domingo, 27 de septiembre de 2015

Profibus




PROFIBUS


INFORME DE SEPTIEMBRE DEL 2015


RAMIRO MENDOZA MOTA



INDICE.


Objetivo..
Introducción al sistema Interbus 
(explicación gráfica )..

Metodo de acceso al medio.

Diagrama/Topologia de como funciona.
Medios fisicos y distancias.

Protocolo de comunicacion

Identificacion de dispositivos.

Participantes de profibus.

Velocidades de transmision.

Redundancias

software de administracion.

Profisafe

Conclusiones



Objetivo

En este tema abordaremos la tecnologia de bus, que en este caso es profibus.
Incluiremos la explicacion grafica de como funciona,los dispositivos en en bus,la velocidad de tranferencia de datos,el protocolo que utiliza,su topologia ,el sofware de administracion,su monitoreo etc.



Introduccion

(explicacion grafica de profibus)
En la actualidad, la eficacia de los sistemas de control no depende únicamente de los equipos de automatización,
sino también, y en medida decisiva, del entorno. Además de la visualización de las instalaciones, la operación y
la observación, esto exige ante todo la disponibilidad de un sistema de comunicaciones eficiente.
En la automatización de la fabricación y los procesos se utilizan cada vez más sistemas de automatización descentralizados.
Esto significa que una tarea de control compleja se divide en subtareas racionales de menor envergadura,
con sistemas de control descentralizados. En consecuencia existe una gran demanda de comunicación
entre los sistemas descentralizados. Estas estructuras descentralizadas presentan, entre otras, las siguientes
ventajas:
􀀀 Es posible la puesta en servicio independiente y simultánea de partes concretas de la instalación

􀀀 Programas más pequeños y sencillos

􀀀 Procesamiento paralelo por sistemas de automatización repartidos
De ello resultan:

􀀀 Tiempos de reacción más cortos

􀀀 Menor solicitación de las distintas unidades de procesamiento.
􀀀 Estructuras supervisoras pueden asumir funciones adicionales de diagnosis y protocolización

􀀀 Aumenta la disponibilidad de la instalación, ya que en caso de fallar una subestación puede seguir trabajando
el resto del sistema global.

PROFIBUS es la red del sistema de comunicación no propietario y abierto
SIMATIC NET concebida para el nivel de control y de célula.
Desde el punto de vista físico, PROFIBUS es una red eléctrica materializada con
un cable bifilar apantallado o una red óptica materializada con cables de fibra.

Normas y estándares
La red PROFIBUS se corresponde con la norma europea de bus de proceso y
campo PROFIBUS EN 50170 Vol. 2.

General Purpose Field Communication System
Volume 2 : Physical Layer Specification and Service Definition
Directivas PNO:

PROFIBUS–Implementierungshinweise zum Entwurf DIN 19245 Teil 3
Version 1.0 vom 14.12.1995

(Indicaciones para implementación de PROFIBUS resp. proyecto DIN 19245, parte 3,
versión 1.0 del 14.12.1995)
Optische Übertragungstechnik für PROFIBUS

Version 1.1 von 07.1993 (Técnica de transmisión óptica para PROFIBUS, versión 1.1 de 07.1993)
EIA RS–485: 1983
Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers
for Use in Balanced Digital Multipoint Systems

Comunicación sin discontinuidades en el ámbito industrial

PROFIBUS está integrada en el concepto SIMATIC NET, el cual permite
interconectar sin discontinuidades los niveles de control, de célula y de campo con
FDDI, Ethernet y el AS–Interface (AS–i).

 Dentro del sistema de comunicación abierto SIMATIC NET, independiente de los fabricantes, PROFIBUS es la red
destinada al ámbito celular y de campo, con aplicación prioritaria en el entorno industrial.
La red PROFIBUS cumple la norma PROFIBUS EN 50170 (1996). Esto significa que todos los procuctos se ajustan
a dicha norma. En el caso de SIMATIC S7, los componentes PROFIBUS de SIMATIC NET pueden utilizarse
también para la creación de una subred SIMATIC MPI (MPI = Multipoint Interface).
Pueden conectarse los siguientes sistemas:

 􀀀 Sistemas de automatización SIMATIC S5/S7/M7

 􀀀 Sistema periférico descentralizado ET 200

 􀀀 SIMATIC PG/PC

 􀀀 Terminales y sistemas de operación y observación SIMATIC

 􀀀 SICOMP–IPCs

 􀀀 Controles CNC SINUMERIK

 􀀀 Sensor SIMODRIVE
􀀀 SIMOVERT Master Drives

 􀀀 Sistema de regulación digital SIMADYN D
􀀀 SIMOREG

 􀀀 Micro–/Midimaster
􀀀 Inversores de potencia/posicionadores SIPOS

 􀀀 Reguladores industriales/de procesos SIPART
􀀀 Sistemas de identificación MOBY

 􀀀 Aparatos de maniobra de baja tensión SIMOCODE

 􀀀 Interruptores de potencia

 􀀀 Estación compacta de automatización SICLIMAT COMPAS

 􀀀 Sistema de control de procesos TELEPERM M

 􀀀 Aparatos ajenos con conexión PROFIBUS

Metodo de acceso al medio.

El acceso a red de PROFIBUS se ajusta al método del ”bus con paso de token” (”Token Bus”), definido en la
norma EN 50170, volumen 2, para estaciones activas y al método del ”maestro–esclavo” (”Master–Slave”) para

estaciones pasivas.

El método de acceso es independiente del medio de transmisión.
 1 ”Principio de funcionamiento del método de acceso de PROFIBUS” muestra el método híbrido utilizado,
con usuarios de bus activos y pasivos. A continuación se explica esto brevemente:
􀀀 Todos los usuarios activos (maestros) constituyen, en un orden definido, el ”anillo lógico con paso de token”.
Cada usuario activo conoce los restantes usuarios activos así como su orden en el anillo lógico (el orden es
independiente de la disposición topológica de los usuarios activos en el bus).
􀀀 La autorización de acceso al soporte (es decir, el ”token”, o “ficha”) es pasada de usuario activo a usuario
activo siguiendo el orden definido por el anillo lógico.
􀀀 Cuando un usuario del bus recibe el “token” (dirigido a él), queda autorizado para transmitir telegramas. El
tiempo durante el que puede hacer esto está definido por el llamado tiempo de retención del “token”. Una
vez expirado este tiempo, el usuario del bus sólo puede emitir un mensaje de alta prioridad. Si el usuario no
tiene ningún mensaje que emitir, pasa el “token” al usuario que le sigue directamente en el anillo lógico. Los
correspondientes temporizadores de “token” (”max. Token Holding Time” etc.) se proyectan para todos los
usuarios activos del bus.
􀀀 Si un usuario activo está en posesión del “token” y se han proyectado para él acoplamientos con usuarios
pasivos (enlaces maestro–esclavo), se consultan estos usuarios pasivos (p. ej., se leen valores) o bien se
envían datos a ellos (p. ej. especificaciones de valores teóricos).
􀀀 Los usuarios pasivos del bus no reciben nunca el “token”.
El método de acceso permite la conexión y desconexión de usuarios del bus durante el servicio.

Diagrama/Topologia de como funciona.
Topologías de redes eléctricas
Las redes eléctricas SIMATIC NET PROFIBUS pueden trabajar con velocidades de transmisión de
9,6 kBit/s, 19,2 kBit/s, 93,75 kBit/s, 187,5 kBit/s, 500 kBit/s, 1,5 MBit/s, 3 MBit/s, 6 MBit/s y 12 MBit/s.
Según sean la velocidad de transmisión, el soporte de transmisión y los componentes de red pueden materializarse
diversas longitudes de segmentos, y por lo tanto también distintas extensiones de red.
Los componentes de conexión al bus se dividen en dos grupos:
- Componentes para velocidades de transmisión de 9,6 kBit/s hasta como máximo 1,5 MBit/s
- Componentes para velocidades de transmisión de 9,6 kBit/s hasta como máximo 12 MBit/s



Topologías de redes ópticas
Las redes ópticas SIMATIC NET PROFIBUS se materializan con los siguientes equipos:
Optical Link Module (OLM) y
Optical Link Plug (OLP)
En el caso de las redes ópticas, la longitud del tramo entre 2 componentes de la red es independiente de la velocidad
de transmisión.
Excepción: Anillos ópticos bifibra redundantes



Medios fisicos y distancias.


Métodos de transmisión
Según el soporte utilizado se aplican diversos métodos de transmisión físicos en el sistema SIMATIC NET PROFIBUS:
􀀀 RS–485 para redes eléctricas basadas en cables bifilares trenzados y apantallados
y
􀀀 métodos ópticos según la directiva PNO /3/, sobre la base de fibras ópticas.

La transmisión RS485 es la tecnología de transmisión más utilizada en el PROFIBUS, aunque la fibra óptica pueda usarse en largas distancias (más de 80 km). En seguida vienen las principales características:
  • Transmisión asíncrona NRZ.
  • Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, seleccionable.
  • Par torcido con blindaje.
  • 32 estaciones por sección, máx. 127 estaciones.
  • Distancia según la tasa de transmisión (tabla 1).
  • 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m.
  • Distancia extensible hasta 10 km con el uso de repetidoras.
  • Conector D-Sub de 9 Pinos.


CARACTERISTICAS
MEDIO FÍSICO DE ACUERDOCON IEC1158-2, VARIANTE H1
Tasa de comunicación
31.25 kbits/s
Cable
atrancado con blindaje
Topología
Barramiento, árbol/estrella, punto a punto.
Fuente de Energía
Por barramiento o externa
Seguridad Intrínseca
Posible
Número de equipos
Máximo 32(non-Ex) 
Grupo de Explosión IIC: 9 
Grupo de Explosión IIB: 23
Cableado Máximo
1900 m, extensible a 10 Km con 4 repetidoras.
Máxima largura de spur
120m/spur
Señal de comunicación
Codificación Manchester, con modulación de tensión.

Transmisión con fibra óptica 

La solución a través de fibra óptica responde a la necesidad de inmunidad a ruidos, diferencias de potenciales, largas distancias, arquitectura en anillo, redundancia física y altas velocidades de transmisión.
TIPO DE FIBRA
CARACTERISTICAS
Fibra de vidrio monomodo
Distancia media de 2 – 3 Km
Fibra de vidrio multimodo
Larga Distancia > 15 Km
Fibra Sintética
Corta Distancia, > 80 km
Fibra PCS/HCS
Corta Distancia, > 500 m



Protocolo de comunicación

En el modelo ISO OSI de siete niveles, la información que es recogida por el cable de transmisión, en una estación de red es transformada por los niveles superiores al ir ascendiendo. En los buses de campo los tres niveles imprescindibles son:
* Nivel Físico, donde se especifican las condiciones físicas de la red o bus: niveles de tensión y de corriente, tipo de cable y conectores, codificación de tramas de datos. En DP y FMS se utiliza la interfaz RS-485 y dispositivos de fibra óptica, pero en Profibus PA se utiliza IEC 1158-2.
* Nivel de enlace de datos, en el que se definen los mecanismos de acceso y turnos al medio de transmisión , el direccionamiento de las estaciones de origen y destino de datos, verificación de errores de datos, verificación de las tramas. En este nivel FMS utiliza el protocolo FDL (Fieldbus Layer Intreface, nivel de interfaz del bus de campo). En DP, el acceso al nivel dos se realiza desde el nivel de usuario por medio de DDLM (Direct Data Link Mapper, enlace de datos por direccionamiento inmediato), además tiene por protocolo Fieldbus Data Link (FDL). Los PLCs en este nivel utilizan las instrucciones de SEND (envío de datos) y RECEIVE (lectura datos recibidos).
* Nivel de aplicación, en donde se realizan las aplicaciones que permiten a los usuarios entrar en los sistemas de comunicaciones. Así se definen las funciones de las aplicaciones que utilizarán para realizar los mensajes entre los dispositivos del bus, la comunicación entre sistemas de automatización y dispositivos de campo. Así FMS contiene el protocolo de aplicaciones, y ofrece al usuario de un grupo de servicios de comunicación amplio y potente. Mediante el protocolo LLI (Lower Layer Interface, interfaz para el nivel inferior), permite a las aplicaciones acceder al nivel de enlace FDL (Fieldbus Data Link) del nivel de enlace de datos.
PROFIBUS está basado en normas internacionalmente reconocidas. La arquitectura protocolar está orientada al sistema OSI (Open System Interconnection), modelo de referencia de acuerdo con la norma internacional SO 7498.

Participantes de profibus.

  • AMO DP CLASE 1 (DPM1)Es un controlador principal que cambia informaciones cliclicamente con los esclavos. Los controladores logicos programables (CLPs) son ejemplos de eses dispositivos- amos.
  • AMO DP CLASE 2 (DPM2)Son  estaciones de ingeniería utilizadas para configuración, monitoreo o sistemas de supervisión como, por ejemplo, Simatic PDM, CommuwinII, Pactware, etc.
  • ESCLAVO
    Un esclavo DP es un dispositivo periférico, tal como: dispositivos de I/O, actuadores, IHM, válvulas, transductores, etc. Existen aún dispositivos con una sola entrada, una sola salida o una combinación de entradas y salildas. Incluyense también los esclavos PA, puesto que son vistas por el sistema como si fueran esclavos DP.
La cantidad de informaciones de entrada y salida (I/O) depende del tipo de dispositivo, permitiendose hasta 244 bytes de entrada y 244 bytes de salida.
La transmisión de datos del DPM1 a los esclavos ejecutase automaticamente por el DPM1 y dividese en tres etapas: parametrización, configuración y transferencia de datos.
Seguridad y confiabilidad son indispensables para adicionarse al PROFIBUS-DP las funciones de protección en contra errores  de parametrización o fallo del equipo de transmisión. Para tanto, el monitoreo es implementado tanto en el amo DP cuanto en los esclavos, cual  monitoreo de tiempo especificado en la configuración.
El Amo DPM1 monitorea la transmisión de datos de los esclavos con el Data Control Timer. Utilizase un contador de tiempo para cada dispositivo. El contador expira cuando ocurre una transmisión de datos incorrecta durante el monitoreo y el usuario es informado a respecto. Si la reacción automatica a un error (Auto Clear = true) esté habilitada, el amo DPM1 encierra su estado de OPERACIÓN, protegiendo todas las salidas de esclavos y pasando al estado “CLEAR” (apagar o limpiar). El esclavo usa el “watchdog timer” (contador vigilante) para detectar fallos en el amo o en la linea de transmisión. Si no ocurrir ninguna comunicación dentro de este periodo, el esclavo pondrá sus salidas automaticamente en el estado de seguridad (fail safe state).
Las funciones DP extendidas posibilitan funciones acíclicas de lectura y escritura y el reconocimiento de una interrupción que pueda ejecutarse paralelamente e independiente de la transmisión ciclica de datos. Eso permite al usuario acceder de manera aciclica a los parámetros (a través de un amo clase 2) y acceder a los valores de medida de un esclavo mediante estaciones de supervisión y de diagnostico.
Actualmente esas funciones extendidas son muy usadas em la operación en linea de los equipos de campo PA por las estaciones de ingeniería. Esa transmisión tiene una prioridad mas baja que la transferencia cíclica de datos (que exige alta velocidad y alta prioridad en el control.

Redundancias

Redundancia de línea en caso de enlaces punto a punto
Esta topología de red se utiliza en el caso de un enlace ”óptico” de varios terminales o segmentos RS 485. Con el

uso de un enlace redundante punto a punto con dos Optical Link Module OLM/P4, OLM/S4 u OLM/S4–1300
queda garantizada una elevada seguridad en caso de fallo persistente de uno de los segmentos ópticos de transmisión.
Si se detecta una rotura de cable, es señalizada a través de los contactos de señalización de los dos OLMs.
􀀀 Si se presenta un caso para redundancia (p. ej. interrupción de la línea), se origina un tiempo de conmutación durante el que no es posible una transmisión correcta de datos. A fin de garantizar que este
tiempo sea superado sin pronblemas para la aplicación, se recomienda ajustar a un mínimo de 3 el número de repeticiones del telegrama en el maestro de PROFIBUS.

software de administracion.

Tema Documento

Conocimientos básicos para

personal técnico que utilice el software

básico STEP7 para resolver tareas de

mando y control con S7–300/400.

Conocimientos básicos de STEP7 con

Manual del usuario

Manual del programador

Manual para cambio de S5 a S7

Guía para el acceso rápido

Conocimientos de referencia que describen

los idiomas de programación KOP/FUP y

AWL así como funciones estándar y del

sistema como complemento de los

conocimientos básicos de STEP7.

Manuales de referencia de STEP7 con

Manuales KOP/FUP/AWL

Funciones estándar y funciones del

sistema para S7–300/400

Profisafe


El PROFIsafe es una solución de software, con canal unico, implementada como estrato adicional por encima del layer 7 de los dispositivos. Un estrato seguro define metodos para aumentar la probabilidad de prevenirse errores a ocurrir entre dos equipos/dispositivos conectados en un fieldbus.
La gran ventaja es que puede implementarse sin cambios, brindando protección a las inversiones de los usuarios.
Usanse mecanismos de comunicación cíclica en los medios fisicos 485 o H1 (31.25kbits/s). Utilizase la comunicación cíclica en los niveles irrelevantes de seguridad de datos. Garantiza tiempos muy cortos de respuestas, lo ideal en manufacturas y operaciones cíclicas seguras, según las exigencias del area de control de procesos.
El PROFIsafe utiliza el mecanismo de detección de errores para mantener los niveles deseables de seguridad. Este perfil detecta errores de comunicación cualframes dobles o corrompidos, pérdida de frames, secuencia incorrecta de frames, atrasos y direccionamiento errado de frames. El perfil PROFIsafe utiliza la redundancia de información para validar la comunicación entre dos instrumentos. La información de seguridad relevante transmitese en conjunto con los datos de procesos, o sea, los embutidos en el frame basico del PROFIBUS DP. Un frame de ese tipo puede tratar al maximo de 244 bytes de datos de proceso.
El PROFIsafe reserva 128 bytes de ese total a los datos de seguridad. Además de esos, 4 o 6 bytes tratanse a parte, cual bytes de estatus y control, según la cantidad de datos seguros transmitidos. Envianse siempre dos bytes de control en un frame, un byte de estatus y otro de secuencia  de dos frames. Los cuatro bytes restantes reservanse al chequeo generado para proteger la información de seguridad redundante. Una pequeña cantidad de datos de seguridad relevante transmitida resulta en un CRC de 16 bytes y en 4 bytes de control. En transmisiones de más de 12 bytes de datos seguros (hasta 122), usase un CRC de 32 bits y 6 bytes de contro


Resumen


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 usuários pueden ahora tener como referencia um 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 al rededor 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 caracteristicas

Mapa Mental








Bibliografia


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