Mensaje (action frame), consiste en el envío de una trama por una estación maestra y el reconocimiento o la respuesta, por parte de la maestra o esclava correspondiente. Las únicas excepciones a este ciclo (ciclo sin reconocimiento) son:

·         la transmisión de datos sin reconocimiento

·         la transmisión del testigo

Todas las estaciones, excepto la emisora monitorizan las peticiones y responden cuando son direccionadas.

Cada estación guarda una lista de estaciones activas (LAS). Si una maestra recibe el testigo de una estación que no está marcada en su LAS como su predecesora (PS), no lo aceptará. Si se produce un reintento de la misma PS, la estación asumirá que el anillo lógico ha cambiado y marcará la nueva maestra en la lista como su predecesora.

TIEMPOS DE ROTACIÓN DE TESTIGO

Una vez que una maestra recibe el testigo comienza a contar el tiempo de rotación real del testigo (Real Rotation Time TRR), que acabará cuando se reciba el próximo testigo. El tiempo máximo que debería tardar el testigo en volver es el tiempo de rotación objetivo (Target Rotation Time TTR).

Se define en función del número de estaciones maestras que pueda haber, la duración de los ciclos de mensajes de alta prioridad y un margen suficiente para los mensajes de baja prioridad y los posibles reintentos (se parametrizan con este valor todas las estaciones activas).

El tiempo de mantenimiento de testigo (Token Holding Time TTH) es el tiempo que dispone la maestra para sus tareas, en ese ciclo y es la diferencia de tiempo entre el TTR y el TRR.

PRIORIDADES

El usuario de la capa FDL (la capa de aplicación) puede elegir para los mensajes dos prioridades: baja o alta.

Cuando una maestra recibe el testigo siempre procesa primero los mensajes de alta prioridad y luego los de baja prioridad. Una vez que un ciclo de mensaje, sea de alta o de baja prioridad, es iniciado, siempre debe concluirse, incluyendo los reintentos si son necesarios.

Independientemente del TRR, por cada recepción del testigo, cada maestra debe ejecutar al menos un ciclo de alta prioridad, incluyendo los reintentos en caso de error.

La prolongación del TTH provocada por algunos de estos casos dará lugar al acortamiento del tiempo para los ciclos de mensajes en la próxima recepción del testigo.

VERSIONES

Profibus tiene tres versiones o variantes:

·         DP-V0. Provee las funcionalidades básicas incluyendo transferencia cíclica de datos, diagnóstico de estaciones, módulos y canales, y soporte de interrupciones

·         DP-V1. Agrega comunicación acíclica de datos, orientada a transferencia de parámetros, operación y visualización

·         DP-V2. Permite comunicaciones entre esclavos. Está orientada a tecnología de drives, permitiendo alta velocidad para sincronización entre ejes en aplicaciones complejas.

CONEXIONES FÍSICAS

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 intrínsecamente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).

·         MBP IS

·         Fibra óptica. Incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plástica y fibra HCS.

RESUMEN 

PROFIBUS es un estándar de red de campo abierto e independiente de proveedores, donde la interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos, fabricación y automatización predial. Este estándar es garantizado según los estándares EN 50170 y EN 50254. En todo el mundo, los usuarios pueden ahora tener como referencia un estándar internacional de protocolo, cuyo desarrollo busco y aún busca la reducción de costos, flexibilidad, confianza, orientación hasta el porvenir, posibilitar las más variadas aplicaciones, interoperabilidad y múltiples proveedores.

La tecnología de la información tuvo un papel decisivo en  el desarrollo de la automatización, cambiando jerarquías y estructuras en el ambiente de la  oficina, y llega ahora a los más variados sectores del entorno industrial, de las industrias de proceso y manufactura hasta los edificios y sistemas logísticos.  La capacidad de comunicación entre instrumentos y el uso de mecanismos estandarizados, abiertos y transparentes son componentes indispensables del moderno concepto de automatización.