08 - Profibus PA

1

PROFIBUS

Tecnologías de Control

PA (Process Automation)

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS)

NIVEL DE APLICACIÓN

2

Introducción

2

3

Introducción

• Introducción• Ubicación en la estructura jerárquica • ¿ Que es el PROFIBUS-PA ? • Nivel físico:

- Características del nivel físico- Comparación entre DP y PA- Comparación con la técnica convencional- Topología de la red- Componentes de la red- Direccionamiento de los dispositivos de campo- Reglas de configuración

• Nivel de enlace- Estructura de un mensaje- Protocolo DP cíclico y acíclico

• Nivel de aplicación- Perfil PA- Interoperabilidad- Tiempo de ciclo- Hojas electrónicas de datos- Integración de los aparatos de campo

• Nivel de ingeniería- Herramientas de ingeniería- Puesta en marcha, test y diagnóstico

Índice

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Ubicación en la estructura jerárquica

CNCPC/VME

VME/PC PLC DCS

AreaController

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Factory level

Bus CycleTime

< 1000 ms

Cell Level

Bus CycleTime

< 100 ms

Field Level

Bus Cycle-Time

< 10 ms

3

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¿Qué es PROFIBUS-PA?Campo de aplicación

PROFIBUSProcess Field Bus

• Transmisores, válvulas, accionamientos, etc.

• Conectados en red mediante un sistema de bus serie

• Para utilización en la química y todo tipo de industrias

• Con alimentación para los aparatos de campo a travésde la línea de datos

• Para uso en zona clasificada (seguridad intrínseca EExi)

PROFIBUS-PA = PROFIBUS para la Automatización de Procesos

PROFIBUS-PA

J

6

¿Qué es PROFIBUS-PA?Definición

PROFIBUS-PA=

Comunicación PROFIBUS-DP+

técnica optimizada de transmisiónpara los aparatos de campo

PROFIBUS-DP

PROFIBUS-PAPROFIBUS-PA

J

• “Acoplador DP/PA” o “Enlace DP/PA”Convierte la transmisión DP (RS 485, codificaciónde bits mediante señales en tensión), a IEC 1158-2(codificación de bits por señales en corriente)

4

7

¿Qué es PROFIBUS-PA?Definición

• PROFIBUS PA = PROFIBUS for Process Automation• PA está basado en Profibus-DP y un protocolo DP

Extendido • Controladores Maestro-DP Clase 1 en DP AND

dispositivos de campo en PA• Las definiciones del protocolo DP son también válidas

para PA:• Parametrización• Configuración• Intercambio Cíclico de datos• Diagnosis• ...

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¿Qué es Profibus-PA?Sistema de bus de campo Profibus-DP

PROFIBUS-DP

Maestro(Clase 1)

Esclavos(Aparatos de campo, periferia descentralizada, mando subordinado,

enlace de red con el PROFIBUS- PA)

Maestro(Clase 2)

PROFIBUS-PA

J

5

9

PROFIBUS-PA

Nivel I, físico

10

Nivel físicoCaracterísticas del nivel físico

• Nivel físico basado en IEC 1158-2• Transferencia de datos síncrona en código Manchester • Alimentación AND transferencia de datos vía el mismo cable• Diferentes componentes para el nivel físico que para Profibus-

DP (cable, conectores, terminadores…)• Reglas relativas a la topología y a la longitud acordes a IEC

1158-2• Velocidad de transmisión 31.25kbaud

6

11

Nivel físicoComparación entre DP y PA

FísicoRS485

Cable con sólo datos

IEC 1158-2

Cable con datos y alimentación

Velocidad de Transmisión

9,6K; 19,2K; 45,45K; 93,75K; 187,5K; 1,5M; 3M; 6M; 12M

31,25K

NRZ (No Return to Zero) Codificación Manchester

11 bits por cada byte de datos

1 bit de start, 8 bits de datos (LSB first)

1 bit pariedad (even parity), 1 bit stop

Formato del carácter

8 bits por cada byte de datos

8 bits de datos (MSB first)

1 bit de pariedad por cada carácter

1 byte FCS de suma de chequeo FCS (Frame Check Sequence)

Secuencia de chequeo

16 bit CRC (Cyclic RedundancyCheck)

Profibus-DP Profibus-PA

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Nivel físicoComparación con la técnica convencional

Distribuidor general

PROFIBUS-PA

Sala de mando

24 V

Distribuidor

Separación EExi,Alimentación

Distribuidor general

Distr. Distr.

PROFIBUS-DP

24 V

7

13

Nivel físicoTopología de la red

PROFIBUS-DP

Bifurcación en T

SIMATIC S7-400

Línea

Estrella

PROFIBUS-PA

Enlace DP/PA

24 V

• Los aparatos de campo se conectan mediante:- bifurcaciones en T - distribuidores en estrella

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Nivel físicoAlimentación de los aparatos de campo

PROFIBUS-DP

SIMATIC S7-400

PROFIBUS-PA31,25 kBit/s Ω100

µF1

Línea de dos hilosapantallada, longitud total máxima: 1.900 m

< 120 mA

(Protección: [EEx ib],Grupo de explosión: IIC)

≥ 10 mA ≥ 10 mA

≥ 10 mA

≥ 10 mA

≥ 10 mA

24 V

Alimentación de aparatos de campo:Zona Ex: máx. 10Zona segura: máx. 30

Ramalmáx. 30 m

Enlace DP/PA

Consumo de aparatos de campo:- Cada aparato mínimo 10 mA- Dependiendo del tipo de 10 a 20 mA- Zona Ex: suma máximo 120 mA- Zona segura: suma máximo 320 mA

8

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PROFIBUS-DP

Bifurcaciónen T

Línea(Principal)

Estrella

PROFIBUS PA

24 V

Terminación

Línea final

Terminación

16


+-

Bifurcaciónen T

9

17

Nivel físicoTécnica de conexionado

Estrella(ej. para 3 equipos)

Bifurcación en T

18

Nivel físicoTécnica de conexionado

Distribuidos en estrella(ej. para 2 aparatos)

Bifurcación en T

Conexióndesconectable

10

19

Nivel físicoComponentes de la red: Acoplador y Enlace

PROFIBUS-DPhasta 12 MBit/s

Enlace DP/PA(ampliable modularmente,tarjeta de cabeza con un

máximo de 3 acopladores)

PROFIBUS-DP45,45 kBit/s

AcopladorDP/PA

PROFIBUS-PA31,25 kBit/s

24 V

Variante no Ex:I < 320 mA,

máx. 30 aparatos de campo

24 V

No-Ex: máx. 30 aparatos de campoEx: máx. 3 x 10 aparatos de campo

J

24 V

J

Variante Ex:I < 120 mA

máx. 10 aparatos de campo


JJ

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Nivel físicoComponentes de la red: Acoplador y Enlace

• Características del Acoplador DP/PA:- Conversión de formato de datos de asíncrono en DP (11 bits por carácter) a síncrono

en PA (8 bits por carácter) - Conversión de velocidad de transmisión de 45.45 kbits/s en DP a 31.25 kbits/s en PA- Actúa como un hilo. No requiere parametrización. No tiene selector para fijar la

dirección Profibus. Las direcciones se fijan en los instrumentos - Realiza la alimentación de los aparatos de campo- Se limita la corriente de alimentación mediante barreras- Se ofrecen dos variantes:

- para zona NO Ex, para máximo 30 aparatos de campo- para zona Ex, para máximo 10 aparatos de campo

• Características del Enlace DP/PA:- Dispone de una tarjeta cabecera que es esclavo DP y es maestro PA- En una configuración máxima se pueden poner hasta 3 tarjetas Enlace - Dispone de selector para fijar la dirección Profibus DP- Para zona Ex, un máximo 10 aparatos de campo- Se ofrecen dos variantes:

- para zona NO Ex, máximo 30 aparatos de campo- para zona Ex, máximo 3x10 aparatos de campo

11

21

Nivel físicoAplicación del Acoplador y el Enlace

Equipos de campo

Sistema de control

SIMATIC S5

SIMATIC PCS 7

45,45 kBit/s

AcopladorDP/PA

45,45 kBit/s

AcopladorDP/PA

hasta 12 MBit/s

Enlace DP/PA

• Con acoplador el intercambio de datos con cada aparato de campo dura aproximadamente 10 ms• Un segmento DP con 10: Tiempo de ciclo 100 ms. Cada segundo se realiza 10 la actualización de las variables en la CPU

Utilizar Acoplador DP/PA cuando:- La cantidad de aparatos no es muy grande- Las exigencias de tiempo de ciclo excesivas

Utilizar Enlace DP/PA:- En caso contrario

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Nivel físico

PROFIBUS-DP45,45 kBit/s

AcopladorDP/PA


24 V


Enlace DP/PA

24 V

1

32

1

1

2 3

24 V

4

24 V

1

2

Esclavo DP

MaestroPA


2 3

Direccionamiento de los aparatos de campo

12

23

Nivel físicoDireccionamiento de los aparatos de campo

PROFIBUSup to 12Mbaud

24 V 24 V

PA Link PA LinkPA

CouplerPA

Coupler

PROFIBUS45.45kbaud

PROFIBUS PA 31.25kbaud

24 V 24 V

1

2

2

1

PACoupler

3 4 343

11PA

Coupler

XXXX

3

24

Nivel físicoReglas de configuración

24 V

AcopladorDP/PA

Hasta 31 dispositivos de

campo PA pueden conectarse a UN

acoplador

13

25


= Enlace PA = Acoplador PA

Hasta 5 acopladores pueden ser usados con UN enlace

26


24 V

Enlace PA AcopladorPA

Hasta 31 dispositivos de campo PA pueden

conectarse a UN enlaceINDEPENDIENTEMENTE

del número de acopladores

14

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Enlace PA Acoplador PA

Máximo flujo de corriente por acoplador:400mA para110mA para EEx [ib] II C protección de ignición 90mA para EEx [ia] II C protección de ignición

24 V

Iεx

28


24 V

Máxima longitud del segmento por acoplador = 1.900m

15

29

Nivel físicoResumen. Límites de direccionamiento

PROFIBUS-DP, hasta 12 MBit/s

DP/PA-Link

PROFIBUS-PA

SIMATIC S7-400

24 V

máx. 5 Líneas DPpor CPU

máx. 96 DP/PA-Linkpor línea DP

máx. 5 Acoplad. DP/PApor DP/PA-Link

máx. 31 aparatospor acoplador DP/PA,

Área No Ex- (9 para Ex)

Límite teórico: máx. 5 x 96 x 31 = 14.880 aparatos por CPU de S7

máx. 31aparatos

por DP/PA-Link

(enlace)

DP/PA-Link

24 V

30

Profibus-PA

Nivel de Enlace

16

31

Nivel de enlaceEstructura de un mensaje

P: Preámbulo de 16 BitSD: Delimitador de comienzoLE: Longitud de datos netos (DU) + DA, SA , FC, DSAP, SSAP)LEr: Longitud repetidaDA: Dirección Destino (Where the message goes to)SA: Dirección Fuente (Where the message comes from)FC: Código de Función ( FC=Type & Priority of Message)DU: Unidad de Datos (Hasta 246 Bytes incluyendo 2 Bytes de SAP’s)FCS: Secuencia de Chequeo de la Trama (Frame Checking Sequence)CRC: Chequeo de Redundancia Cíclica 16 Bit (Cyclic Redundancy Check)ED: Delimitador de Fin (End Delimiter)EOF: Fin de la trama (End Of Frame)

SD LE LEr SD DA SA FC DU.. FCS ED

SD LE LEr SD DA SA FC DU.. CRC EOFP SOF

Trama SRD con longitudvariable del campo de datos

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Nivel de enlaceProtocolo DP cíclico y acíclico

Maestro

Esclavo 1 Esclavo 2 Esclavo 3

2 3 1

t

acíclicocíclico cíclico

Leer los valores de medida,escribir los valores de ajuste

PROFIBUS-DP

Leer/escribir los parámetros y los valores de medida y

ajuste de un esclavo

PROFIBUS-PA

1

2

J

17

33

Nivel de enlaceProtocolo DP cíclico y acíclico

Maestro 1

Esclavo 1 Esclavo 2 Esclavo 3

2 3 1

t

acíclicocíclico cíclico

Leer los valores de medida,escribir los valores de ajuste

PROFIBUS-DP

Leer/escribir los parámetros y los valores de medida y

ajuste de un esclavo

PROFIBUS-PA

1

2

J

Maestro 2

34

Profibus-PA

Nivel de aplicación

18

35

Nivel de aplicaciónPerfil PA

• Definido sobre el nivel de aplicación• El Perfil define variables, bloques de función, significado de

los datos, mapeado a los servicios de comunicación….• Dispositivos implementados con el mismo perfil pueden

intercambiarse• La versión actual del Perfil PA es la V 3.0• Disponible como documento Internacional oficial de

PROFIBUS con número de orden 3.042• Disponibles ficheros GSD pre-definidos para varios

dispositivos de campo PA

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Nivel de aplicaciónPerfil de los dispositivos (representación simplificada)

Margen de medida

Tiempo de filtro

Alarma/valores límite

Sumario de alarmas

TAG

Parámetros específicosdel fabricante

Transmisión DPcíclica y acíclica

Transmisión DPacíclica

Transmisión DPacíclica

Perfil B

(p.e. paratransmisorde presión)

Estado

Valor de medida

Tipos de parámetros:- De proceso- De servicio- Específicos del fabricante

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37

Nivel de aplicación

PROFIBUS-DP

Acoplador DP/PA,Enlace DP/PA

24 V

PROFIBUS-PA

Fabricante X

Fabricante Z Fabricante Y

Fabricante Y

Perfil B específico delfabricante

Interoperabilidad

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Nivel de aplicaciónTiempo de ciclo (ejemplo)

PROFIBUS-DP, 12 MBit/s

Enlace DP/PA

24 V

PROFIBUS-PA 31,25 kBit/s

10 ms10 ms 10 ms

10 ms

máx. 1 ms

10 ms

Tiempo de ciclo = aprox. 1 ms

Tiempo de ciclo = 4 x 10 ms + 10 ms = 50 ms

Telegrama cíclico(4 Byte valor de medida + 1 Byte estado)

Telegrama acíclico(Leer valor límite de alarma 4 Byte)

Tiempo de comunicación 10 ms, para intercambio de 2 valores +

un byte de estado

20

39

GSD

Fichero GSD para la descripción de los parámetros de la comunicación

DD

PROFIBUS-PA

PA Field Device Fichero de descripción del Dispositivo

para especificar la funcionalidad

Herramienta de Configuración

PROFIBUS

Herramienta de Ingeniería PROFIBUS

Nivel de aplicaciónHojas electrónicas de datos

40

Nivel de aplicaciónIntegración de aparatos, datos básicos

PROFIBUS-PA

GSD

DD

El archivo GSD describe losparámetros de comunicación(para el usuario en gran parteirrelevantes)

Descripción del Dispositivo basado en HART-DDLdescribe, entre otros, parámetros deFunción accesibles a través del PROFIBUS-PA.

21

41

Nivel de aplicaciónIntegración de aparatos de campo

GSD

DD para la generación,independ. del fabricante, de

máscaras de parametrizacióncon SIMATIC PDM(para biblioteca en

SIMATIC PDM)


DP/PA-Link

ESPDM

OS

Bus del sistema

PROFIBUS-PA

SIMATIC S7-400

ES

PDM

DD

GSD para elproyecto de reddel maestro DP

(S7-400 y DP/PA-Link) con el

sistema de ingeniería(para biblioteca en

config. hw)

entregado unavez a

Siemens

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Bibliografía. Referencias

• Presentaciones de la Organización de Usuarios Profibus (PNO)

• Presentaciones de Siemens, S.A.

• PROFIBUS. Profibus-PA. Profile for Process Control Devices. Version 3.0, April1999. Order No. 3.042

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