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Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri

Qué es Profibus?

Profibus: PROcess Field BUS

Bus de Campo: Redes digitales

bidireccionales, multipunto, montadas sobre

un bus serie que conectan dispositivos de

campo (DeviceNet, Fundation Fieldbus,

Modbus, Profibus, etc…)


Caracteristicas

PROFIBUS es actualmente el líder de los

sistemas basados en buses de campo en

Europa y goza de una aceptación mundial

(20% del mercado en 1999).

Estándar de bus de campo abierto

independiente del fabricante EN 50170 e

Internacional IEC 61158.

Origen Alemán


Caracteristicas

Por qué usar Profibus

1. Puede ser usado tanto para transmisión

crítica en el tiempo de datos a alta

velocidad, como para tareas de

comunicación extensas y complejas.

2. Red independiente del Fabricante

3. Puede según su versión usarse para

Ambientes peligrosos (Profibus PA)

4. Control de acceso al medio tipo

Maestro/Esclavo, Maestro/Maestro,

Multimaestro/ Esclavo


Otras Caracteristicas

Red basada en transmisión serial RS485

Existen tres variantes: Profibus DP, Profibus

FMS y Profibus PA.

A cada elemento se le asigna una dirección fija

y única en el rango de 0 a 127 (7 bits).

32 elementos por segmento sin repetidor.

Hasta 255 Bytes por trama

Velocidad: Depende de la distancia desde

9.6Kbps hasta 1.5Mbps


Otras Caracteristicas

Tiene un Desarrollador: PROFIBUS USER

ORGANIZATION

1. Administrar y desarrollar la tecnología

PROFIBUS

2. Integrar diferentes fabricantes y usuarios

3. Certificar y asegurar la calidad

4. Crear un catálogo con todos los productos

5. Desarrollar herramientas y equipos de

mantenimiento

www.profibus.com


Ventajas

Transmite pequeñas cantidades de datos

Cubre necesidades de tiempo real

Cubre necesidades en lugares peligrosos

Fácil configuración

Detección de elementos Plug and Play

Permite integración entre una gran variedad

de equipos que adoptaron este protocolo

Cubre grandes distancias en su versión de

fibra Optica


Tipos de Profibus


Posición de Profibus


Medios de Transmisión

Profibus DP / Profibus FMS

Transmisión RS485 y/o Fibra Optica

Profibus PA

Transmisión RS485


Profibus DP/FMS RS485

Línea de Transmisión Balanceada

Par trenzado y apantallado.

Longitud máxima 1200 metros dependiendo

de la velocidad

9.6 / 19.2 / 93.75 kbits/s si longitud <=1200 m

187,5 kbit/s si longitud <=1000m

500 kbit/s si longitud <=600m

1500 kbit/s si longitud <=200m

10/12 Mbit/s si longitud <=100m


Profibus DP/FMS

Transmisión Eléctrica transferencia de datos un

cable bifilar apantallado y

trenzado de sección circular

Transmisión Óptica transferencia de datos un

cable bifilar de fibra o de

plástico de sección circular

Versión libre de halógenos

Versión para enterrar o para

bandejas porta cables.

Conector típico DB9


Profibus PA

Transmisión Eléctrica transferencia de datos un cable

bifilar apantallado y trenzado de

sección circular

Acorde con la IEC 1158_2

Permite seguridad intrínseca

Hace posible que se alimente

a los dispositivos de campo a

través del bus


Componentes DP/FMS Eléctrica

Conectores

Repetidores

Terminadores

Acoplador DP/DP


Conectores


Repetidores

Inter-conexiona dos

segmentos

Amplia el número de

participantes

Amplia la distancia

Separación galvánica de los

segmentos


Terminadores Activos

Se instala en cada extremo

del segmento.

No depende del elemento

Balancea la red de forma

activa.

En algunas ocaciones no es

obligatoria (Por ejemplo

cuando los conectores

tienen resistencias)


Acopladores DP/DP

Permite la comunicación

entre 2 segmentos de

diferente velocidad.

Brinda una separación

Galvánica entre segmentos.


Componentes DP/FMS Óptica

Conversores óptico/ eléctrico


Conversores Óptico / Eléctrico


Componentes Profibus PA

Conversores DP/PA

Derivaciones y terminadores


Conversores DP/PA

DP/PA Coupler DP/PA Link

Igual Velocidad Diferente Velocidad

Vel. Red PA

45Kbit/s


Derivaciones y terminadores


Preámbulo

Red basada en transmisión serial RS485

Existen tres variantes: Profibus DP, Profibus

FMS y Profibus PA.

A cada elemento se le asigna una dirección fija

y única en el rango de 0 a 127 (7 bits).

32 elementos por segmento sin repetidor.

Hasta 255 Bytes por trama

Velocidad: Depende de la distancia desde

9.6Kbps hasta 1.5Mbps


Profibus DP / FMS

Cableado Conectores

Repetidores

Terminadores

Acopladores DP/DP


Profibus PA

Cableado

Derivadores y

conectores

Conversores DP/PA


Tipos de Elementos

Existen 2 tipos de dispositivos en una Red

Profibus:

Maestros

Maestros Clase 1

Maestros Clase 2

Esclavos


Maestro - Esclavo

Maestro: Estaciones Activas, determina la

comunicación de datos en el bus, puede enviar

mensajes sin necesidad de una petición o

solicitud externa, cuando posee los derechos de

acceso al bus (token).

Esclavos DP: Estaciones Pasivas, sólo

intercambia datos de usuario con el maestro DP

cuando el maestro DP ha cargado los

parámetros y la configuración y cuando el

maestro lo solicita


Funciones Maestro Clase 1

Set_Prm and Chk_Cfg. Para la fase de

arranque. Para transmitir parámetros y

configuraciones a los esclavos-DP

Data_Exchange. Realiza el intercambio cíclico

de datos de E/S con el esclavo DP asignado.

Slave_Diag. Lee información de diagnostico

del esclavo DP


Funciones Maestro Clase 2

Las Mismas Funciones del Clase 1

RD_Inp and RD_Outp. Permite lee datos de

E/S de los esclavos DP

Get_Cfg. Permite lee los datos de

configuración actuales de un esclavo DP

Set_Slave_Add. Permite al maestro DP

asignara una nueva dirección a un esclavo.

Soportan funciones para la comunicación con

maestros DP clase 1.


Requisitos Mínimos

Mínimo se requiere para una red:

Dos Maestros (De diferente Clase)

Un Maestro y Un Esclavo

Maestro

Clase 1

Maestro

Clase 2

Esclavo


Principio de funcionamiento

El acceso a la red es una combinación de 2

métodos:

•“Paso del Testigo”

(Token Bus)

•“Maestro- Esclavo”


Principio de Funcionamiento

Todas las estaciones activas disponen de control

de acceso al bus.

Las estaciones pasivas son neutras en lo que

respecta al acceso al bus. Es decir, no llevan a cabo

transmisiones por iniciativa propia, sino sólo bajo

previa petición de envío o recepción.

Todas las estaciones activas constituyen, en un orden

definido, el “anillo lógico con paso de testigo”.

Cada una de ellas conoce a los restantes usuarios activos,

así como su orden en el anillo lógico.

El “Token” pasa de estación activa en estación activa según

su dirección y el maestro con dirección superior pasa el

token a la inferior.



Cada estación guarda una lista de

estaciones activas (LAS).

Si una maestra recibe el testigo de una

estación que no está marcada en su LAS

como su predecesora (PS), no lo aceptará.

Si se produce un reintento de la misma PS, la

estación asumirá que el anillo lógico ha

cambiado y marcará la nueva maestra en la

lista como su predecesora


Anillo Logico



Cuando una estación activa (TS) recibe una trama de

testigo (token frame) direccionada para ella,

procedente de la estación registrada como previa

(PS) en su Lista de Estaciones Activas (LAS, List of

Active Stations), se convierte en el poseedor del

testigo y puede ejecutar ciclos de mensajes.

El tiempo durante el que puede transmitir viene

definido por el llamado tiempo de retención del

testigo.

Una vez expirado el mismo, el usuario sólo puede

emitir un mensaje de prioridad alta. Si no tiene que

emitir ningún mensaje, pasa el testigo a la estación

que le sigue directamente en el anillo lógico.


Ciclos Profibus

Los Ciclos Profibus pueden ser sincronicos o

asinconicos. (Ciclo constante o ciclo variable


Ciclo Profibus-DP Variable

Intercambio de datos E/S Servicios del manejo del bus

Inicialización de los Esclavos DP

Diagnostico y Alarmas

Lectura/Escritura datos no cíclicos

Repetición de Telegramas en caso

de Falla


Ciclo Profibus-DP Constante


Servicios de Transferencia

Hay cuatro servicios de transferencia de

datos:

SDA Send Data with Acknowledge

SDN Send Data with No Acknowledge

SRD Send and Request Data with Reply

CSRD Cyclic Send and Request Data with Reply


SDA (Send Data with Acknowledgement)

Permite al usuario en una estación maestra enviar

datos a una única estación remota y recibir

inmediatamente la confirmación.

Entre la transferencia de los datos y la recepción

de su reconocimiento ningún otro tráfico tiene

lugar en el bus

Si dentro del Slot Time no se recibe la

confirmación, se realizará el número indicado de

reintentos, tras los cuales se remitirá un

reconocimiento negativo al usuario local


SDN (Send Data with No Acknowledgement)

Además de enviar datos a una única estación, permite

enviar a todas las estaciones (broadcast) o a un grupo

de ellas (multicast)

Para estos dos casos los bits 1 a 7 de la dirección

destino deben estar a 1 (dirección global 127).

El usuario local recibe confirmación de la

transferencia de los datos, pero no de si se han

recibido correctamente. No hay reintentos

Una vez que los datos son enviados alcanzan todos

los usuarios remotos a la vez, solo los que

identifiquen su propia dirección y que hayan recibido

sin error lo procesarán


SRD (Send and Request Data with Reply)

Permite transferir datos a una única estación remota y

al mismo tiempo solicitar datos que el usuario remoto

había dejado disponibles previamente.

Tan pronto como se recibe la trama sin error, se

transmiten los datos solicitados

Si ocurre un error durante la transferencia, la capa

FDL (Capa de Aplicación) del usuario local repite

tanto los datos como la petición

Entre la transmisión original y la respuesta ningún otro

tráfico tiene lugar en el bus


CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply)

La funcionalidad de este servicio es la misma que la

del SRD.

Las acciones se realizan cíclicamente con cada

estación de las incluidas en la lista Poll List definida

por el usuario local.

En la lista también se deben indicar el número y la secuencia

de las transferencias y peticiones

Después de cada transferencia y petición se espera

una respuesta o confirmación inmediata


Preámbulo

Maestro: Estaciones Activas, determina la

comunicación de datos en el bus, puede enviar

mensajes sin necesidad de una petición o

solicitud externa, cuando posee los derechos de

acceso al bus (token).

Esclavos DP: Estaciones Pasivas, sólo

intercambia datos de usuario con el maestro DP

cuando el maestro DP ha cargado los

parámetros y la configuración y cuando el

maestro lo solicita


Principio de funcionamiento

El acceso a la red es una combinación de 2

métodos:

•“Paso del Testigo”

(Token Bus)

•“Maestro- Esclavo”


Servicios de Transferencia

Hay cuatro servicios de transferencia de

datos:

SDA Send Data with Acknowledge

SDN Send Data with No Acknowledge

SRD Send and Request Data with Reply

CSRD Cyclic Send and Request Data with Reply


Variantes de Profibus

Hay tres variantes de profibus:

PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message

Specification)

PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery)

PROFIBUS-PA (Process Automation).


Consideraciones de Diseño

Debido a que profibus ofrece grandes

variantes debemos tener en cuenta para el

diseño:

Cantidad y tipos de elementos

Ubicación Locativa de cada elemento

Especificaciones y Drivers de cada

elemento.

Tipos de Áreas

Velocidad requerida



Cuántos elementos ingresaré en la red?

Solo se aceptan 32 elementos por

segmento.

Hasta 126 elementos por red (son 128

direcciones 0-127 pero reservadas 126

y 127)

La dirección 126 la usa un Maestro

clase 2 para volver a parámetros de

fabrica un maestro clase 1



La dirección 127 se usa para

comunicación Broadcast.

Qué tipo de Elementos ingresaré a la red?

Cuántos Maestros clase 1, cuántos

Clase 2 y cuántos esclavos.

Solo existe comunicación entre

Maestros si son Tipo 1 y Tipo 2.

Existe comunicación de los esclavos con

cualquier Maestro de la Red.


Ubicación Locativa

Dónde estarán ubicados los elementos

dentro de la planta o máquina?

Cuáles están a grandes distancias

(Posibles candidatos a Fibra Óptica).

Cuántas Redes debo implementar para

ser eficiente en mi diseño.

Dónde empieza y termina mi red.

Cuáles elementos se encuentran cerca.

Realizar Mapa físico de la Red.


Especificaciones y Drivers

Qué características o parámetros voy a

comunicar en cada elemento?

Mapa de Variables.

Redes por tipo de elementos:

Red de instrumentos, Red de

variadores, periferia distribuida, etc…

Qué Driver necesito para cada elemento?

En un Fichero GSD (GeräteStammdaten

-Datei) está contenida la información del

equipo


Tipo de Áreas

Qué clasificación tienen las áreas donde

están ubicados los elementos de mi red?

Existen clasificaciones de Clase,

División, Zona y Grupo para áreas

peligrosas.

Clases:

Clase I: gases y vapores inflamables están o pueden estar

presentes en el aire en cantidades suficientes como para

producir una explosión o mezclas de ignición.

Clase II: consideran peligrosos por la presencia de polvos

combustibles.


Tipo de Áreas

Clase III: presencia de fibras (pelusa de algodón, rayón,

lino) u otros objetos volátiles que son susceptibles a una fácil

ignición.

Sirve para identificar que grado de

protección y qué tecnología debemos

usar para nuestra red.


Velocidad requerida

Qué Velocidad debo poner a mi red?

Según la distancia las velocidades

recomendadas son para FMS/DP:

o 9.6 / 19.2 / 93.75 kbit/s si longitud <=1200 m

o 187,5 kbit/s si longitud <=1000m

o 500 kbit/s si longitud <=600m

o 1500 kbit/s si longitud <=200m

o 10/12 Mbit/s si longitud <=100m

Según tipo de red (Profibus PA ó

FMS/DP) (Vel. Profibus PA 45Kbit/s)


Simbología

Conector Profibus sin resistencia

Conector Profibus con Resistencia en ON

Conector profibus con Resistencia en OFF

Terminador de Red Activo (DP)

Repetidor

Acoplador DP/DP

Conversor DP/PA Coupler

Conversor DP/PA Link

Derivador PA

Derivador PA con Terminador


Simbología

Conv. DP- Fibra (Optical Link Module)

Y Link DP


Lineal DP/FMS

Cuántos elementos se pueden

configurar máximo?

En esta topología hay un solo segmento

por tanto 32 elementos máx.

32 equipos Maestros/Esclavos


Árbol DP/FMS


configurar máximo?

En esta topología hay dos segmentos


1 repetidor y 62 equipos M/E

Qué podríamos lograr

cambiando el repetidor por un

acoplador DP/DP?


Redundante DP/FMS


configurar máximo?

En esta topología hay un solo segmento


32 equipos Maestros/Esclavos


Profibus DP/FMS (Óptico)

Grandes Distancias

Fibra Óptica


configurar máximo?

En esta topología hay dos segmentos


2 conversores y 62 equipos M/E


Profibus DP/FMS (Anillo Óptico)

Grandes Distancias

Fibra Óptica


configurar máximo?

En esta topología hay tres segmentos


3 conversores y 93 equipos M/E


Profibus PA con DP/PA Coupler


configurar máximo?

En esta topología hay un segmento

pero una parte EX. 32 elementos máx.

32 equipos M/E (de los cuales solo 9

pueden de intrínsecamente seguros)

Área no Clasificada Área Clasificada

Para profibus PA

intrínsecamente seguro

máximo 9 elem. por segmento


Profibus PA con DP/PA Link


configurar máximo?

En esta topología hay Tres segmentos


1 DP/PA Link y 93 equipos M/E


Modernización de maquinaría


Flexibilidad en diseño


Especial para áreas clasificadas

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