Comunicación Industrial Protocolos Industriales Publicación N° 2, Abril 2015
Monagas, Venezuela
PROFIBUS Estándar de Comunicación Industrial •Protocolos de Comunicación •Comunicaciones Industriales •Buses de Campo PROFIBUS Revista Electrónica de la Cátedra Estrategias para la Automatización Industrial.
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INTRODUCCIÓN…………….. 3 Comunicaciones Industriales…………………. 4 Tipos de Comunicaciones…………… 5 PROFIBUS……………………. 6 Perfiles de PROFIBUS…….. 8 Funcionamiento de PROFIBUS……………………. 9 Sistema de Comunicación de PROFIBUS………………… 10 RS-485……………………….. 11 CIERRE………………………… 12 CONCLUSIONES…………….. 13 REFERENCIAS……………….. 14 PLC Productions publicó en el mes de Marzo su primera Revista Digital titulada: Integración de Suministros y Clientes.
Universidad de Oriente Núcleo de Monagas CEG – ACPI III Cohorte Estrategias para la Automatización Industrial Monagas – Venezuela
Diseño: Luis Germán Salazar Farías Editor: Francis Del Valle Mata López EDITORIAL
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PROFIBUS, Estándar de Comunicación Industrial es una revista electrónica de carácter académico desarrollada en el Curso Especial de Grado de Automatización y Control de Procesos Industriales en la Cátedra Estrategias para la Automatización, en la especialidad Ingeniería de Sistemas de la Universidad de Oriente, Núcleo de Monagas.
Ahondaremos mucho en los perfiles que tiene PROFIBUS, el funcionamiento y las ventajas que este le ofrece en materia de comunicación a las industrias.
Esperamos sinceramente que el contenido de esta revista sea de gran provecho para los lectores, invitándoles a profundizar más en la construcción del conocimiento de los modelos y protocolos de comunicación existentes que Fieldbus permiten la transmisión de información en la industria.
En esta oportunidad vamos a estar hablando acerca de las comunicaciones industriales, los protocolos de comunicación usados en la industria, los tipos de redes y todo esto enfocándolo en el protocolo de comunicación PROFIBUS-FMS Message Specification.
Los Autores
INTRODUCCIÓN
Protocolos Industriales “La transmisión de la información”
En el mundo, las telecomunicaciones hacen parte importante de la vida cotidiana del hombre, y los medios de transmisión son una parte esencial pero como todo componente de un sistema de computación, solos no sirven mucho. Los buses de campo se usan en la actualidad de forma prioritaria como un sistema de comunicación para el intercambio de información entre sistemas de automatización y sistemas de campo distribuidos. Miles de pruebas satisfactorias han demostrado de manera impresionante que el uso de la tecnología de los buses de campo puede ahorrar un 40% en costes por cableado, mantenimiento, etc.
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En el pasado era muy normal la utilización de buses de campo incompatibles entre marcas. Afortunadamente en la actualidad todos los sistemas responden a unas características standards. Por tanto, el usuario no está “atado” a un único vendedor y es capaz de seleccionar el producto que mejor se adapte a sus necesidades dentro de una amplia gama. PROFIBUS es un estándar de comunicaciones para bus de campo. Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS, el cual fue 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, y Landis & Gyr.
Protocolo de Comunicación Industrial PROFIBUS
Para satisfacer los requerimientos técnicos crecientemente complejos y las exigencias económicas, es cada vez más necesaria la conexión entre dispositivos y equipos (automatización, maniobra, etc.). Este intercambio de información convierte a los aparatos individuales en sistemas conjuntos con una mayor calidad en la conducción del proceso y el diagnóstico. La irrupción de los microprocesadores en los equipos de campo ha posibilitado su integración a redes de comunicación con importantes ventajas, entre las cuales figuran: Mayor precisión derivada de la integración digital de las mediciones. Mayor y mejor disponibilidad de información de los dispositivos.
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Los buses de datos que permiten la integración de equipos digitales de campo, reciben la denominación genérica de buses de campo. Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de producción. El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control a través del tradicional lazo de corriente de 4-20mA. Los buses de campo con mayor presencia en el área de control y automatización de procesos son:
•HART •PROFIBUS •Foundation Fieldbus Protocolo de Comunicación Industrial PROFIBUS
Es posible evidenciar tres gamas de productos de comunicación industrial. Estas son las siguientes: En las Redes Industriales se fusionan autómatas programables y ofimática, estableciendo como base para la comunicación o estándares con el Ethernet Industrial o soluciones propias. Los Buses de Campo usados para el control de dispositivos de maquinaria y controladores, especificados normalmente sobre sistema de bus abierto El objetivo de los Buses de Dispositivos es simplemente la simplificación de la conexión de sensores y actuadores, reduciendo el cableado. Estos buses suelen ser propios de cada fabricante y de protocolo no libre. Protocolo de Comunicación Industrial PROFIBUS 5
PROFIBUS Estándar de Comunicación Industrial
Process Field Bus
Norma internacional de bus de campo de alta velocidad para control de procesos normalizada en Europa por EN 50170. Utiliza diferentes capas físicas. La más importante en PROFIBUS DP está basada en ElA RS-485. Profibus PA utiliza la norma IEC 11158-2 (norma de comunicación síncrona entre sensores de campo, que utiliza modulación sobre la propia línea de alimentación de los dispositivos y puede utilizar los antiguos cableados de instrumentación 4-20 mA) y para el nivel de proceso se tiende a la utilización de Ethernet. También se contempla la utilización de enlaces de fibra óptica. Existen puentes para enlace entre diferentes medios, además de gateways que permiten el enlace entre perfiles y con otros protocolos.
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Se distingue entre dispositivos tipo maestro y dispositivos esclavo. El acceso al medio entre maestros se arbitra por paso de testigo, el acceso a los esclavos desde un maestro es un proceso de interrogación cíclico (polling). Se pueden configurar sistemas multimaestro o sistemas más simples maestro-esclavo. En Profibus DP se distingue entre maestro clase 1 (estaciones de monitorización y diagnóstico), maestro clase 2 (elementos centralizadores de información como PLCS, PCs, etc.), esclavo (sensores, actuadores). Entre las características más se tiene: adaptación a diferentes baudrates, desde 9,6 Kbps hasta 12 Mbps permiten adaptar la comunicación a cada requisito tecnológico, enorme capacidad de procesamiento de diagnóstico, entre otras.
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El CIIS trabaja en cinco líneas de investigación muy bien definidas, apoyadas en proyectos de inversión los cuales requieren la ejecución inmediata de planes de desarrollo que conlleven a la obtención de productos tangibles que logran mejorar el desempeño y desarrollo en las diversas áreas.
Disponible en: http://campusvirtual.monagas.udo.edu.ve/
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PERFILES DE PROFIBUS
Requerimientos de automatización y control Los dos primeros constituyen los perfiles típicos de comunicación de Profibús mientras que el último es un perfil de aplicación, construido a través de la combinación del perfil de comunicación DP con un conjunto de funciones adicionales. Estas adiciones proveen a PA con tecnología de transmisión y alimentación de dispositivos por medio del bus, cubriendo así las necesidades de los dispositivos de campo. Profibus-FMS, Fieldbus Message Specification: Es el perfil de comunicación capaz de manejar todas las tareas intensivas de transferencia de datos muy comunes en las comunicaciones industriales, por lo que
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se le considera la solución universal para la transferencia de información en el nivel superior y de campo del modelo jerárquico de automatización. Profibus-DP, Decentralized Periphery: Está optimizado para ofrecer mayor velocidad, eficiencia y bajo costo de conexiones porque fue diseñado específicamente para establecer la comunicación crítica entre los sistemas de automatización y los equipos periféricos. Profibus-PA, Process Automation: se utiliza la tecnología de transmisión especificada en IEC 1158-2. Es una transmisión síncrona a 31.2 kbits/seg que satisface requerimientos muy importantes.
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FUNCIONAMIENTO DE PROFIBUS En el protocolo Profibus se establecen las características de comunicación de un sistema de bus de campo serie. Puede ser un sistema multimaestro que permite la operación conjunta de varios sistemas de automatización. Hay dos tipos de dispositivos que caracterizan a Profibus: Dispositivo Maestro y Dispositivo Esclavo, también llamados dispositivos activos y pasivos. Los dispositivos maestros, pueden enviar y solicitar datos a otras estaciones, siempre que mantengan el derecho de acceso (token) al bus. Los dispositivos esclavos sólo pueden enviar datos cuando un participante maestro se los ha solicitado.
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Los dispositivos esclavos son periféricos, tales como dispositivos entrada/salida, islas de válvula, transductores de medida y en general equipos simples de campo. Por el contrario los dispositivos maestros suelen ser equipos inteligentes, como por ejemplo autómatas programables. Podemos tener así mismo integrados en estos sistemas elementos que se pueden programar para funcionar como maestros o como esclavos. Profibus utiliza un método mixto para ordenar la comunicación entre estaciones.. El método token bus asegura por medio de un token (testigo) la asignación de los derechos de acceso del bus dentro de un intervalo de tiempo definido.
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Sistema de Comunicación PROFIBUS “Estrato de Seguridad y Acceso” La eficacia de la comunicación determinase por las funciones de nivel 2, donde se especifican las tareas de control de acceso al barramiento, las estructuras de los frames de datos, servicios basicos de comunicación y muchas otras funciones. Las tareas de nivel 2 ejecutanse con el FDL (Fieldbus Data Link) y con el FMA (Fieldbus Management), siendo el primero responsable por lo siguiente: • Control de acceso del barramiento (MAC-Medium Access Control). • Estructura de los telegramas. • Seguridad de los datos.
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El FMA proporciona varias funciones de supervisión, como por ejemplo: • Configuración de parâmetros. • Informe de eventos. • Activación de servicios de puntos de acceso (SAPs). La arquitectura y la filosofia del protocolo PROFIBUS garantizan a cada estación que participa del cambio de datos cíclicos un tiempo suficiente para ejecutar su tarea de comunicación en un intervalo de tiempo definido. Para eso utiliza el procedimiento de pasaje de “token”, usado por estaciones maestras.
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RS 485 “El medio físico más aplicado del PROFIBUS” La transmisión RS486 es la tecnología •Distancia extensible hasta 10 km con el uso de transmisión más utilizada en el de repetidoras. PROFIBUS, aunque la fibra óptica pueda •Conector D-Sub de 9 Pinos. usarse en largas distancias (más de 80 En general, aplicase en zonas conteniendo km). Em seguida vienen las principales alta tasa de transmisión, instalación sencilla y bajo costo. La estructura del barramiento caracteristicas: permite adicionar o remover estaciones sin •Transmisión asíncrona NRZ. •Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, afectar otras estaciones con expasiones posteriores sin ningún efecto en estaciones seleccionable. ya en funcionamiento. •Par torcido con blindaje. •32 estaciones por sección, máx. 127 Cuando se configura el sistema, sólo una tasa de transmisión es seleccionada para estaciones. •Distancia según la tasa de transmisión todos los dispositivos del barramiento. Hay que procesarse la terminación activa del (tabla 1). •2 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < barramiento en el comienzo y en el fin de cada sección. 187.5 kBit/s = 1000 m. Protocolo de Comunicación Industrial PROFIBUS . 11
En el pasado, existían muchas diferencias en cuanto al tema de la comunicación industrial. Pues bien, con el desarrollo de nuevas tecnologías de automatización, cada fabricante era independiente de crear diferentes artefactos de automatización y sus reglas o protocolos de comunicación eran únicos para cada fabricante. Al no tener una serie de estándares que rigieran la fabricación y la comunicación de los dispositivos, existía el inconveniente de que cada empresa solo se regía por el fabricante al cual compraba sus productos, y esto suponía que no se abrieran a incursionar en nuevas tecnologías. Pues no tenían alternativas a la hora de adquirir la tecnología del momento, ya que si compraban a otro proveedor, la comunicación entre los dispositivos sería incompatible y se producirían pérdidas para el negocio. Gracias a estos inconvenientes, empresas de alto rango como siemens, Bosch, KlöcknerMöeller, y varios investigadores alemanes en esta materia, crearon lo que hoy por hoy se conoce como el protocolo PROFIBUS.
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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 50170.
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Los organismos autónomos que promueven Profibus siempre están atentos a la evolución de las tecnologías informáticas y de comunicaciones para incluirlas en el protocolo y poder conservar siempre la compatibilidad con las mismas. Recientemente, ha habido muchos avances tecnológicos que están creando nuevos oportunidades, tal es el caso de OPC, internet TCP/IP y ethernet industrial. Profibus mantiene plena compatibilidad con todas estas nuevas tecnologías que serán dominantes en los próximos años. Recientes estudios de mercado llevados a cabo por empresas ajenas a la Organización de Usuarios de Profibus señalan a éste como el bus con más futuro en el campo de los procesos industriales. PROFIBUS ha alcanzado una aceptación progresiva (en un principio en Alemania para después implantarse por Europa y abrir su mercado al resto del mundo). Los precursores fueron fabricantes como ABB, AEG, Bosch, Honeywell, Moeller, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-cumulus, 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.
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REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS •Armesto, José. Instalación de Sistemas de Comuncación y Datos. Documento en línea. Disponible en: http://tv.uvigo.es/uploads/material/Video/1567/ISAD_Tema6.pdf [Consulta 2015, Abril, 17]. •Profibus. Documento en línea. Disponible en: http://www.etitudela.com/entrenadorcomunicaciones/downloads/profibusteoria.pdf [Consulta: 2015, Abril 17]. •Protocolos de comunicación, Interfaz Hombre Maquina. Documento en línea. Disponible en: http://www.dspace.ups.edu.ec/bitstream/123456789/171/4/Cap%203.pdf [Consulta: 2015, Abril 17]. •Protocolos de Comunicación Industrial. Documento en línea. Disponible en: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mvc?xid=562&edi=7 [Consultado 2015, Abril, 17]
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“No hay lugares remotos. En virtud de los medios de comunicación actuales, todo es ahora” Herbert Marshall Mcluhan
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