PROFIBUS: Página de tecnología

La consistencia de PROFIBUS se basa en el protocolo de comunicación estandarizado “PROFIBUS DP”, que es compatible con una amplia gama de aplicaciones de automatización de fábricas y procesos, al igual que control de movimiento y tareas relacionadas con seguridad. Esta integración facilita la planificación, instalación y servicio.

Más información aquí:

https://us.profinet.com/documentation/system-description-profibus-technology-and-application/

• 1993: Se lanza PROFIBUS DP (Periferia descentralizada) y comienza su uso para I/O en aplicaciones discretas.
• 1994: En EE. UU., se forma la PROFIBUS Trade Organization (PTO)
• 1995: Todas las RPA se agrupan bajo la recién formada organización internacional: PROFIBUS International (PI)
• 1996: PROFIBUS PA (Automatización de procesos) es creada para instrumentos de procesos y toda la gama de aplicaciones relacionadas
• 1997: Se instalan 1 millón de dispositivos PROFIBUS
• 1999: Se adopta PROFIBUS DP como un estándar internacional bajo IEC 61158
• 2000: Se funda el primer Centro de Competencia PI (PICC)
• 2001: Se especifica el perfil de aplicación PROFIsafe, para permitir la lógica de seguridad seguridad, aprovechando el establecimiento de PROFIBUS
• 2003: Se instalan 10 millón de dispositivos PROFIBUS
• 2006: Se actualiza el nombre de PI para incluir PROFINET: PI – PROFIBUS and PROFINET International
• 2009: Se instalan 30 millón de dispositivos PROFIBUS
• 2013: Se instalan más de 50 millones de dispositivos PROFIBUS
• 2014: La PNO celebra 25 años de su fundación.
• 2017: Más de 11,5 millones de dispositivos PROFIBUS en sistemas de automatización de procesos

Una inmensa cantidad de empresas proveedoras han desarrollado dispositivos compatibles con PROFIBUS para automatización discreta y de procesos. Este entorno multiproveedor ha conducido a un suministro seguro y flexible. También anima la sana competencia entre proveedores, lo que conduce a mejores precios para el usuario.

El éxito de PROFIBUS está respaldado por la red técnica y administrativa a nivel global de PI. PI ha orientado cuidadosamente el desarrollo de PROFIBUS para garantizar que se sigan satisfaciendo las necesidades de los usuarios. La cobertura de aplicaciones ha sido extendida continuamente, incluyendo funcionalidades nuevas y relevantes (por ejemplo, seguridad funcional integrada y control de movimiento). Los usuarios han hecho inversiones sustanciales en capacitación, herramientas, inventarios y fábricas.

En resumen, la propuesta de valor de PROFIBUS es imponentemente alta. Por esto PROFIBUS es el fieldbus más exitoso de la historia.

10 razones para elegir PROFIBUS

1. Es el fieldbus preferido en el mercado, y se utiliza en la mayor cantidad de aplicaciones a nivel mundial
2. Apertura e interoperabilidad, que permite cambios y actualizaciones a bajo costo
3. Protocolo optimizado para control de fábricas y procesos utilizando interfaces estandarizadas, y por lo tanto, ideal también para aplicaciones híbridas
4. Se necesita menos hardware, lo que se traduce en menos costo y espacio, y por lo tanto, menos costos de instalación y ciclo de vida.
5. Migración fácil a PROFINET
6. Integración fácil y consistente de seguridad funcional y control de movimiento para fábricas y automatización de procesos
7. Redundancia de medios flexible que garantiza el máximo tiempo de funcionamiento
8. Desarrollo de tecnología manejado estrictamente, incluidos los procesos de pruebas y certificación
9. Apoyado por PI, la organización fieldbus más grande del mundo
10. Una enorme cantidad de proveedores y productos para elegir

Más información sobre PROFIBUS aquí:

http://us.profinet.com/documentation/profibus-slide-set/

Sistema análogo: comunicación de una vía

En un sistema fieldbus, los instrumentos son parte integral del sistema, y el ingeniero de control tiene todo el control sobre los dispositivos en campo. Desde el punto de vista del ingeniero, ahora no hay distinción entre los instrumentos y el sistema de control. Es un todo integrado. Cuando los instrumentos son parte del sistema de control, cambia el paradigma, ahora los instrumentos desempeñan un rol que en el pasado estaba reservado para el sistema de control. De igual manera, el tecnólogo de instrumentos debe acceder al sistema de control para configurar y monitorear los instrumentos. La comunicación ya no es análoga, sino digital, no es de una vía, sino es de dos. Con este cambio, ahora tenemos una red y es posible tener diferentes topologías.

Sistema fieldbus: comunicación digital de dos vías

Beneficios de utilizar un fieldbus digital (PROFIBUS)

• Gestión de activos de planta: la información de los instrumentos de proceso, sensores y actuadores está disponible en el controlador.
• Ingeniería y documentación: la ingeniería es más simple, y la documentación es mucho menos complicada, ya que cientos de cables separados se reducen a uno solo.
• Instalación: al haber menos hardware, la instalación es más rápida y fácil.
• Puesta en servicio: los dispositivos se pueden poner en línea secuencialmente, uno por uno, iniciando la puesta en servicio desde una ubicación central.
• Variables del proceso: la información diagnóstica y los bytes de estado disponibles informan al usuario si pueden confiar en la variable de proceso o no.
• Flexibilidad de fabricación: a medida que la demanda cambia, se pueden implementar rápidamente los cambios en la fabricación.
• Mantenimiento y operaciones: los poderosos diagnósticos de un fieldbus aportan mejor disponibilidad y menos tiempo de inactividad.

Conozca más sobre fieldbuses con este documento técnico: ¿Por qué usar un fieldbus?

Why Use a Fieldbus?

• La capa 1 define la transmisión física. Con PROFIBUS, hay versiones para transmisión con cable de cobre (RS485 y MBP), fibra óptica e inalámbricamente.
• La capa 2 define la descripción del método de acceso al bus, incluida la seguridad de los datos. Con PROFIBUS, este es el método maestro-esclavo en conjunto con el método de token.
• La capa 7 forma la interfaz con la aplicación, y por lo tanto, representa el enlace entre la aplicación y la comunicación. Con PROFIBUS, aquí se utiliza el protocolo de comunicación PROFIBUS DP.
• El proceso de aplicación realmente está sobre la capa 7 y no es parte del modelo OSI.
  

  El modelo ISO/OSI y PROFIBUS

La base de la comunicación de PROFIBUS se basa en el intercambio cíclico de datos entre los PLC (maestros) y los dispositivos (esclavos). Un ciclo consiste en un maestro que envía salidas a los dispositivos y recibe entradas de todos sus dispositivos, y luego repite el ciclo. Esto también incluye diagnósticos de dispositivos, módulos y diagnósticos específicos del canal (por ejemplo, cables interrumpidos, cortocircuitos, etc.) que permiten localizar rápidamente la falla. Todos los dispositivos de campo tienen la misma prioridad, y todos los dispositivos se escanean en cada ciclo. “DP-V0” es el protocolo básico para las I/O cíclica y los diagnósticos.

Comunicación cíclica y acíclica PROFIBUS

Esto se extiende más en “DP-V1”, permitiendo el intercambio acíclico de datos entre los PC o PLC y dispositivos esclavos. Esto también incluye el acceso a petición de los parámetro del dispositivo, o la configuración de alarmas. Finalmente, la extensión “DP-V2” brinda la capacidad de comunicación esclavo a esclavo, a manera de difusión publicador/suscriptor. Las aplicaciones DP-V2 incluyen control de movimiento y otros requisitos de alta velocidad.

Para obtener más información, lea la Descripción del sistema PROFIBUS:

https://us.profinet.com/documentation/system-description-profibus-technology-and-application/

Al operar un PROFIBUS PA en áreas peligrosas, hay dos conceptos que se usan para evitar una condición que genere chispas:

• El modelo FISCO (Concepto de seguridad intrínseca de fieldbus) facilita planificar, instalar y expandir redes PROFIBUS PA. Este modelo está basado en la especificación de una red de comunicación intrínsecamente segura y no necesita cálculos complejos para validar la seguridad intrínseca, si los componentes relevantes (dispositivos en campo, cables, acopladores de segmentos y terminadores de bus) cumplen con un conjunto de valores límite de voltaje, corriente, salida, inductividad y capacitancia. La seguridad intrínseca se garantiza sobre un segmento de red cuando todos los componentes están certificados de conformidad con FISCO. Sin embargo, se caracteriza por una energía de entrada considerablemente baja en el segmento, y por lo tanto, longitudes de cable menores y menos dispositivos por segmento.
• El concepto de troncal de alta energía depende de la separación en diferentes zonas de ambientes explosivos y peligrosos. En zonas menos estrictas (donde solo se necesita mayor seguridad), se tiende un cable troncal. Se asume que en la línea troncal no se necesita mantenimiento “en vivo”. Fuera de estas (las ‘derivaciones’), los dispositivos de campo se conectan a líneas en áreas donde se necesita seguridad intrínseca. Por lo tanto, la prueba de seguridad intrínseca solo involucra la barrera de campo y los dispositivos. Este concepto de “troncal y derivación” es muy popular, ya que aprovecha las opciones de topología disponibles con la física de MBP.

Tronca de alta energía para suministrar a la Zona 1

Para aplicaciones que exigen gran disponibilidad del sistema, como es común en los procesos continuos, por lo general se utilizan sistemas redundantes. Esto puede significar:

• Redundancia maestra: dos controladores instalados, si uno falla, el otro asume sin ningún problema
• Redundancia de medios: se forma una topología de anillo, luego, si un segmento se interrumpe, la topología se convierta automáticamente a configuración en línea.
• Los dos: con frecuencia se utilizan los dos métodos, por ejemplo, una red de anillo con doble maestro.

Más información sobre PROFIBUS PA aquí:

http://us.profinet.com/documentation/marketing-flyer-profibus-for-process-automation/

RS485: La tecnología de transmisión RS485, fácil de usar y efectiva en costos, es la preferida para uso en tareas que necesitan gran velocidad de transmisión, pero no protección contra explosión. Se utiliza ampliamente en el sector de la producción y también en algunas partes de la industria de procesos. Cumpliendo con ciertos valores, el uso de la interfaz RS485, con su alta velocidad de transmisión, también es posible en zonas intrínsecamente seguras (RS485-IS).

MBP: La tecnología de transmisión Manchester Bus Powered (MBP) implementa el suministro simultáneo de la energía para los dispositivos en campo conectados y la comunicación de datos mediante un solo cable. Esto permite reducir significativamente el costo del cableado, cumple los requisitos para una instalación más simple y segura y potencia todos los beneficios de la transmisión digital hasta los dispositivos en campo. MBP fue específicamente desarrollada para cumplir las exigencias de la automatización de procesos y está estandarizada en IEC 61158-2.

La versión MBP-IS es especialmente adecuada para uso en zonas peligrosas, y por lo tanto, se utiliza ampliamente en aplicaciones en los sectores químicos y de petróleo y gas. La protección contra explosión se implementa mediante la limitación de la energía en el suministro del bus entrante, o más frecuentemente, en la instalación de componentes de campo.

Transmisión óptica: Hay condiciones de uso de fieldbus en las cuales la tecnología de transmisión cableada llega a sus límites, por ejemplo, en un entorno con mucha interferencia o cuando se desea cubrir grandes distancias. En esos casos, la transmisión óptica mediante cables de fibra óptica está disponible. Los tipos de cables de fibra óptica compatibles con PROFIBUS se muestran en la tabla a continuación. La implementación de una red con cable de fibra óptica, en el caso más simple, incluye el uso de convertidores electro-ópticos, que se conectan al dispositivo de campo con la interfaz RS485 y el cable de fibra óptica en el otro lado.

Especificaciones del cable de fibra óptica PROFIBUS

Inalámbrica: PROFIBUS puede transmitir mensajes inalámbricamente, pero frecuentemente necesita radios propietarias del mismo fabricante en los dos extremos.

MBP: Si se utiliza la tecnología de transmisión MBP, básicamente se permite cualquier topología. Por lo tanto, es posible utilizar estructuras lineales y de árbol, o una combinación de estas. En la práctica, la topología “tronco y rama” se ha convertido en el estándar de la industria. Gracias a las tecnologías de instalación técnicamente maduras que hay disponibles en el mercado, también demuestra un alto grado de robustez. La longitud general de el tronco no puede exceder 1900 metros. Igualmente, la longitud máxima de una rama en aplicaciones intrínsecamente seguras es de 60 metros.

Acoplamiento RS485 y tecnología de transmisión MBP: La tecnología de transmisión MBP por lo general se limita a ciertos subsegmentos de un sistema, por ejemplo, a un grupo de dispositivos en campo en una zona peligrosa. La conexión de dichos subsegmentos al segmento RS485 se lleva cabo usando acopladores o enlaces de segmentos.

• Los acopladores de segmentos son transparentes desde el punto de vista del protocolo del bus, los dispositivos del segmento MBP son directamente visibles en el lado DP y el acoplador de segmento en sí mismo no necesita configuración.
• Por otro lado, los enlaces, son inteligentes y mapean todos los dispositivos conectados en el segmento MBP como un solo esclavo en el segmento RS485. Este enlace necesita configurarse y restringe a 244 bytes la cantidad total de datos que se pueden transferir desde y hacia los dispositivos conectados. Los datos cíclicos de los dispositivos PA se comprimen en un solo telegrama DP en el lado DP y deben ser reseleccionados por el maestro DP. El segmento DP más rápido permite que una serie de segmentos PA se puedan integrar en una sola red DP mediante acopladores de segmentos o enlaces.

Los perfiles de de aplicación cubren la comunicación, las funciones del dispositivo y las soluciones del sector de la industria. La uniformidad se logra mediante el uso de “perfiles” relacionados con las familias de dispositivos o las soluciones especiales del sector de la industria. Los perfiles especifican características que deben exhibir los dispositivos(que son parte del perfil) como requisito obligatorio. Pueden ser características entre dispositivos de una clase, como el comportamiento relacionado con seguridad funcional (Perfiles de aplicación comunes) o específicas de la clase de dispositivo (Perfiles de aplicación específicos). Los perfiles de aplicación son especificados y mantenidos por los Grupos de Trabajo de PI.

El procedimiento de prueba, que es el mismo en todos los laboratorios de prueba, tiene varios pasos:

• Una prueba GSD/EDD asegura que los archivos de descripción del dispositivo cumplan con las especificaciones.
• Durante las pruebas de hardware, se verifica que el sujeto de la prueba cumpla con las propiedades eléctricas de la interfaz PROFIBUS
• La prueba funcional considera el protocolo de acceso al bus, el protocolo de transmisión y las funciones del sujeto de prueba.
• La prueba de conformidad es el punto focal de las pruebas. Comprueba que la implementación del protocolo esté alineado con el estándar. La prueba principalmente cubre el estado de la máquina, el comportamiento en caso de errores, la direccionabilidad, los datos diagnósticos y la operación mixta.
• Durante la prueba de interoperabilidad, se prueba la interoperación entre el dispositivo de prueba y dispositivos PROFIBUS de otros fabricantes en un sistema multiproveedor.
• La prueba de perfil se realiza para determinar si los dispositivos de prueba funcionan correctamente juntos durante la operación. La prueba de perfil se realiza para los perfiles PROFIdrive, dispositivo PA y PROFIsafe. La prueba determina si las funciones del perfil fueron implementadas en conformidad con las especificaciones.

Una vez que el dispositivo de campo ha aprobado todas las pruebas, el fabricante puede solicitar a PI un certificado. Cada dispositivo certificado incluye como referencia un número de certificación. El certificado tiene una validez de 3 años y puede ser prorrogada mediante una declaración del fabricante u otra prueba nueva. Las direcciones de los laboratorios de prueba se pueden encontrar en el sitio web de PI.