INFORME: Mes de Septiembre

Volkswagen de México

 Volkswagen Instituto

David Salazar Flores

N.C. 828803         Especialidad: Mecatrónica 5

INFORME: "Red Industrial Profibus"

Generación 2013-B         Instructor: Carlos Ramírez Figueroa

Fecha: Sábado 26 de Septiembre de 2015 

Red Industrial Profibus

INDICE:

1. INTRODUCCION
2. OBJETIVO
3. DESARROLLO
• Historia
• Jerarquías de Uso
• A nivel de actuadores / sensores
• A nivel de campo
• A nivel de celda
• Dispositivos Usados
• Tipos de Dispositivos
• AMO DP Clase 1 (DPM1)
• AMO DP Clase 2 (DPM 2)
• ESCLAVO
• Participantes
• Método de acceso al medio
• RS 485
• MBP
• DMP 1 DP Master Class 1
• DPM 2 DP Master Class 2
• RS 485 IS
• MBP IS
• FIBRA OPTICA
• Tipos de Comunicación o Estándares
• Profibus DP (Periferia Descentralizada)
• Profibus PA (Automatización de Procesos)
• Profibus FMS (Field bus Message Specification)
• Seguridades
• Estaciones
• Estaciones activas (maestras)
• Estaciones complejas (PLC, PC)
• Estaciones sencillas
• Topologías
• Velocidades
• Distancias
• Conclusión
4. RESUMEN
5. MAPA MENTAL
6. BIBLIOGRAFIA

Introducción:

Las tecnologías de información han tenido un papel muy importante en el desarrollo  de la automatización; cambiando jerarquías y estructuras en el ambiente de la oficina, y llegando ahora a los sectores del entorno industrial, de las industrias de proceso y manufactura, hasta los edificios y sistemas lógicos.

La capacidad de comunicación entre instrumentos y el uso de mecanismos estandarizados, abierto y transparentes; son componentes indispensables para la modernización.

En la presente información, se presenta la Red de Profibus como el vínculo central del flujo de informaciones en la automatización.

 

Objetivo:

El objetivo de este informe, es presentar de manera generalizada pero breve y concisa de lo que abarca la Red de Profibus, haciendo énfasis en los detalles que la caracterizan en un sector industrial con otras Redes Industriales.

 

Desarrollo:
Historia:

Fue un proyecto desarrollado entre los años 1987 y 1990 por las empresas alemanas Bosch, Klockner Moller, Siemens, ABB, AEG, Honeywell, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RPM, Sauter-cumulus y Schleicher.

Profibus es un estándar de red de campo, abierto e independiente de proveedores; donde la interfaz de ellos permite amplia ampliación de procesos, fabricación y automatización predial.

Estándar Internacional Profibus según EN 50170 e IC61158. Norma DIN19245. En 1989 la norma alemana DIN19245 adoptó el estándar Profibus parte 1 y parte 2 (la parte 3, Profibus DP no fue definida hasta 1993). Profibus fue confirmada como norma europea en 1996 como EN 50170.

 

Jerarquías de Uso:

Existen varios niveles a lo que Profibus trabaja; los cuales son los siguientes:

• A nivel de actuadores / sensores, el AS-Interfaz es el sistema de comunicación de datos ideal; pues la señales binarias de datos se transmiten a través de conectores muy simples y baratos, juntamente con la entrada de energía de 24 vdc; la necesaria para alimentar estos mismos sensores y actuadores. Otra característica importante es que los datos se transmiten cíclicamente, de manera muy eficiente y rápida.
• A nivel de campo, la periféria descentralizada con módulos  con E/S, transductores, impulsores (drives), válvulas  y paneles d operación, trabajan en sistemas de automatización a través de un eficaz sistema de comunicación en tiempo real, llamado Profibus DP o PA. La transmisión de datos del proceso a efectuarse de manera cíclica, con parámetros y diagnósticos se transmiten sólo cuando sea necesario; de manera acíclica.
• A nivel de celda, los controladores programables, como lo son los PLC´s y las PC´s, se comunican entre ellos, necesitando que grandes paquetes de datos sean transferidos en inumeradas y potentes funciones de comunicación. Además, la integración con los sistemas corporativos de comunicación existentes con la Intranet e Ethernet; son absolutamente obligatorios. Esta necesidad es llenada por los Protocolos Profibus FMS y PROFINet. 

Dispositivos usados:

Los dispositivos de Profibus tienen una instalación y configuración muy fácil de Plug & Play BIOS; utilizando como medio de transmisión diferentes tipos de cables. Algunos de los componentes que se pueden usar en una red Profibus son los siguientes:

• Procesadores de comunicaciones para controladores.
• Procesadores para comunicaciones para PC´s y PG´s.
• Paquetes de Software.
• Terminadores de Bus.

El terminador de bus, es un dispositivo que suministra resistencia eléctrica al final de una línea de transmisión; para absorber las señales de la línea; evitando de este modo que reboten y que vuelvan a ser recibidas por las estaciones de Red.

Tipos de Dispositivos:

Cada sistema Profibus puede contener tres tipos de diferentes dispositivos:

• AMO DP CLASE 1 (DPM1) Es un controlador principal que cambia informaciones cíclicamente con los esclavos. Los controladores lógicos programables (PLC´s) son un ejemplo de estos dispositivos AMOS.
• AMO DP CLASE 2 (DPM2) Son estaciones de ingeniaría utilizadas para configuración, monitoreo o sistemas de supervisión como por ejemplo un Simatic PDM, Commuwinll, Pactware, etc.
• ESCLAVO Un esclavo DP es un dispositivo periférico son como por ejemplo dispositivos de I/O, actuadores, HMI, válvulas, transductores, etc. Existen aún dispositivos con una sola entrada, una sola salida o una combinación de entradas y salidas. Incluyendo también los esclavos PA, puesto que son vistas por el sistema como si fueran esclavos DP.

Participantes:

En una red Profibus se puede tener un máximo de participantes, estaciones o nodos de 127 (32 sin utilizar repetidores). Estas estaciones pueden ser activas (maestros) o pasivas (esclavos). Y se pueden conectar hasta 122 esclavos- DP sin limitaciones.

 

Método de acceso al Medio:

Profibus tiene conforme al estándar cinco diferentes tecnologías o técnicas de transmisión de datos; las cuales son las siguientes:

• RS 485 Utiliza un cable de cobre trenzado apantallado que permite velocidades entre 9.6 kbps y 12 Mbps. Se pueden conectar hasta 32 estaciones o 127 si se usan repetidores. Este es el medio físico mas aplicado en Profibus. Utiliza un conector D-Sub de 9 pines para una transmisión asíncrona NRZ; teniendo un alcance de hasta 10 km con el uso de repetidores.

• MBP Manchester Coding y Bus Powered, es una transmisión síncrona con una velocidad fija de 31.25 kbps en un ambiente multi maestro. Pueden haber 2 tipos:

1. DPM1 DP Master Class1. Es un controlador central que intercambia información con sus esclavos en forma cíclica como ejemplo tenemos al PLC.
2. DPM2 DP Master Class2. Son estaciones de operación configuración o ingeniería. Tienen acceso activo al bus; pero su conexión no es necesaria permanentemente.

• RS 485 IS Las versiones  IS son muy seguras, y son utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).
• MBP IS Las versiones IS son muy seguras, y son utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).
• FIBRA OPTICA Se utiliza fibra óptica de vidrio monomódo y multimódo, fibra plástica y fibra HCS. La fibra óptica puede usarse en largas distancias de mas de 80 km.

En Profibus hay varios medios de transmisión de datos, entre los cuales encontramos los siguientes:

• ELECTRICO: Usando cables apantallados de dos hilos trenzado (RS 485). Para áreas sujetadas a riesgos de explosión se usan cables apantallados de dos hilos trenzado (IEC 1158-2).
• OPTICO Usando cables FO (cristal y plástico). Esto debido a la necesidad de inmunidad a ruidos, diferencias de potenciales, largas distancias, arquitectura en anillo, redundancia física y altas velocidades de transmisión. También resiste a las interferencias electromagnéticas. Se alcanzan distancias de hasta 80 km. Existe la posibilidad de realizar configuraciones mixtas entre ópticas y eléctricas.
• SIN HILOS: La red sin hilos son usados con módulos de enlace infrarrojos.

Tipos de Comunicación o Estándares:
En Profibus existen varios tipos de comunicación o estándares; los cuales son los siguientes:

• Profibus DP (Periferia Descentralizada). Es una comunicación de alta velocidad pero con transferencia de poca información a una velocidad de 12 Mbps. Conexión de dispositivos de campo, accionamientos de paneles de operador PLC´s y PC´s. 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 20mA, HART o en transmisiones de 23 volts, en medio físico RS 485 o fibra óptica. Requiere menos de 2 ms para transmitir 1 kilobyte de entrada y salida, es muy usado en controles con tiempo crítico- El tiempo de respuesta de un sistema Profibus DP es regularmente de 90 ms.
• Profibus PA (Automatización de Procesos).  Utiliza una comunicación de procesos con un solo cable de alimentación y datos por el mismo, mediante la tecnología  MBP de transmisión asíncrona con codificación Manchester en 31.25 kbps con modulación  de tensión (modo tensión). Esta es definida según el IEC 61158-2 y fue creada con el propósito de satisfacer las exigencias de las industrias químicas y petroquímicas; inicialmente, expandiéndose  después a todo el sector industrial. Regularmente se usa la topología de anillo, estrella y punto a punto con 32 participantes como máximo y un cableado máximo de 1900m extensible a 10 km con 4 repetidores. Los dispositivos usados se definen de acuerdo con el perfil PA que da los parámetros de los equipos de campo y su comportamiento típico. Los elementos y estados de la medición de valores de ajuste recibidos por el equipo de campo PA se transmiten de manera cíclica con la mas alta prioridad a través de un AMO clase DPM1. Sin embargo, los parámetros de visualización, operaciones, mantenimiento y diagnostico se transmiten por herramientas de ingeniería AMO clase 2 DPM2, con baja prioridad a través de servicios acíclicos por conexión C2. De modo cíclico, la secuencia de bytes de diagnostico es también transmitida. La descripción de los bits esta en el archivo del equipo GDS y depende del fabricante. Los elementos de red Profibus PA son:
1. Clase 1: responsable por las operaciones cíclicas (lectura/escritura) y control de los lazos abiertos y cerrados del sistema de control/automatización (PLC).
2. Clase 2: responsable por los accesos acíclicos de parámetros y funciones de los equipos PA (estación de ingeniería o estación d operación: Simatic PDM o Communwinll o Pactware).
3. Acopladores (couplers): son dispositivos utilizados para traducir las características físicas de Profibus DP y Profibus PA (H1: 31,25kbps.
• Profibus FMS (Field bus Message Specification). Es usada a nivel de célula con comunicación orientada a objeto y de datos de sistemas de automatización de distintos fabricantes. Es mayormente usado para solucionar tareas generales d regulación mediante forma descentralizada y precisa; para un gran número de aplicaciones y comunicación a nivel de célula donde PC´s y PLC´s se comunican entre sí. Para la supervisión , configuración, transmisión de grandes cantidades de datos, programas y bloques de datos de implementación se usan PLC´s, sistemas de control de procesos, PC´s y paneles de operador.

Seguridades:

Para Profibus no se usa una corrección de errores de paquetes, pero el sistema de comunicación y su trato de seguridad y acceso; proporciona varias funciones de supervisión, como por ejemplo:

• Configuración  de parámetros.
• Informe de eventos.
• Activación de servicios de puntos de acceso (SAP´s).
• Protección contra errores UART.
• Error de "frame" (bit stop no recibido).
• Error de "overrun" (sobre escritura de caracteres).
• Detectar y corregir errores 1 bit.
• Detectar errores de 2 bits.

Estaciones:

En esta red existen diferentes tipos de estaciones; las cuales son las siguientes:

• Estaciones Activas (maestros): Envían información por iniciativa propia y solicitan datos de otras estaciones.
• Estaciones Complejas (PLC, PC): Estaciones pasivas (esclavos) y sólo comunica si una estación activa lo autoriza.
• Estaciones Sencillas: (sensores, actuadores, etc.). Algunas se pueden configurar como activas o pasivas.

Topologías:

En Profibus pueden conectarse los diferentes dispositivos en distintas topologías, las cuales son Bus, Arbol, Estrella, Anillo, Anillo redundante y conexiones de tipo bidireccional (multicast o broadcast).

Topología de Arbol

 

Topología de Bus



Topología Punto a Punto

 Velocidades:

En una red Profibus puede haber velocidades de transmisión de datos de 9.6, 19.2, 93.75, 187.5 y 500 kbps; siendo la mas utilizada la de 9.6 kbps y 12 Mbps.

Distancias:

Las distancias generalmente dependen del tipo de red.

• ELECTRICA Distancia máxima de 9.6 km (depende de la velocidad).
• OPTICA Distancia máxima de 150 km (depende de la velocidad).

Independientemente del tipo de red y usando un cable de 0.22 mm de diámetro, las distancias máximas alcanzables son las siguientes:

• A 93.75 kbps alcanza hasta 1200 metros.
• A 187.5 kbps alcanza hasta 600 metros.
• A 500 kbps alcanza hasta 200 metros.

Conclusión:

Según las características de la aplicación en el costo máximo, la combinación gradual de distintos sistemas de comunicación gradual de distintos sistemas de comunicación, tal como: Ethernet, Profibus y AS-Interface, brinda las condiciones ideales de redes abiertas a procesos industriales. La comunicación se amplía muy rápido en el sentido horizontal, en los niveles inferiores y aún en el sentido vertical, integrando los niveles jerárquicos de un sistema. La revolución de la comunicación industrial en la tecnología de la automatización, demuestra mucho potencial en la optimización de sistemas de proceso y hace una gran contribución a la mejoría del uso de los recursos, esperando así, el desarrollo y la invención de nuevas redes para mejorar aun mas los procesos en el sector industrial.

 

Resumen:

Con el desarrollo de nuevas tecnologías de control de redes, Profibus es una red de altas prestaciones y eficacia. Las tecnologías de información han tenido un papel muy importante en el desarrollo  de la automatización; cambiando jerarquías y estructuras en el ambiente de la oficina, y llegando ahora a los sectores del entorno industrial, de las industrias de proceso y manufactura, hasta los edificios y sistemas lógicos. Estándar Internacional Profibus según EN 50170 e IC61158. Norma DIN19245.

Existen varios niveles a lo que Profibus trabaja; los cuales son los siguientes:

• A nivel de actuadores / sensores,  los datos se transmiten cíclicamente, de manera muy eficiente y rápida.
• A nivel de campo, La transmisión de datos del proceso se transmiten sólo cuando sea necesario; de manera acíclica.
• A nivel de celda, los controladores programables, como lo son los PLC´s y las PC´s, se comunican entre ellos, necesitando que grandes paquetes de datos sean transferidos.

Los dispositivos de Profibus tienen una instalación y configuración muy fácil de Plug & Play BIOS; utilizando como medio de transmisión diferentes tipos de cables.

Profibus tiene conforme al estándar cinco diferentes tecnologías o técnicas de transmisión de datos; las cuales son las siguientes:

• RS 485 Utiliza un cable de cobre trenzado apantallado que permite velocidades entre 9.6 kbps y 12 Mbps.

• MBP Manchester Coding y Bus Powered, es una transmisión síncrona con una velocidad fija de 31.25 kbps en un ambiente multi maestro. Pueden haber 2 tipos:

1. DPM1 DP Master Class1. Es un controlador central que intercambia información con sus esclavos en forma cíclica como ejemplo tenemos al PLC.
2. DPM2 DP Master Class2. Son estaciones de operación configuración o ingeniería. Tienen acceso activo al bus; pero su conexión no es necesaria permanentemente.

• RS 485 IS Las versiones  IS son muy seguras, y son utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).
• MBP IS Las versiones IS son muy seguras, y son utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).
• FIBRA OPTICA Se utiliza fibra óptica de vidrio monomódo y multimódo, fibra plástica y fibra HCS. La fibra óptica puede usarse en largas distancias de mas de 80 km.

En Profibus existen varios tipos de comunicación o estándares; los cuales son los siguientes:

• Profibus DP (Periferia Descentralizada). Es una comunicación de alta velocidad pero con transferencia de poca información a una velocidad de 12 Mbps. Conexión de dispositivos de campo, accionamientos de paneles de operador PLC´s y PC´s.
• Profibus PA (Automatización de Procesos).  Utiliza una comunicación de procesos con un solo cable de alimentación y datos por el mismo, mediante la tecnología  MBP de transmisión asíncrona con codificación Manchester en 31.25 kbps con modulación  de tensión (modo tensión).
• Profibus FMS (Field bus Message Specification). Es usada a nivel de célula con comunicación orientada a objeto y de datos de sistemas de automatización de distintos fabricantes.

En esta red existen diferentes tipos de estaciones; las cuales son las siguientes:

• Estaciones Activas (maestros): Envían información por iniciativa propia y solicitan datos de otras estaciones.
• Estaciones Complejas (PLC, PC): Estaciones pasivas (esclavos) y sólo comunica si una estación activa lo autoriza.
• Estaciones Sencillas: (sensores, actuadores, etc.). Algunas se pueden configurar como activas o pasivas.

En una red Profibus puede haber velocidades de transmisión de datos de 9.6, 19.2, 93.75, 187.5 y 500 kbps; siendo la mas utilizada la de 9.6 kbps y 12 Mbps.

Las distancias generalmente dependen del tipo de red.

• ELECTRICA Distancia máxima de 9.6 km (depende de la velocidad).
• OPTICA Distancia máxima de 150 km (depende de la velocidad).

Independientemente del tipo de red y usando un cable de 0.22 mm de diámetro, las distancias máximas alcanzables son las siguientes:

• A 93.75 kbps alcanza hasta 1200 metros.
• A 187.5 kbps alcanza hasta 600 metros.
• A 500 kbps alcanza hasta 200 metros.

 

Mapa Mental:

Bibliografía:

          http://www.smar.com/espanol/profibus
          https://es.wikipedia.org/wiki/Profibus
          http://www.santiagoapostol.net/srca/buses/profibus.pdf
          http://es.slideshare.net/meza10felix/profibus
          http://automatizacion.bligoo.com/content/view/465437#.VgnFafl_Oko
          http://es.slideshare.net/misatav/profibus-14582703?next_slideshow=1