Dibujo de Septiembre

Dibujo de Septiembre 

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PROFIBUS

Profibus 

Objetivo

• Conocer el sistema de comunicación Profibus
• Establecer el acceso al medio de Profibus
• Identificar las topologias.  
• Ver velocidades de transmisión
• Reconocimientos de dispositivos
• Saber que medios físicos ocupa

Indice

• historia
• Que es Profibus
• Versiones compatibles de Profibus
• Medios físicos
• Elementos de Bus
• Topologia
• Protocolo
• Profibus - PA
• Profibus - DP
• Profibus - FMS
• Resumen
• Mapa Mental 

Historia

Fue un proyecto desarrollado entre los años 1987-1990 por las empresas alemanas Bosch, Klöckner Möller y Siemens, y por otras como ABB,AEG, Honeywell, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-cumulus y Schleicher. En 1989 la norma alemana DIN19245 adoptó el estándar Profibus, partes 1 y 2 (la parte 3, Profibus-DP no fue definida hasta 1993). Profibus fue confirmada como norma europea en 1996 como EN50170. Se formaron varios grupos de trabajo en distintas áreas, cuya tarea esencial fue la de desarrollar un sistema abierto de comunicaciones apto para integrar desde los sencillos transductores y elementos de campo, pasando por los autómatas y controles numéricos hasta llegar al nivel de los miniordenadores para diseño y gestión de la producción. El primer objetivo fue sólo el diseño de un bus de campo con una estructura abierta y un protocolo compatible que permitiera enlazar con una red adoptada como base en los niveles superiores (MAP), con lo que resultó el proyecto de normas y protocolos que se estudiarán com más profundidad en apartados posteriores.  A partir del año 1990 se abrió la posibilidad para cualquier usuario o empresa de integrarse en un consorcio denominado PROFIBUS Nutzerorganisation, que a través de diversos comités sigue desarrollando y dando soporte al nivel de aplicación y certificación de productos.

Que es Profibus

PROFIBUS permite la comunicación entre dispositivos de diferentes fabricantes sin ningún ajuste de interfaz especial. PROFIBUS puede utilizarse para aplicaciones críticas de alta velocidad y las tareas de comunicación complejas. A través de sus continuos progresos técnicos, PROFIBUS es el sistema de comunicación industrial más preparado para el futuro.

Versiones Compatibles de Profibus

PROFIBUS es un bus de campo standard que acoge un amplio rango de aplicaciones en fabricación, procesado y automatización. La independencia y franqueza de los vendedores está garantizada por la norma EN 50 170. Con PROFIBUS los componentes de distintos fabricantes pueden comunicarse sin necesidad de ajustes especiales de interfaces. PROFIBUS puede ser usado para transmisión crítica en el tiempo de datos a alta velocidad y para tareas de comunicación extensas y complejas. 
Esta versatilidad viene dada por las tres versiones compatibles que componen la familia PROFIBUS


PROFIBUS PA: 

- Diseñado para automatización de procesos. 
- Permite la conexión de sensores y actuadores a una línea de bus común incluso en áreas especialmente protegidas. 
- Permite la comunicación de datos y energía en el bus mediante el uso de 2 tecnologías (norma IEC 1158-2). 

PROFIBUS DP: 

- Optimizado para alta velocidad. 
- Conexiones sencillas y baratas. 
- Diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de control de automatismos y las entradas/salidas distribuidas. 

PROFIBUS FMS: 

- Solución general para tareas de comunicación a nivel de célula. 
- Gran rango de aplicaciones y flexibilidad. 

- Posibilidad de uso en tareas de comunicación complejas y extensas. 

Puede decirse sin lugar a dudas que PROFIBUS ha conseguido definir toda una red de comunicación industrial, desde el nivel físico hasta el de aplicación, integrando al máximo las técnicas de comunicación previamente definidas y consolidadas y habiendo superado la en un primer momento poca disponibilidad de información en inglés, lo que dificultaba su divulgación a nivel de fabricantes no germanos. En la actualidad la estructura es tal que los grupos de los 20 países más industrializados ofrecen un soporte en su idioma para el resto del mundo. Todos los grupos de usuarios se unen bajo la Organización PROFIBUS International (PI), que con más de 750 miembros es la organización de buses de campo más grande del mundo.

Medios Físicos

La tecnología de transmisión más usada es la RS 485, conocida habitualmente como H2. Su área de aplicación comprende aquellas aplicaciones donde prima su simplicidad, la velocidad de transmisión y lo barato de la instalación. Se usa un par diferencial con cable trenzado, previsto para comunicación semi-duplex, aunque también puede implementarse con fibra óptica y enlaces con estaciones remotas vía módem o vía radio. La velocidad de transmisión varía entre 9.6Kbits/s y 12Mbits/s, dependiendo del medio físico, como se indica en la siguiente tabla: 

Al conectar varias estaciones, hay que comprobar que el cable de las líneas de datos no sea trenzado. El uso de líneas apantalladas es absolutamente esencial para el logro de una alta inmunidad del sistema en ambientes con emisiones altas de electromagnetismo (como en la fabricación de automóviles). El apantallamiento se usa para mejorar la compatibilidad electromagnética (CEM).

Elementos del Bus

El elemento esencial del bus es el nodo. PROFIBUS prevé la existencia de dos
tipos de nodos:

- Activos: son nodos que pueden actuar como maestro del bus, tomando enteramente el control del bus. 

- Pasivos: son nodos que únicamente pueden actuar como esclavos y, por tanto, no tienen capacidad para controlar el bus. Estos nodos pueden dialogar con los nodos activos mediante un simple mecanismo de pregunta-respuesta, pero no pueden dialogar directamente entre sí.

Aparte de estos dos tipos de nodos, existen otros dos bloques esenciales en la arquitectura del bus: 

- Expansiones E/S: este tipo de bloques constituyen la interfaz con las señales de proceso y pueden estar integrados tanto en un nodo activo como en un nodo pasivo. 

- Repetidores: los repetidores ejecutan el papel de simples transceptores bidireccionables para regenerar la señal. Su diferencia esencial con los estudiados en el caso del BITBUS es que no se requieren seña les de control (RTS+, RTS-) para conmutar el sentido de la línea de datos, ya que el 

sistema de codificación en PROFIBUS es del tipo NRZ (por niveles) y las velocidades son más bajas. 

Topologia

La topología puede ser simplemente en forma de bus lineal o en forma de árbol, 

en el que los repetidores constituyen el nudo de partida de una expans

ión del bus.

En este caso, la estructura en árbol es puramente una impresión de dibujo, ya que, como se verá, el PROFIBUS admite una estructura lógica de maestro flotante y una estación activa, ejerciendo el papel de maestro, que puede estar físicamente conectada a lo que se pudiera considerar una expansión del bus. Por tanto, incluso en caso de ramificaciones debe considerarse como un bus único. 

El número máximo de nodos conectables a cada tramo del bus, sin necesidad de

repetidores es de 32. A efectos de esta limitación los propios repetidores cuentan como 

un nodo. El número máximo de nodos del bus es de 127, de los cuales un máximo de 32 
pueden ser nodos activos. 

No existe ninguna limitación en cuanto a poder configurar una estructura con buses anidados (un esclavo puede ser, a su vez, maestro de otro bus de nivel inferior),  aunque deben considerarse como buses independientes, dado que el protocolo no permite direccionar desde arriba las estaciones de niveles inferiores. 

Protocolo 

PROFIBUS especifica las características técnicas y funcionales de un sistema de buses de campo serie con el cual controladores digitales descentralizados pueden trabajar juntos en red desde el nivel de campo hasta el nivel de célula. Esto lo hace distinguiendo entre elementos Maestro y elementos Esclavo. 

Los dispositivos Maestro determinan la comunicación de datos en el bus. Un Maestro puede enviar mensajes sin una petición externa cuando mantiene el derecho de acceso al bus (llamado de forma común “testigo”). 

 Los dispositivos Esclavo son dispositivos periféricos. Algunos de ellos son las entradas y salidas, las válvulas y los transmisores de medida. No tienen derecho de acceso al bus y sólo pueden reconocer mensajes recibidos o enviar mensajes al Maestro cuando este se lo ordena (por lo que se les llama estaciones pasivas). Su implementación es especialmente económica ya que sólo requieren una pequeña parte del bus. 

Profibus - PA

PROFIBUS-PA es la solución PROFIBUS a los procesos de automatización. PA conecta los sistemas de automatización y los sistemas de control de procesos con los dispositivos de campo, como son los transmisores de presión, temperatura y nivel. PA puede ser usado como sustituto para la tecnología analógica de 4 a 20 mA.

 Los logros del PROFIBUS-PA producen un ahorro del 40% en proyecto, cableado y mantenimiento, y ofrece un incremento significativo en funcionalidad y seguridad. La figura muestra las diferencias entre cablear un sistema convencional de 4 a 20 mA y un sistema basado en PROFIBUS-PA. 

Cuando se usa el método convencional de cableado, cada línea individual de señal debe estar conectada al módulo I/O del sistema de control del proceso. Para cada aparato se requiere una fuente de energía distinta. Como contraste, cuando se usa PROFIBUS-PA, sólo se necesita una línea de dos cables para transmitir toda la información y la energía a los dispositivos de campo. Esto no solo produce ahorro en el cableado, sino que reduce el número de módulos I/O requeridos en los sistemas de control de procesos. PROFIBUS-PA permite medir, controlar y regular mediante una 

línea simple de dos cables. También permite la alimentación de los dispositivos de campo incluso en áreas intrínsecas de seguridad. Permite el mantenimiento y la conexión/desconexión de los aparatos durante la operación sin afectar a otras estaciones, incluso en áreas potenciales de explosión. 

PROFIBUS-PA ha desarrollado los requisitos especiales de esta área de aplicación en estrecha cooperación con los usuarios en el proceso industrial (NAMUR): 

PROFIBUS-PA usa las funciones básicas del PROFIBUS-DP para la transmisión de valores de medida y de estado, y las funciones extendidas del mismo para la parametrización y operación de los dispositivos de campo. 

Para la transmisión se usa la tecnología de dos cables en concordancia con la 

norma IEC 1158-2

Profibus - DP

PROFIBUS-DP está diseñado para la comunicación de datos a alta velocidad a nivel de dispositivo. Los controladores centrales (PLCs/PCs) se comunican con los dispositivos de campo distribuidos por medio de un enlace serie de alta velocidad. La mayoría de las comunicaciones de datos con estos dispositivos periféricos es realizada de una forma cíclica según la norma EN 50 170. Además de las funciones cíclicas, se requieren otras de tipo acíclico para dispositivos de campo inteligentes para permitir la configuración, diagnóstico y manejo de alarmas.

El controlador central (maestro) lee de forma cíclica la información procedente de los esclavos y escribe la información de salida en los esclavos. El tiempo de ciclo del bus debe ser más pequeño que el tiempo de ciclo del programa del PLC central (para la mayoría de aplicaciones es de 10 mseg.). 

Además PROFIBUS DP proporciona funciones poderosas para diagnósticos y configuración en las transmisiones de datos de usuario cíclicas. La comunicación de datos es monitorizada mediante la monitorización de las funciones tanto en el maestro como en el esclavo.

Profibus - FMS

PROFIBUS-FMS está diseñado para la comunicación a nivel celular. A este nivel los controladores programables (ej. PLC’s y PC’s) se comunican en principio entre sí. En esta área de aplicación es más importante un alto grado de funcionalidad que unos tiempos rápidos de reacción del sistema. 

- Establece y desconecta conexiones lógicas. 

- Lee y escribe variables. 

- Carga y lee áreas de memoria. 

- Compila, empieza y detiene programas. 

- Transmite mensajes de sucesos con más o menos prioridad. 

- Peticiones de estado y de identificación de dispositivos. 

- Servicios para la dirección del diccionario de objeto. 

Buses de campo – tipos relacionados de relaciones de comunicación 

- Conexiones maestro-maestro. 

- Conexiones maestro- esclavo para la transmisión de datos cíclica o acíclica. 

- Conexiones maestro- esclavo para la transmisión de datos cíclica o acíclica con 

iniciativa del esclavo. 

- Conexiones para relaciones de comunicaciones. 

- Atributos de conexión. 

Resumen 

PROFIBUS ha adquirido una aceptación creciente (en un principio en Alemania 

para después implantarse por Europa y abrir su mercado al resto del mundo). Los 

pioneros fueron fabricantes como ABB, AEG, Bauer, Danfoss, Kllöckner Möeller, 

Phoenix o Siemens, llegando en la actualidad a ofrecer un elevado número de productos 

compatibles y exhibiciones conjuntas que demuestran que la red es capaz de integrar y 

gestionar productos de diferentes marcas bajo un bus de comunicaciones gestionado con 

un software único. 

 Las ventajas más importantes de PROFIBUS comparado con otros buses de 

campo son la existencia de una norma estable EN 50 170 y sus características 

universales que cubren una amplia gama de aplicaciones en fabricación, procesado y 

automatización de procesos. La independencia de los vendedores junto con la eficacia 

del bus, demostrada en más de 200000 aplicaciones, han provocado un aumento en el 

porcentaje de mercado industrial en Europa de más del 40% según diversos estudios 

indepedientes de mercado. 

 Los fabricantes líderes de tecnología de automatización apoyan la tecnología 

PROFIBUS y presentan una oferta cada vez mayor de productos y servicios 

innovadores. Algunos de los sectores en los que ha cobrado una mayor importancia la 

tecnología PROFIBUS son los siguientes: 

- Computadores industriales. 

- Módulos de Pc. 

- Componentes neumáticos. 

- Herramientas de software. 

- Componentes de red. 

- Procesos de automatización. 

- HMI. 

- Descentralización de entradas/salidas

Mapa Mental

Interbus

INTERBUS

INTERBUS es un bus de campo para la interconexión de sensores y actuadores. Las partes claves de INTERBUS han sido estandarizadas en Alemania por la DKE (Deutsche Elektrotechnische Kommission para DIN y VDE) En 1993, se publico la norma DIN E 19 258. Esta norma cubre los protocolos de transmisión y los servicios que necesitas para la comunicación de datos de proceso. Las especificaciones para la transmisión de parámetros han sido publicadas en el DIN Report 46 (1995)

INTERBUS se basa en un esquema maestro-esclavo. El maestro del bus actúa simultáneamente como interfaz con los niveles superiores de la jerarquía de comunicaciones. La topologia de funcionamiento interno es en anillo, es decir, todos los dispositivos están conectados formando un camino cerrado aunque el aspecto del cableado es un bus. El anillo principal es el que parte del maestro, aunque pueden formarse otros anillos para adaptarse ala estructura particular de cada sistema. Este tipo de conexiones se lleva a cabo mediante unos equipos denominados módulos terminadores de bus.

Un rasgo distintivo de INTERBUS es que las lineas de envió y recepción de datos están contenida dentro de un mismo cable que una todos los dispositivos. De esta manera forma, el sistema tiene el aspecto físico de un bus o un árbol. Tipicamente, la capa física se basa en el estándar RS-485. Debido a la estructura de anillo y a que es necesario transportar la masa de las señales lógicas, INTERBUS requiere un cable de 5 hilos para interconectar dos estaciones. Como velocidades de transmisión de 500 kbps, pueden alcanzarse distancias de hasta 400 m entre dispositivos. cada dispositivo incorpora una función de repetidor que permite extender el sistema hasta una longitud total de 13 km. Para facilitar el funcionamiento de INTERBUS, el número máximo de estaciones esta limitado a 512

La estructura punto a punto de INTERBUS y su división en anillo principal y subanillos es ideal para la incorporación de distintos medios de transmisión de distintas zonas de la planta si esto fuese necesario. La estructura de anillo ofrece dos ventajas. La primera es que permite el envió y recepción simultáneamente de datos ( full duplex). En segundo lugar, la capacidad de autodiagnostico del sistema se ve mejorada, ya que la conexión de cada nodo a la red es activa. INTERBUS permite la detección preventiva de errores por medio de una evaluación preventiva de errores por medio de una evaluación estadística de la calidad de las transmisiones. La determinación de la frecuencia de los errores de transmisión permite prever la aparición de fallo en una componente de la red 

Para facilitar la detección de errores y la puesta en marcha del sistema, INTERBUS permite la desconexión transparente de los subanillos conectados al anillo principal. El direccionamiento se basa en la posición física de cada sistema dentro del anillo, aunque opcionalmente se dispone de la posibilidad del empleo de direcciones lógicas para acceder a dispositivos individuales independientemente de su posición.

El protocolo den transmisión de INTERBUS se estructura en tres capas que se corresponden con capas del modelo OSI. La capa 1 es la capa física. Especifica aspectos como la velocidad, modos de codificación de la señal física, etc. La capa 2 se corresponde con la capa de enlace . Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de dos tipos de datos, por una parte los datos correspondientes a procesos cíclicos, y por otra parte datos que aparecen asincronicamente. La capa de enlace es determinista, es decir, garantiza un tiempo máximo para el transporte de datos entre dispositivos. El control de acceso al medio se encuadra dentro de los mecanismos TDMA (Time Division Multiple Access) eliminando así la posibilidad de colisiones . Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo adecuado para su función dentro del sistema. El tiempo de ciclo es la suma de los tiempos asignados a cada dispositivo.

Este mecanismo también reduce la sobrecarga con información correspondiente al protocolo, con lo que la eficiencia que se alcanza es alta.

Cada dispositivo se une al anillo mediante un registro cuya longitud depende de la cantidad de información que debe transmitir. Los datos provenientes de las distintas estaciones van llegando al master en función de su posición dentro del anillo. Cada ciclo de transmisión comienza con una secuencia de datos que contiene la palabra de "loopback" seguida de los datos de salida de los distintos dispositivos, en la linea de salida. Durante el envió de datos, el flujo de retorno entra el maestro como flujo de entrada. Tras el envió de la trama completa, se envía un CRC de 32 bits. Debido a la estructura de conexión punto a punto.

Ademas de los ciclos de datos, también hay ciclos de identificación. Este ciclo permite la administración del bus. Cada dispositivo tiene un código de identificación que identifica el tipo de dispositivo de que se trata y el tamaño de su bloque de datos.
Se envía una cabecera que contiene información adicional como por ejemplo los delimitadores de trama, código de función y tipo de mensaje junto con 8 bits de datos adicionales. Los momentos de inactividad se ocupan con mensajes de estado.
No contiene datos de la capa de enlace y solo sirven para garantizar la actividad permanente en COMIND borrador V0.0 18/4/06 el medio de transmisión. Si dicha actividad se interrumpe durante mas de 20 ms, se interpretara por todos los dispositivos con una caída del sistema. En respuesta a una situación, los dispositivos se desconectan de la red y van a un punto seguro definido con antelación 

La tercera de las capa de INTERBUS corresponde la capa de aplicación .

En el maestro se ejecuta de forma cíclica un programa que actualiza continuamente los datos correspondientes a los distintos procesos conectados a la red y los deja accesibles para el sistema de control, de modo que por ejemplo un PLC puede acceder a ellos de forma sencilla mediante instrucciones de entrada y salida. El uso de técnicas de acceso directo a memoria evita el uso de servicios que necesitan grandes bloques de datos, lo que facilita la consecución del tiempo real. El acceso desde ordenadores se realiza mediante adaptadores adecuados para conectarlos al bus.

INTERBUS implementa en la capa de aplicación un subconjunto de servicios basados en MMS que se denomina PMS ( Peripherals Message Specification). Incluye unos 25 servicios que permiten la comunicación con dispositivos de proceso inteligentes. Estos servicios permiten por ejemplo el establecimiento y monitorización de conexiones, lecturas y escritura de parametros o la ejecución remota de programas

Este tipo de bus puede transmitir una serie síncrona a 500Kbps y alcanzar una distancia entre nodos de 400m.

Elementos básicos:

Capa física

Tarjeta controladora
Se comunica con el Maestro y controla y monitoriza el tráfico de datos, además transfiere los datos de salida con los módulos correspondientes.
Recibe los datos de entrada y puede visualizar los datos de diagnostico y error que son transmitidos al elemento del sistema.

Bus remoto
La tarjeta controladora se conecta al bus remoto.
Los datos se transmiten físicamente a través de:
 Cables de cobre ( estándar RS-485)
 Fibra Óptica
 Infrarrojos

Módulos terminales de bus
Se conectan al bus remoto y dividen al sistema en segmentos individuales.
Hacen la función de amplificadores (repetidores) de señal además de aislar eléctricamente los segmentos del bus.

Capa de enlace

Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de dos tipos de tramas: datos de procesos y parámetros de identificación. Es determinista: garantiza un tiempo máximo para el transporte de datos.

Acceso al medio: Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo adecuado para su función dentro del sistema, el tiempo de ciclo es la suma de los tiempos asignados a cada dispositivo. Pueden definirse slots adicionalmente para la transmisión de bloques de datos en modo de conexión. Se podrán enviar grandes bloques de datos a través de INTERBUS sin alterar el tiempo de ciclo para los datos de proceso.

Identificación: Los ciclos de identificación permiten la administración del bus. Cada dispositivo tiene un código de identificación que indica el tipo de dispositivo de que se trata, y el tamaño de su bloque de datos.
La configuración del bus se lleva a cabo por una secuencia de ciclos de identificación, el maestro empieza a leer en orden, la identificación de los dispositivos conectados. En función de estas lecturas se configura la trama que circulara en el ciclo de datos.
Se ejecuta cuando el sistema arranca y permite al maestro recoger información de los
dispositivos de la red. Cada dispositivo se identifica mediante un código (tipo de dispositivo) y el tamaño de su bloque de datos. Una vez obtenida toda la información, el maestro puede configurar la trama que circulara en el ciclo de datos.

Tipos de módulos
Controlador o Maestro del bus: Controla el tráfico y realiza labores de diagnóstico.

Dispositivos remotos (remote bus devices): Que tienen su propia fuente de alimentación y funcionan como repetidores (hasta 13 Km entre ellos). Pueden alimentar un grupo de módulos de E/S.

RACK UR2. El RACK UR2, interconecta, da soporte y energiza a todos sus slots (área donde se montan algunos elementos de la red).

PS 407 10A. Se coloca en el slot 1 y 2 del RACK. La PS 407 10A, energiza al RACK

CPU 416-2. Se coloca en el slot 3. La CPU tiene funcionalidad proxy. A través del programa lógico cargado desde la computadora, recibe, almacena y envía paquetes de datos en la red donde se encuentre conectada.

Tarjeta controladora IBS S7400 DSC/I-T. Se ubica en el slot 6 y 7 del RACK UR2. Ésta funge como herramienta de control y diagnóstico de la red INTERBUS.

Convertidor de Medios IBS OPTOSB-MA/M/L-LK-OPC. Colocado en el puerto X2 de la Tarjeta 

Controladora. El Convertidor de Medios se encarga de la interoperabilidad entre la fibra óptica y la red de cobre.

Ruggedline. Trabaja según la lógica del programa de Entradas y Salidas de señal.

Acoplador de bus. Es en el acoplador de bus donde se conecta la fibra óptica y la alimentación del mismo modulo.

Power-IN. Se encarga de alimentar a las Entradas o salidas digitales.

Modulo de Entradas Digitales. Modulo donde se conectan las señales de entradas originadas en interruptores de fin de carrera o interruptores de proximidad por ejemplo


Modulo de Salidas Digitales. Modulo donde se realiza la conexión de actuadores digitales, tales como válvulas electromagnéticas, contactores o dispositivos ópticos de aviso

INTERBUS S7 400® y Pheonix Contact®

Creación de Proyecto con IBS CMD G4®

Dibujo De Agosto

Dibujo de Agosto

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Dibujo Semestral

Dibujo semestral 

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