profibus

¿Que es?
 * Introducción (Alvaro Lopez Martinez)**

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, PROFIBUS DP y PROFIBUS FMS.

¿Como surge?

En el año 1987, las firmas alemanas Bosch, Klöckner Möeller y Siemens iniciaron un proyecto de desarrollo de una arquitectura de comunicaciones industriales que permitiera la interconexión de equipos de distintos fabricantes. Esta fue la base de un grupo de trabajo al que se integraron otras grandes empresas tales como ABB, AEG, Landis&Gir, etc., algunas universidades y organizaciones técnicas estatales, entre ellas la propia VDE y el Ministerio Federal de Investigación Alemán. 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 yprotocolos 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.
 * Comienzos.**
 * Situación actual.**PROFIBUS es actualmente el líder de los sistemas basados en buses de campo en Europa (1) y goza de una aceptación mundial. Sus áreas de aplicación incluyen manufacturación, automatización y generación de procesos. PROFIBUS es un bus de campo normalizado internacional que fue estandarizado bajo la norma EN 50 170. Esto asegura una protección óptima tanto a los clientes como a los vendedores y asegura la independencia de estos últimos. Hoy en día, todos los fabricantes líderes de tecnología de automatización ofrecen interfaces PROFIBUS para sus dispositivos. La variedad de productos existentes incluye más de 1500 elementos y servicios, de los cuales 400 están certificados, asegurando un funcionamiento sencillo y correcto incluso en redes de diferentes fabricantes. PROFIBUS ha sido usado satisfactoriamente en alrededor de 200000 aplicaciones en todo el mundo y se han instalado más de 2000000 dispositivos.

¿Tiene diferentes versiones o perfiles ?


 * 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.

¿está normalizada? La independencia y franqueza de los vendedores está garantizada por la norma EN 50 170 y sus características universales que cubren una amplia gama de aplicaciones en fabricación, procesado y automatización de procesos.


 * Capa Física (Alvaro Lopez Martinez)**

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.

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).


 * Capa Enlace (Alvaro Lopez Martinez)**


 * La Capa 2 o Capa de Enlace (FDL – Fieldbus Data Link) define el ** protocolo de acceso al bus y se encarga de establecer el orden de circulación del testigo una vez inicializado el bus, adjudicando el testigo en el arranque, en caso de pérdida del mismo, o en caso de adición o eliminación de estaciones activas.

Es actualmente el único bus de campo del mundo que cumple estos requisitos. Este bus de campo es el único capacitado para interconectar áreas de producción industriales de forma homogénea, gracias a las tecnologías de transmisión complementarias, a un perfil de comunicación unificado y a los perfiles aditivos de aplicación para funcionalidades típicas de dispositivos, como p. ej. PA Devices, PROFIdrive o PROFIsafe. Otros perfiles de aplicación ofrecen la posibilidad de integrar las instalaciones existentes de forma continua, incluyendo una tecnología de 4 a 20 mA e dispositivos HART y, de este modo, se aseguran a largo plazo las inversiones relacionadas.
 * capa aplicación /perfiles de aplicación / perfiles de dispositivos** **(Jose David Jimenez)**

El profibus tiene tres perfiles:

Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCS) o terminales.

Para control de proceso y cumpliendo normas especiales de seguridad para la industria química (IEC 1 1 15 8-2, seguridad intrínseca).

Para comunicación entre células de proceso o equipos de automatización. La evolución de Profibus hacia la utilización de protocolos TCP/IP para enlace al nivel de proceso hace que este perfil esté perdiendo importancia.

Utiliza diferentes capas físicas. La más importante, en PROFIBUS DP, está basada en ElA RS-485. Profibús 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.

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).

El transporte en Profibus-DP se realiza por medio de tramas según IEC 870-5-1. La comunicación se realiza por medio de datagramas en modo broadcast o multicast. Se utiliza comunicación serie asíncrona por lo que es utilizable una UART genérica.

Profibus DP prescinde de los niveles ISO 3 a 6 y la capa de aplicación ofrece una amplia gama de servicios de diagnóstico, seguridad, protecciones etc. Es una capa de aplicación relativamente compleja debido a la necesidad de mantener la integridad en el proceso de paso de testigo (un y sólo un testigo)

Profibus FMS es una compleja capa de aplicación que permite la gestión distribuida de procesos al nivel de relación entre células don posibilidad de acceso a objetos, ejecución remota de procesos etc. Los dispositivos de definen como dispositivos de campo virtuales, cada uno incluye un diccionario de objetos que enumera los objetos de comunicación. Los servicios disponibles son un subconjunto de los definidos en MMS (ISO 9506)

Las plataformas hardware utilizadas para soportar Profibus se basan en microprocesadores de 16 bits más procesadores de comunicaciones especializados o circuitos ASIC como el LSPM2 de Siemens. La PNO se encarga de comprobar y certificar el cumplimiento de las especificaciones PROFIBUS.

Entre sus perspectivas de futuro se encuentra la integración sobre la base de redes Ethernet al nivel de planta y la utilización de conceptos de tiempo real y filosofía productor-consumidor en la comunicación entre dispositivos de campo.

Las distancias potenciales de bus van de 100 m a 24 Km (con repetidores y fibra óptica). La velocidad de comunicación puede ir de 9600 bps a 12 Mbps. Utiliza mensajes de hasta 244 bytes de datos.


 * Integración con otras redes y arquitecturas CIM**


 * Ejemplos de aplicación (Jose David Jimenez)**

La implementación del protocolo PROFIBUS es sencilla y barata debido a la amplia gama de chips disponibles en la actualidad. Esto ahorra el tiempo consumido y tareas caras como implementaciones individuales, consiguiendo una disponibilidad rápida de los productos.

 En principio, el protocolo PROFIBUS puede ser implementado en cualquier microprocesador equipado interna o externamente con una interface serie asíncrona (UART). Sin embargo, el uso de chips protocolares (ASICs) es muy recomendable cuando el protocolo vaya a ser ejecutado a velocidades mayores de 500 Kbits/seg. O cuando se requiere una conexión en cierto tipo de tecnologías (p. ej. IEC 1158-2).

 La decisión sobre el método a seguir en la implementación dependerá básicamente de la complejidad del elemento de campo, la actuación necesaria y la funcionalidad requerida. Se muestran a continuación algunos ejemplos de implementación:

- // Implementación por Chip sencillo para esclavos DP: // Es la forma más simple. Todas las funciones del protocolo están integradas en un único chip, sin necesidad de un microprocesador o software adicional. Sólo se necesita un director de interface y un reloj como componentes externos - // Implementación de esclavos inteligentes FMS y DP: // Las partes críticas en el tiempo del protocolo PROFIBUS son implementadas en un chip protocolar y las partes restantes son implementadas bajo software en un microcontrolador. Hay una amplia gama de chips disponibles para esclavos inteligentes. (68360 de Motorola, SPC3 de Siemens, V-SPC3 de VIPA, etc.). - // Implementación de maestros complejos FMS y DP: // Se implementan de la misma forma que los explicados en al apartado anterior y presentan también una amplia oferta de dispositivos (PBM de IAM, ASPC2 de Siemens, etc.).

- // Implementación de dispositivos de campo PA: // Cuando se implementa un dispositivo de campo PROFIBUS PA, es particularmente importante un bajo consumo de energía ya que generalmente sólo está permitida una circulación de corriente de 10mA. En dispositivos protegidos internamente. Chips especiales (SIM 1 de Siemens, FCHIP-1 de ShipStar, etc.) están diseñados para cumplir tales requisitos.

 Se puede por tanto concluir que la aplicación de PROFIBUS está orientada a una serie de servicios orientados a la conexión de dispositivos de muy distinta índole. Se pretende garantizar así la fácil integración del bus en la estructura de automatización jerárquica, manejando a nivel inferior el control del flujo de información y el estado de las conexiones.

**Otro ejemplo de Aplicación (Adriana Sáenz Agudelo)** En los sistemas de control actuales, se tiene especial interés en integrar diferentes tecnologías, incluyendo las redes de comunicación industrial. En este contexto, el Departamento de Ingeniería Química y Bioprocesos de la Pontificia Universidad Católica de Chile se impuso el desafío de integrar instrumentación Foundation Fieldbus, con su protocolo FF-H1, a la red de comunicación industrial Profibus DP, para garantizar así la interoperabilidad de estas tecnologías con el sistema de control distribuido Simatic PCS-7. Para esta tarea, la universidad contó con la cooperación de la División Automation & Drives de Siemens Chile. En este artículo, se describen los resultados referenciales sobre las aplicaciones de integración entre FF-H1, Profibus DP, Profibus PA y Simatic PCS7, mediante la apropiada configuración de un bridge DP/FF Link. Para este proyecto se utilizó equipamiento estándar Siemens para soluciones de control de procesos, específicamente para su red de instrumentación inteligente Profibus PA. Asimismo, se implementó una interfaz de hardware y software llamada "HMS AnyBus X DP/FF Link", para integrar los dispositivos Foundation Fieldbus a la red de comunicación Profibus DP. Profibus-DP comunica las señales de campo descentralizadas conectándolas al sistema de automatización central. También es posible comunicar a través de este protocolo componentes de diversos fabricantes. Por su parte, Profibus-PA, variante de Profibus-DP ampliada con funciones de seguridad intrínseca, permite integrar dispositivos de campo en el sistema de automatización corporativo que abarca las funciones de control y regulación.

El link con la información detallada y completa de este ejemplo de aplicación: http://www.emb.cl/electroindustria/articulo.mv?xid=727&edi=41

Les paso este link donde muestra una configuracion profibus DP con S7-300 y redes con profibus. [] []
 * Programación /configuración de la red . Ejemplos (Jorge Prado)**


 * Links**
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