ProfibusFrancisco Javier González Yáñez

Universidad Autónoma de QuerétaroFacultad de Ingeniería

Instrumentación II

Profibus• PROcess Field BUS• Se inicia como proyecto de 21 empresas e institutos de investigación

alemanas en 1927• Nace con la idea de generar un bus de campo abierto y transparente que

fuera valido para que diferentes fabricantes pudiesen unir en una misma red dispositivos de automatización

• Derivó en la norma estándar EN 50170 e IEC 61158• Desarrollado sobre la base del modelo ISO/OSI (International Estándar

Organization / Open System Interconect) para servicio de comunicación de datos.

Profibus

Objetivo

Interconexión de dispositivos digitales de campo o sistemas de

bajas o medias prestaciones

Sensores, actuadores, transmisores, PLCs,

Controladores numéricos, PCs, HMI, etc.

Perfiles de Profibus

• Existen tres perfiles distintos de

Profibus, como son:

• Profibus FMS (Fieldbus Message

Specification)

• Profibus DP (Distributed Perifheral)

• Profibus PA (Process Automation)

Estructura y tipos de perfiles de Profibus

Profibus DP Distributed Perifheral - Periferia Descentralizada

• Su aplicación está basada en el intercambio a gran velocidad de un volumen medio de información entre un controlador, que hace las funciones de maestro, y diferentes controladores o diferentes periféricos, que actúan como dispositivos esclavos, distribuidos por el proceso y conectados a una misma red de comunicación.

• Profibus DP trabaja dentro de los niveles 1 y 2 del modelo OSI y bajo las especificaciones de la norma física RS-485.

Se especifican las condiciones físicas de la red o bus: niveles de tensión y de corriente, tipo de cable y conectores, codificación de tramas de datos.

Se definen los mecanismos de acceso y turnos al medio de transmisión , el direccionamiento de las estaciones de origen y destino de datos, verificación de errores de datos, verificación de las tramas.

Profibus DP(Automatización de Planta)

• Optimización para alta velocidad• Plug & Play• Conexiones sencillas y baratas, eficiente• Comunicación de sistemas de control y E/S distribuidas a

nivel de dispositivo• Transferencia de pequeñas cantidades de datos• Diseñada especialmente para la comunicación entre los

sistemas de control de automatismos y E/S distribuidas en procesos de manufactura

Profibus DPVersiones

• Con el fin de ir mejorando las prestaciones de

este tipo de red, se han ido creando diferentes

versiones:

• DP-V0: el maestro podrá realizar funciones de:

Configuración

Parametrización

Lectura cíclica de salidas

Lectura de datos de diagnóstico

• DP-V1: Funciones contempladas para la DP-V0

y, además, funciones de:

Lectura acíclica

Escritura acíclica

Reconocimiento o cause de alarmas

• DP-V2: Funciones contempladas para la DP-

V1, además, funciones de:

Sincronización de reloj entre todas las

estaciones

Regulación de las comunicaciones directas

de datos entre esclavos

Criterios de elección con los que cuenta Profibus DP

• Capacidad de ser diagnosticado ante algún error producido en la red o en algún dispositivo.

• Inmunidad a las posibles interferencias que se puedan producir en su entorno.

• Facilidad tanto en su configuración como en el manejo y construcción

Profibus DP Periferia Descentralizada

• El control de acceso a la red es conocido como maestro esclavo, en donde existe un potente controlador que hace las funciones de maestro de la red y hasta 126 dispositivos conectados en esa misma red que actúan como esclavos.

• Maestros: son equipos inteligentes o estaciones activas que controlan la red y van interrogando uno a uno a cada uno de sus esclavos

• Esclavos: son estaciones pasivas, como módulos de entrada/salida.

También puede conectarse a la red como escavo un autómata programable, que esperan a ser interrogados por el maestro, ya que estos no tienen la autoridad de iniciar la comunicación.

Profibus DPCategorías Distintas de Maestros

• DPM1: Maestro DP de clase 1. Tiene asignadas las funciones de control sobre sus esclavos conectados en su red. Normalmente son autómatas programables u ordenadores.

• DPM2: Maestro DP de clase 2. Son estaciones cuyas funciones son las de configuración y diagnóstico. Normalmente son autómatas programables u ordenadores.

Profibus DP

Esclavo DP: Es una unidad de periferia que realiza la lectura de las entradas, normalmente dispositivos de mando y detección, y envía información a las salidas que a él se encuentran conectadas.

Profibus DPAcceso al Buss

• Para el control de acceso al medio se utilizan sistemas, como son:• Procedimiento de pase de token, testigo, entre dispositivos maestros y

comunicación• Maestro-esclavo entre maestros y esclavos.

– Sistemas mono-maestro y multi-maestro.

Profibus DPEquipos participantes en la red

Profibus DPEquipos participantes en la Red

• Los equipos que pueden participar en una red Profibis DP se engloban en diferentes grupos como son:

• Maestros• Esclavos inteligentes• Esclavos pasivos• Cables y conectores

Profibus DPEquipos participantes en la Red

• Maestros del Bus: son equipos inteligentes, normalmente: Autómatas programables, equipo de panel de operador + autómatas programables,

ordenadores con puerto DP• Esclavos Inteligentes del Bus: son equipos que pueden funcionar de forma

autómata y además ser parte integrante de la red como esclavo; estos pueden ser: Autómatas programables con puerto DP, convertidores de frecuencia Micrommaster,

servocontroladores• Esclavos pasivos del Bus: son equipos que únicamente responden a las órdenes

del maestro, están inhabilitados para tomar la iniciativa en las comunicaciones y tan sólo se dejan leer y escribir los datos solicitados por el equipo maestro.

• Cables y conectores: Para la interconexión entre el maestro del bus y los diferentes esclavos que la componen se necesitan una serie de componentes, como son el cable y los conectores.

Profibus DPTransmisión de Datos

• Mono-maestro, sólo un maestro está activo en el bus durante el periodo de operación. El controlador programable es el componente central.

• Multi-maestro se deben configurar varios maestros conectados a un mismo bus. Esos maestros representan cada uno un subsistema independiente, cada uno consiste en un DPM1 al que se le asigna unos determinados esclavos y unos dispositivos de diagnóstico. Todos los maestros del bus pueden leer la imagen de las E/S de todos esclavos, pero sólo pueden acceder a los esclavos que les hayan sido asignados en el periodo de configuración.

Profibus DPTransmisión de Datos

• Cada trama de petición de datos o envío de datos a una estación maestra PROFIBUS se asocia a un mensaje de confirmación o respuesta de una estación maestro o esclavo.

• El bucle de mensajes sólo se interrumpe cuando se tiene el token• Todas las estaciones excepto el token, monitorean todas las solicitudes, y confirman o

responden sólo cuando sus destinatarios y la confirmación o respuesta vuelve en un tiempo predefinido de lo contrario, se repite la solicitud.

• El número de veces que el maestro tratará de tener comunicación con el esclavo depende de la velocidad de transmisión:

• 9.6kbits / s 1.5Mbits / s - retry = 1• 3,0 Mbit / s - retry = 2• 6,0 Mbit / s - retry = 3• 12,0 Mbit / s - retry = 4

Profibus DPEstructura de tramas PROFIBUS

• Inicialmente vamos a ver cómo se forma un carácter UART en el PROFIBUS.

Profibus DPPrincipales Características

Estándar Profibus según EN 50170Método de acceso Paso por testigo con maestro esclavoVelocidad de transmisión 9.6 kbit/s – 12 Mbit/sTiempo de Ciclo Entre 5 y 10 msVolumen de Datos Hasta 246 bytesMedio de transmisión eléctrico: Óptico: Sin hilos:

Cable de dos hilos apantalladoCables de FOInfrarrojos

Máx. n° de nodos 32 estaciones por segmento y hasta un total de 127

Tamaño de la Red Eléctrica: Óptica:

Máx. 9.6 km(depende de velocidad)150 km (depende de velocidad)

Topologías Bus, árbol, anillo, anillo redundanteAplicaciones Comunicación de proceso, campo o datos

Profibus DPConstrucción del Bus Profibus

• Para el montaje de la red Profibus se necesitan básicamente dos componentes, que son:

1. Cable específico para ProfibusEl aislante exterior del cable es de color violeta con dos conductores internos, uno verde (A) y otro rojo (B).

2. Conector específico para ProfibusEl conector puede ser de dos tipos: simple o doble. El propio conector dispone de un pequeño interruptor para seleccionar éste como final de bus, en donde conectará la resistencia terminadora del bus. Internamente dispone de una regleta con cuatro bornes, dos para el cable de entrada, marcados como A1/B1, y otros dos para el cable de salida, marcados como A2/B2.

Profibus DPConstrucción del Bus Profibus

RS-485 Utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 9.6 kbps y 12 Mbps. Hasta 32 estaciones, o más si se utilizan repetidores.

Profibus DPBeneficios (I)

• Lideres en el mercado de buses de campo• Transmisión de datos confiable• Red abierta normalizada• Flexible y optimizado

– Diferentes topologías para cubrir grandes extensiones– Diversas interfaces para diferentes requerimientos

Profibus DPBeneficios (II) Prueba y

diagnóstico

Acceso a aplicaciones

Windows

Procesamiento en tiempo real

Programación Remota

**Requiere sólo de 1 ms a 12 Mbit/s para transmitir 512 bits de datos de entrada y512 bits de datos de salida entre 32 estaciones distribuidas.

Diagnóstico de estación. Estos mensajes conciernen al estado de operación de laestación Diagnóstico de módulo. Estos mensajes indican el rango de valores de trabajo de las variables de la estación.Diagnóstico relacionado con el canal. En este caso la posible causa del error es ladisfunción de uno de los elementos de los que dependen de la estación.