Qué es PROFIBUS?
PROFIBUS es un estándar de red de campo abierto e independiente de proveedores, donde la interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos, fabricación y automatización predial. Este estándar es garantizado según los estándares EN 50170 y EN 50254. Desde enero de 2000, el PROFIBUS está fuertemente establecido con el IEC 61158, al lado de siete otros fieldbuses. El IEC 61158 se divide en siete partes, de números 61158-1 a 61158-6, con las especificaciones del modelo OSI. Esa versión, que fue ampliada, incluyó el DPV-2.
En todo el mundo, los usuarios pueden ahora tener como referencia un estándar internacional de protocolo, cuyo desarrollo busco y aún busca la reducción de costos, flexibilidad, confianza, orientación hasta el porvenir, posibilitar las más variadas aplicaciones, interoperabilidad y múltiples proveedores.
Actualmente, calculase por encima de 20 millones de nudos instalados con tecnología PROFIBUS y más de 1000 fabricas con tecnología PROFIGUS PA. Son 23 organizaciones regionales (RPAs) y 33 Centros de Capacidad en PROFIBUS (PCCs), ubicados estratégicamente en varios países, vueltos a proveer soporte a sus usuarios, inclusive en Brasil, en la Escuela de Ingeniería de São Carlos – USP, que tiene el único PCC de América Latina.
- Más de 1300 socios alrededor del mundo.
- Más de 20 millones de nudos instalados exitosamente.
- Más de 2800 productos y más de 2000 proveedores de las más variadas aplicaciones.
En términos de desarrollo, vale la pena recordar que la tecnología es estable, pero no estática. Las compañías socias de la PROFIBUS Internacional siempre se encuentran en Equipos de Trabajo atentos a las nuevas exigencias del mercado y garantizando nuevos beneficios con la venida de nuevas características.
En secuencia vamos a conocer algunos puntos-clave de esa tecnología.
Figura 1 – Comunicación Industrial Profibus.
La tecnología de la información tuvo un papel decisivo en el desarrollo de la automatización, cambiando jerarquías y estructuras en el ambiente de la oficina, y llega ahora a los más variados sectores del entorno industrial, de las industrias de proceso y manufactura hasta los edificios y sistemas logísticos. La capacidad de comunicación entre instrumentos y el uso de mecanismos estandarizados, abiertos y transparentes son componentes indispensables del moderno concepto de automatización.
La comunicación ampliase muy rápido en el sentido horizontal, en los niveles inferiores y aún en el sentido vertical, integrando los niveles jerárquicos de un sistema. Según las características de la aplicación e el costo máximo buscado, la combinación gradual de distintos sistemas de comunicación, tal como: Ethernet, PROFIBUS y AS-Interface, brinda las condiciones ideales de redes abiertas en procesos industriales.
A nivel de actuadores/sensores, el AS-Interface es el sistema de comunicación de datos ideal, pues las señales binarias de datos se transmiten a través de BUSes muy simples y baratos, juntamente con la entrada de energía de 24Vdc necesaria para alimentar estos mismos sensores y actuadores. Otra característica importante que los datos se transmiten cíclicamente, de manera muy eficiente y rápida.
A nivel de campo, la periferia distribuida, cual: módulos de E/S, transductores, impulsores (drives), válvulas y paneles de operación, trabajan en sistemas de automatización a través de eficaz sistema de comunicación en tiempo real, el PROFIBUS DP o PA. La transmisión de datos del proceso efectuase de manera cíclica, mientras alarmes, parámetros y diagnósticos se transmiten sólo cuando sea necesario, de manera cíclica.
A nivel de la celda, los controladores programables, tal como los CLPs y los PCs, se comunican entre ellos, necesitando que grandes paquetes de datos sean transferidos en numerosas y potentes funciones de comunicación. Además, la integración eficaz con los sistemas corporativos de comunicación existentes, cual: Intranet, Internet e Ethernet, son absolutamente obligatorios. Esta necesidad es llenada por los protocolos PROFIBUS FMS y PROFINet.
La revolución de la comunicación industrial en la tecnología de la automatización demuestra mucho potencial en la optimización de sistemas de proceso e hizo una gran contribución a la mejoría del uso de los recursos. Las informaciones siguientes proveen explicación resumida del PROFIBUS como el vínculo central en el flujo de informaciones en la automatización.
La arquitectura del PROFIBUS se divide en tres tipos principales:
PROFIBUS DP
Esta es la solución de alta velocidad del PROFIBUS. Su desarrollo fue perfeccionado principalmente para comunicación entre los sistemas de automatización y los equipos descentralizados. Es aplicable en los sistemas de control, donde se destaca el acceso a los dispositivos distribuidos de I/O. Es utilizado en sustitución a los sistemas convencionales 4 a 20 mA, HART o en transmisiones de 23 Volts, en medio físico RS-485 o fibra óptica.
Requiere menos de 2 ms para transmitir 1 kbyte de entrada y salida y es muy usado en controles con tiempo crítico.
Requiere menos de 2 ms para transmitir 1 kbyte de entrada y salida y es muy usado en controles con tiempo crítico.
Actualmente, 90% de las aplicaciones relativas a esclavos Profibus utilizan el PROFIBUS DP. Esta variedad está disponible en tres versiones: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). Cada versión tuvo su origen según el adelanto de la tecnología y la búsqueda de nuevas aplicaciones a lo largo del tiempo.
Figura 2 – Versiones de Profibus.
PROFIBUS-FMS
El PROFIBUS-FMS brinda al usuario amplia selección de funciones cuando comparado con otras variedades. Es la solución estándar de comunicación universal usada para solucionar tareas complejas de comunicación entre PLCs y DCSs (Sistemas de Control Distribuido). Esa variedad soporta la comunicación entre sistemas de automatización, además del cambio de datos entre equipos inteligentes, y es usada, en general, a nivel de control. Debido a su función primaria establecer la comunicación maestro-a-maestro (peer-to-peer) viene siendo reemplazada por aplicaciones en la Ethernet. .
PROFIBUS-PA
El PROFIBUS-PA es la solución PROFIBUS que satisface las exigencias de la automatización de procesos, donde hay la conexión de sistemas de automatización y los sistemas de control de proceso con equipos de campo, tal como: transmisores de presión, temperatura, conversores, posicionadores, etc. Puede usarse para reemplazar el estándar 4 a 20 mA.
Existen ventajas potenciales en utilizarse esta tecnología, que subrayan las ventajas funcionales (transmisión de informaciones confiables, tratamiento de estatus de las variables, sistema de seguridad en fallos, equipos con capacidad de auto-diagnosis, alcance de los equipos, alta resolución en mediciones, integración con el control discreto en alta velocidad, aplicaciones en cualquier sección, etc.). Además de los beneficios económicos pertinentes a las instalaciones (reducción hasta 25% en algunos casos en comparación con los sistemas convencionales), menos tiempo de puesta en marcha, ofrece un aumento sensible de funcionalidad y seguridad.
El PROFIBUS PA permite medición y control a través de línea de dos hilos simples. También permite accionar los equipos de campo en zonas con seguridad intrínseca. El PROFIBUS PA permite aún el mantenimiento y la conexión/desconexión de equipos mismo durante la operación, sin afectar otras estaciones en zonas de potencial explosivo. El PROFIBUS PA fue desarrollado en cooperación con los usuarios de la Industria de Control y Proceso (NAMUR), cumpliendo con las exigencias de esa zona de aplicación:
- El perfil original de la aplicación en la automatización del proceso y la interoperabilidad de los equipos de campos de distintos fabricantes.
- Adición y remoción de estaciones de BUS mismo en zonas con seguridad intrínseca, sin afectar otras estaciones.
- Comunicación transparente a través de los acopladores de la sección entre el BUS de automatización del proceso PROFIBUS PA y el BUS de automatización industrial PROFIBUS DP.
- Impulsión y transmisión de datos en el mismo hilo doble basado en la tecnología IEC 61158-2.
- Uso en zonas potencialmente peligrosas con blindaje explosiva tipo “con seguridad intrínseca” o “sin seguridad intrínseca”.
La conexión de los transmisores, conversores y posicionadores de red PROFIBUS DP se hace con un acoplador DP/PA. El par torcido de hilos es utilizado en la impulsión y la comunicación de datos de todos los equipos, resultando en la instalación más fácil y en el bajo costo de hardware, menos tiempo de iniciación, mantenimiento libre de problema, bajo costo de software de ingeniería y alta confianza en la operación.
Posteriormente, en otras ediciones abordaremos el PROFINET.
Todas las variedades del PROFIBUS se basan en el modelo de comunicación de redes OSI (Open System Interconnection), cumpliendo con el estándar mundial ISO 7498. Debido a las exigencias del campo, sólo los niveles 1 y 2, además del nivel 7 del FMS, son instalados, por razones de eficiencia.
Figure 3 – Arquitectura de comunicación de Protocolo PROFIBUS
Las tres variedades de los niveles inferiores son muy parecidas, siendo la gran diferencia la interfaz de los programas de aplicación. El nivel 1 define el medio físico. El nivel 2 (nivel de transporte de datos) define el protocolo de acceso al BUS. El nivel 7 (nivel de aplicación) define las funciones de aplicación.
La arquitectura garantiza la transmisión de datos rápida y eficaz. Las aplicaciones disponibles del usuario, además del comportamiento de los varios tipos de dispositivos PROFIBUS DP están especificados en la interfaz del usuario.
El PROFIBUS – FMS tiene los niveles 1, 2 y 7 definidos, siendo el nivel de aplicación compuesto por mensajes FMS (Fieldbus Message Specification) y de la camada inferior (LLI -Lower Layer Interface). El FMS define un gran número de servicios potentes de comunicación entre maestros y entre maestros y esclavos. El LLI define la representación de servicios del FMS en el protocolo de transmisión del nivel 2.
El PROFIBUS – FMS tiene los niveles 1, 2 y 7 definidos, siendo el nivel de aplicación compuesto por mensajes FMS (Fieldbus Message Specification) y de la camada inferior (LLI -Lower Layer Interface). El FMS define un gran número de servicios potentes de comunicación entre maestros y entre maestros y esclavos. El LLI define la representación de servicios del FMS en el protocolo de transmisión del nivel 2.
El protocolo de comunicación PROFIBUS PA usa el mismo protocolo de comunicación PROFIBUS DP. Esto porque los servicios de comunicación y mensajes son idénticos. El permite la integración uniforme y completa de todos los niveles de automatización y las fábricas de las zonas de control de proceso. Esto significa que la integración de todas las zonas de la fábrica puede realizarse con un protocolo de comunicación de distintas variaciones.
