Dibujo isometrico

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Profibus

Profibus

Objetivo

Cómo objetivo primordial en este informe expondremos Profibus como red industrial al igual que sus protocolos de comunicación, modos de comunicación , formas en las que se comunica, medios físicos y algunas cosas más, como breve explicación Profibus es una red industrial la cual fue diseñada para poder automatizar procesos de una forma más simplificada.

Indice

1. Características generales

2.  Perfiles. 

3. Medios físicos de transmisión de datos

4. Coordinación de datos

5. Resumen 

6. Mapa mental 

1. 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 diagnostico y verificación. 
• Configuración de dispositivos. 
•  Programas entre los controladores. 
• Parámetros de control. 

Además de la línea de comunicación al dispositivo se le debe de dotar de corriente eléctrica que se lleva de manera conjunta con esta línea de datos. 

Las principales características de Profibus son, según describe la norma EN 50170 (DIN 19245) son: 

• Abierto. Profibus no pertenece a ninguna compañía, está controlado por un comité de estandarización, por lo tanto permite la comunicación entre equipos de diferentes marcas sin la necesidad de una pasarela de protocolo.

• Independiente de fabricantes, los equipos para Profibus son ofrecidos por muchos vendedores los cuales han de estar certificados. 

• Transmisión digital. La comunicación bidireccional entre sistemas de control de procesos y dispositivos de campo es soportada a través de par trenzado, de forma habitual. 

• Exactitud, gracias al reconocimiento de comandos y mensajes, Profibus es un sistema de comunicación altamente seguro puesto que los mensajes defectuosos son repetidos hasta que la confirmación de recepción es enviada. 

• Multi-funcional, Profibus se adapta a todas las tareas de automatización, permitiendo el intercambio de datos entre controladores como entre elementos de campo. 

• De probada funcionalidad. 

• Capacidad de diagnóstico. El estándar Profibus define múltiples formas de diagnósticos entre el sistema de control de procesos y los dispositivos de campo. 

• Expansión del sistema. Un equipo adicional puede ser incorporado en cualquier momento al bus sin necesidad de reformar la estructura existente, incluso sin enturbiar la comunicación existente. 

• Bajo coste. Reduce cableado y simplifica en consecuencia los planos de estos, competencia de precios entre vendedores al ser independiente, … etc. 

• En constante renovación gracias a Profibus Internacional ( PI ). 

Como característica fundamental del bus resaltaremos la comunicación abierta. La comunicación abierta se refiere al intercambio de datos entre estaciones diferentes de producción usando diferentes redes de datos estándar. En 1984 la Organización internacional de estandarización, OSI, aprobó el estándar de comunicación internacional ISO 7498 como el básico para comunicaciones abiertas, también conocido como el modelo de referencia ISO OSI, del que se hablará más tarde.

2. 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 processos 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 decomunicaciones 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.

3.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)

Los 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.

4. Coordinación de datos

La coordinación de la información se lleva a cabo por el nivel 2 del modelo ISO OSI, por medio del enlace de datos del bus de campo. A continuación se definen diferentes protocolos y 

funcionalidades: 

El control de acceso al medio (MAC) en Profibus asegura: 

• Cada estación principal tendrá una misma oportunidad de acceso al medio, en cuanto al turno y tiempo de posesión del mismo. De esta manera podrá ejecutartodas las tareas que le son asignadas. El acceso al medio se efectúa por medio 

de testigos, asignándole a cada principal un turno para cada participante. Para ello se controla también un tiempo máximo de rotación de la comunicación entre estaciones principales. 

• La transmisión entre las estaciones activas y sus estaciones pasivas, o secundarias, se realiza de forma cíclica o en tiempo real, tan rápido como sea posible. Todos los elementos conectados al bus, ya sean esclavos o maestros, tendrán una 

dirección de estación que los identifica, necesaria para el envío de mensajes. Sobre un mismo cable se realizan dos tipos de coordinación de la información. El primero es el Token bus, se trata de una bus por el que circula un testigo, token, compuesto básicamente por los siguientes campos de forma general: 

Libre/Ocupado Direc. Destino Direc. Origen Aceptación Prioridad Este método de solicitud de acceso al bus necesita que cada estación conozca la dirección de las estaciones anterior y posterior, respecto al sentido de circulación del testigo. La dirección de la estación de la que se recibe y la dirección de la estación a la que se transmite se debe establecer al configurar la red. Así de independizan la topología física de la lógica. La disposición física de las estaciones conectadas al bus es independiente del orden lógico en el que se transmite el testigo. Una estación está encargada de iniciar el testigo, y el orden o 

secuencia de posesión de testigo vendrá en consecuencia. Así aunque las estaciones estén conectadas en bus, la posesión del medio se pasa de una a otra según una lista predeterminada. 

El testigo se compone de diversos campos. La estación que quiere transmitir observa, cuando lo recibe, el campo de dirección, y en consecuencia actúa según: 

-

 Si no va destinada a ella misma, retransmite el testigo a la siguiente estación. 

-

 Si está libre el testigo, significa que se puede transmitir y enviar datos. Como el testigo incluye el campo de dirección destino, los datos tienen un destino explícito. Así las estaciones no destinatarias actúan de repetidoras al observar 

que el mensaje no va enviado a ellas. 

-

 Si el testigo vuelve con la dirección de la propia estación y con el campo de aceptación modificado, el dato ha sido recibido sin errores en la estación de destino. En este caso el testigo debe ser liberado, ya que el mismo fue modificado por la estación destino. Es la estación transmisora la que libera el testigo, cuando este ha realizado una rotación, pasando por el destino. Las estaciones que no precisan transmitir quedan a la escucha, permitiendo que circule el testigo. Parte de los recursos de una o más estaciones se dedican a: 

o Control de recuperación ante fallos. 

o Inserción y eliminación del anillo lógico, por parte de las estaciones, cuando deben transmitir o dejan de hacerlo. 

o Inicialización de anillo, con la circulación del primer testigo, cuando se inicia la red por primera vez o por un fallo. 

Existe un tiempo límite de posesión del testigo para las estaciones. Así, si se supera este testigo es liberado por la siguiente estación a la que llega. Este tiempo puede ser un campo de la trama que se modifica cada vez que se retransmite por una estación. Además permite la implantación de esquemas de prioridades.

El otro mecanismo de coordinación de información es el principal/secundario, entre las estaciones activas y los dispositivos de E/S secundarios. El procedimiento de comunicación permite a las estaciones principales enviar mensajes y leer mensajes de las estaciones secundarias. Sólo la estación principal que tenga el acceso (posesión del token) podrá comunicarse con sus estaciones secundarias. Un solo principal, con varios secundarios, realizan una red de comunicación conectada en bus y con método de acceso al medio en estrella lógica. Los servicios con seguridad en los datos se muestran en la tabla siguiente:

SDA Envía datos con reconocimiento (ACK) 

SRD Envía y solicita datos con respuesta. 

SDN Envía datos con reconocimiento negativo (NACK) 

CSRD Envío y petición de ciclos de datos, con respuesta 

Para asegurar que no hay errores en los datos, se implementa en las tramas de datos un código Hammnig con distancia 4. Como organización de la trama, se utiliza transmisión con delimitadores de comienzo y final, sincronización para cada octeto, con un bit de paridad, vemos en la siguiente imagen el 

datagrama básico de la comunicación. La comunicación es orientada a la conexión, y dado que se debe producir comunicación multipunto, se ofrece tanto: 

o Mensajes difusión: mensajes a todas las estaciones activas, que no requieren reconocimiento. 

o Mensajes multicast: mensajes de estaciones activas a un grupo determinado de estaciones activas y pasivas. 

 Los tipos de comunicación que se pueden obtener son : 

-Punto a punto, transmisión de datos desde el nivel de usuario. 

- Multicast, mensajes desde estaciones principales. 

-Transmisión de datos entre estaciones principales.

-Transmisión de datos cíclica entre estaciones principales y estaciones secundarias. 

 En cuanto a la velocidad del bus, éste requiere cumplir con un tiempo mínimo para realizar la comunicación entre estaciones principales y estaciones secundarias. En el caso de una configuración de Profibus DP, con una estación primaria y hasta 30 secundarios no existe tiempo de posesión del token. 

 Una comparativa de los tiempos de de ciclo de bus medidos sobre 2 bytes de entrada y otros dos bytes de salida en cada estación secundaria. Tiempos (ms) de ciclo en función de la velocidad de transmisión y números de estación.

5. Resumen 

Profibus es una red industrial creada para poder facilitar la instalació de procesos automatizados,  se basa en la comunicación controlada entre maestro-esclavo, esta red nos optimiza un proeso y al mismo tiempo nos ayua a poder detectar fallas de una manera mas rapida y eficiente, esta red puede ser utilizada en distintos protocolos como los siguientes; Profibus-DP (Descentralized Periphery), Profibus-PA (Processs Automation),Profibus-FMS (Field Message Specification, cada uno de estaos para tareas ya asignadas.

Al mismo tiempo  esta red esta por ariba de la red interbus ya que cuenta con una velocidad de comunición mas alta gracias a la capacidad de los elemetos de esté, el medio fisico de comunicacion de esta red puede ser de cobre o fibra optica cada uno de estos.

En conclucion cesta red en sus inicios fue un estandar muy bueno ya que eficiento los procesos pero como todo aquello que es tecnologia se moderniza y ahora se creo la re profinet aun mas eficiente que profibus.

6. Mapa mental