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Un recorrido por PROFIBUSIntroduccin al bus de campo para la automatizacin de procesos El libro es un aperitivo excelente una introduccin grandiosa al mundo de Profibus. Jrg Freitag , Chairman de PROFIBUS International

Un recorrido por PROFIBUSIntroduccin al bus de campo para la automatizacin de procesos

PROCENTEC esta dando cursos en todo el mundo. Nuestros participantes siempre estan pidiendo un buen material de lectura. La mayora de los libros son demasiado tcnicos para principiantes o tcnicos de mantenimiento. Este libro es un recurso muy simple y prctico para entender la tecnologa de PROFIBUS. PROCENTEC recomienda este libro para cada uno que se involucre con PROFIBUS. Dennis van Booma, Gerente General de PROCENTEC en Holanda

Muy buen libro! a mi particularmente me gustaron los ejemplos de visita a planta. Ron Mitchell, RC Systems , autor de PROFIBUS una gua de bolsillo

James Powell, P. Eng. Henry Vandelinde, Ph.D.

Un recorrido por PROFIBUS

James Powell y Henry Vandelinde explican con simpleza y profesionalismo el uso de PROFIBUS desde una perspectiva de la experiencia prctica. Una gua fundamental para el ingeniero de planta que quiere conocer los grandes beneficios de este bus . Ing. Andrs Gorenberg, Div. Industry Siemens S.A.


Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Peterborough, Ontario , Canada K9J 7B1

Un recorrido por PROFIBUSIntroduccin al bus de campo para la automatizacin de procesos


Copyright Siemens Milltronics Process Instruments Inc. 2009. Todos los derechos reservados. Ningn fragmento de este libro puede ser reproducido sin permiso por escrito por parte del editor. ISBN-10: ISBN 978-0-9782495-1-9 Fotografa de tapa iStockphoto.com/clu Traduccin: Brbara Szteinberg Impreso y encuadernado en Argentina para Siemens Milltronics Process Instruments Inc. Peterborough, ON K9J 7B2 www.siemens.com/processautomation

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PrlogoPara el principiante, el mundo de la comunicacin industrial parece una mezcla de buses de campo, paquetes de software y medios, a menudo confusa, y con mltiples capas y dimensiones. Durante mis veinte aos de bsqueda entusiasta y promocin activa de las comunicaciones industriales, me acostumbr ms y ms a ver esa mirada de susto en los novatos que ingresaban al campo, y entonces decid ver si lograba en el mundo de los buses de campo, especficamente el de PROFIBUS, quitar el velo de misterio y magia que lo rodea. Mi intencin no fue escribir un manual definitivo y abarcador sobre PROFIBUS. Hay muchos otros que estn mucho ms calificados que yo para llevar a cabo esa tarea. Yo quise demostrar que cuando la comunicacin industrial se comprende y luego se instala con previsin y cuidado, las operaciones de redes son beneficiosas e indoloras. Diseamos este libro con ese fin, hablarle al principiante, llevar a ese novato de la mano y guiarlo a travs de la ruta de los buses, hacia una comunicacin exitosa. Sin embargo, este no es un manual de uso. Considrenlo ms una base para el diseo de la comunicacin, con informacin para que los curiosos exploren y motivacin para que los dedicados vayan ms all. Es as como analizaremos las operaciones del BUS, los detalles del protocolo, capas fsicas y redes, los elementos bsicos del diseo de una red, los consejos y las sugerencias de instalacin, la puesta en marcha, el mantenimiento, la gestin de activos de la planta y la resolucin de problemas. Todos estos temas estn diseados para hablarle al principiante, para tomar la totalidad de PROFIBUS como bus de campo y hacerlo llegar a todos aquellos que quieran probarlo e investigar. Nuestro deseo es que al terminar este libro tengan un conocimiento concreto de lo que necesitarn para implementar un sistema PROFIBUS, y que continen investigando sobre cmo PROFIBUS puede ayudarlo a usted y a su organizacin a mejorar la seguridad, la eficiencia y la productividad.

James Powell, P.Eng.

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ReconocimientosA partir de este libro logr entender la veracidad del dicho: "Se necesita un pueblo entero para escribir un libro". Un proyecto como este requiere mucho esfuerzo y dedicacin por parte de toda la comunidad, y nosotros tenemos la suerte de estar rodeados de gente que crey en lo que estbamos haciendo y nos brind libremente su tiempo y experiencia. Entonces, para comenzar, quiero agradecerles a Stephen Milligan, Andrew Blazey, Jorg Freitag y a la gerencia de Siemens por su apoyo moral en este proyecto. Mi gratitud tambin se extiende a Nicolas Heise y al equipo IP4 por sus valiosos consejos y contribuciones, y a Mark Wheeler por su continuo apoyo y asesoramiento. Tambin agradezco mucho la habilidad organizativa de Jamie Chepeka, Andrs Gorenberg y Adriana Mazzei, y los esfuerzos de traduccin de Gabrielle Vester y Brbara Szteinberg. Y para Albert Justus, quien reviso y edit con paciencia el manuscrito en alemn, vielen Dank! Un agradecimiento especial a Pete Froggatt, el ilustrador creativo cuyo talento y fantasas le ponen una sonrisa a nuestro trabajo. Tambin agradecemos a los siguientes revisores tcnicos que tomaron el infantil borrador y ayudaron a convertirlo en el trabajo refinado que tienen en sus manos. Thomas Bartsch, Dominique Basson, Sean Cahill, Mark Cargill, Mike Cavanagh, Richard Colony, Chris Da Costa, David Deibert, Timothy Dowsett, Carl Henning, Jane Ingram, Albert Justus, Thomas Klatt, Ron Mitchell, Gilles Ouimet, Volker Schulz, Moin Shaikh, y Dennis van Booma a quienes tanto agradecemos por haber agregado sus voces a este libro. El agradecimiento final es para nuestras familias, James quiere agradecerles a Debbie y a Maya, y Henri les agradece a Lee Anna y a sus muchachos. Apreciamos su paciencia y apoyo mientras nosotros trabajbamos como burros en esta obsesin, mucho ms de lo que se imaginan. Muchas gracias a todos por su tiempo y esfuerzo. Lo mejor de este libro les pertenece a ustedes, y cualquier error, imprecisin u omisin yace totalmente en nosotros. Nosotros nos divertimos, y quin sabe, hasta quizs lo hagamos de nuevo.

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ContenidosPrlogo iii Reconocimientos

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Captulo 1: Introduccin: Un BUS

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La ruta del bus 1 Presentacin del bus de campo 1 Beneficios de utilizar un bus de campo PROFIBUS PROFIBUS: Comienzos 7 PROFIBUS DP: Periferia descentralizada 10 PROFIBUS PA: Automatizacin de procesos 11 HART en PROFIBUS 13 PROFIsafe 14 PROFIdrive 16 PROFINET 17 Prxima parada del BUS 20

Captulo 2: Cmo funciona un BUS

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La ruta del bus 21 Conceptos simples 21 Escaneo del bus PROFIBUS (la ruta del bus!) 24 Diagnsticos 27 Perfiles PROFIBUS 32 Prxima parada del BUS: Capas fsicas y componentes de red

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Captulo 3: Capas fsicas y componentes de red 43La ruta del bus 43 Capas fsicas 43 Entornos intrnsicamente seguros/peligrosos 50 Eleccin de una capa fsica 52 Componentes de red 53 Redundancia 59 Eleccin de los componentes de red 63 Prxima parada del BUS: Diseo inteligente 63

Captulo 4: Diseo inteligente: Elementos bsicos de PROFIBUS DP/PA 65La ruta del bus 66 Diseo bsico PROFIBUS DP 66 Reglas bsicas de diseo PROFIBUS PA 71 Ejemplo de diseo de PROFIBUS PA 76 Herramientas de diseo 79 Clculo de velocidad de actualizacin 80 Sugerencias de diseo de PROFIBUS PA 85 Prxima parada del BUS: Instalacin 87

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Captulo 5: Instalacin

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La ruta del bus 89 Hardware de conexin 89 Esquema de instalacin 93 Separacin de cables 95 Mtodo de instalacin 96 Las mejores instalaciones 99 Prxima parada del BUS: Puesta en marcha

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Captulo 6: Puesta en marcha

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La ruta del bus 101 Configuracin de red 102 Configuracin/parametrizacin de dispositivos de campo 106 Configuracin de un dispositivo de campo 110 Uso de software de configuracin: Los mejores ejemplos 113 Velocidad de carga y descarga 113 Verificar que los dispositivos de campo y de red funcionen correctamente 114 Prxima parada del BUS: Uso de la red 114

Captulo 7: Gestin de activos de planta, mantenimiento y operaciones 115La ruta del bus 116 Gestin de activos de planta 116 Activos humanos 117 Activos virtuales 118 Activos fsicos 121 Nuevo diagnstico para instrumentos de campo 123 Impactos y beneficios para el usuario final 126 Impacto en la puesta en macha 126 Impacto en el mantenimiento 127 Impacto en las operaciones 130 Prxima parada del BUS: Resolucin de problemas 130

Captulo 8: Verificacin del funcionamiento de la red y resolucin de problemas 131La ruta del bus 131 Problemas de red 132 Herramientas 136 Procedimientos para resolver problemas Destino final del BUS 155

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Apndice A: Acrnimos 156 Apndice B: Definiciones 158 Apndice C: Recursos adicionales 162 ndice 164

Captulo Uno

Introduccin: Un BUS"Ha llegado el momento", dijo la morsa, "de hablar de varias cosas"1Como en el cuento de Alicia en el pas de las maravillas, y muchos aventureros antes y despus que ella, lo invitamos a acompaarnos en este viaje de descubrimientos. Sin embargo, en vez de atravesar la madriguera de un conejo, le sugerimos que suba a bordo de un bus, saque su boleto y disfrute del viaje. No habr conejos blancos, orugas parlanchinas ni ostras regordetas, pero le prometemos miles de aventuras a medida que nuestro bus avance a travs de las redes, los buses de campo y los protocolos de comunicacin.

La ruta del BUSEste bus hace las siguientes paradas: Introduccin al bus de campo Beneficios de utilizar un bus de campo, un PROFIBUS PROFIBUS: gnesis PROFIBUS perifricos descentralizados (DP) PROFIBUS automatizacin de procesos (PA) PROFIsafe PROFIdrive PROFINET Prximas paradas

Presentacin del bus de campoPROFIBUS es un bus de campo: un bus de campo es un enlace de comunicacin de dos vas entre un controlador o monitor y un dispositivo de campo. Es una red necesaria para integrar los dispositivos de automatizacin de procesos a un sistema unificado. La clave para el xito operativo del bus de campo es que el controlador pueda hablarle no slo al dispositivo de campo, sino tambin hacer que el dispositivo de campo le responda y d aviso al controlador si fuera necesario. A su vez, el dilogo digital notifica al usuario cuando ocurren eventos clave en la red, ofreciendo muchos datos necesarios para mantener un proceso activo. Un bus de campo es sistema nervioso que une el cerebro central (controlador) y todas las partes que mantienen la planta de proceso funcionando a su mxima capacidad.1

La comunicacin de dos vas es el aspecto clave del bus de campo.

Carroll, Lewis. Alicia en el pas de las maravillas. W.W. Norton & Company, 1971. p. 142.

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Actualmente hay tres protocolos abiertos que se consideran buses de campo de proceso:Un protocolo es un conjunto de reglas (estndar) que dene cmo dos o ms dispositivos se comunican.

Un protocolo abierto es aquel que no pertenece a ninguna empresa y todos pueden utilizarlo.

HART: se considera un bus de campo, pero no se ajusta a su definicin completa, ya que no posee una comunicacin de dos vas real.2 Un instrumento HART no puede decirle nada al host a menos que se lo pida. Foundation Fieldbus (FF): se ajusta completamente a la definicin del trmino bus de campo. FF utiliza la misma capa fsica que PROFIBUS PA y poseen una historia en comn.3 A menudo, el trmino bus de campo se asocia errneamente con FF, sin embargo, el trmino bus de campo hace referencia a todos los protocolos de comunicacin de dos vas. PROFIBUS: se ajusta por completo a la definicin del trmino bus de campo, y como les mostraremos en este libro, es el nico que ofrece una solucin completa. Este captulo les presenta a PROFIBUS como el protocolo de comunicacin principal para la industria de procesos, y muestra las ventajas ya comprobadas que este bus de campo le ofrece a la industria.

AutomatizacinLa automatizacin se define como el uso de la tecnologa para controlar una serie de eventos con poca o ningn tipo de asistencia del hombre. Por lo general, hay dos categoras de automatizacin: automatizacin de fbrica automatizacin de procesos Automatizacin de fbrica: se refiere al tipo de automatizacin utilizado para la fabricacin de objetos tales como autos o computadoras. Los tipos de informacin que entran y salen son en su mayora variables discretas, encender esto o apagar aquello. Adems, los procesos de fbrica tienden a ser muy rpidos, por lo que se necesita una red rpida. Automatizacin de procesos: se refiere a la automatizacin utilizada en la produccin de productos que requieren algn tipo de frmula o secuencia de eventos como hacer masa para galletitas o mezclar qumicos. Gran parte de la informacin que entra y sale corresponde a variables analgicas (agregar 7,341 kg de aquello o elevar la temperatura de esto a 32,5C). Adems, los procesos automatizados tienden a ser bastante lentos (en comparacin con la automatizacin de fbrica) por ende, la necesidad de velocidad se reduce.La versin HART 7 lanzada recientemente introduce un mtodo para que un dispositivo esclavo genere una respuesta. Mientras que esta nueva caracterstica ayudar a HART a ser un bus de campo ms real, an es opcional en HART 7 y pasar un tiempo antes de que se adopte ampliamente. 3 Tanto FF como PROFIBUS PA vienen de trabajar en el estndar SP50.2

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Proceso

Discreto

Alimentos y bebidas

Cemento y vidrio

Farmacuticos

Metal/minera

Petrleo y gas

Pulpa y papel

Automotriz

La mayora de las industrias tienen una mezcla de automatizacin de fbrica y de procesos. Por ejemplo, una planta de montaje automotriz requerira principalmente una automatizacin de fbrica, sin embargo, como para montar un automvil se necesita mucha agua, entonces, la mayora de las plantas de montaje adems poseen una planta de tratamiento de agua, que requiere especialmente automatizacin de procesos. PROFIBUS es el nico protocolo que realiza bien una automatizacin tanto de procesos como de fbrica, cumpliendo con todos los requisitos. Muchos libros sobre PROFIBUS hablan sobre ambas pero tienden a concentrarse en la automatizacin de fbrica. Este libro tambin hablar de ambas, pero se enfoca en la automatizacin de procesos.

Relacin entre el instrumento y el sistema de control4En los sistemas de control sin bus de campo hay una divisin clara entre los dispositivos de campo y el sistema de control. En general, el tcnico en instrumentacin busc los dispositivos de campo y el ingeniero de control regul el valor analgico 4-20 mA que llegaba al sistema de control. El ingeniero de control a su vez verific la precisin y la velocidad de respuesta, pero no estaba muy preocupado por los detalles del instrumento.

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Powell, James. The Benets of the Block Model Concept in Fieldbus Systems. ISA, 2005.

Electrnica

Reneras

Qumicos

Energa

Agua

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Medida

4-20 mA

Instrumento de campo

Controlador

Con PROFIBUS PA, los instrumentos son una parte integral del sistema y el ingeniero de control tiene un dominio total de los dispositivos. Desde la perspectiva del ingeniero, ahora no hay distincin entre los instrumentos y el sistema de control. Es un todo integrado.

Medida

Bus de campo

Instrumento de campo

Controlador

Considerar el instrumento como parte del sistema de control es un cambio de paradigma importante, ya que le otorga el rol que se le haba reservado para el sistema de dominio. Como todo cambio importante, tiene una gran cantidad de beneficios (que discutiremos en la prxima seccin) pero adems algunos desafos. Un desafo constante con el enfoque PROFIBUS es capacitar a la gente sobre los beneficios de la tecnologa, que slo se pueden concretar si aquellos involucrados saben cmo aprovechar todo su potencial. Aunque los ingenieros de control y los tcnicos de instrumentacin siempre han trabajado juntos, cada grupo posee sus propias herramientas y su dominio. Ahora, el tcnico de instrumentos necesita acceder al sistema de control para configurar y monitorear los instrumentos. El tcnico tambin debe entender el modelo de bloque de la misma forma que el ingeniero de control, y trabajar en equipo para maximizar los beneficios del bus de campo.

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Benecios de usar un bus de campo PROFUBUSUn bus de campo en general, y PROFIBUS en particular, mejorar la eficiencia y reducir los costos a lo largo de todo el ciclo de vida de la planta. Los beneficios clave son: construccin/instalacin optimizadas puesta en marcha ms rpido mayor precisin verificacin confiable de las variables del proceso gestin de activos de planta continua.

Construccin/instalacin optimizadasSin un bus de campo hay al menos un juego de cables para cada dispositivo de campo -incluso, muchos dispositivos de campo requeriran ms de un juego-. Esto genera una gran cantidad de cables y de tendidos de cables. PROFIBUS reduce los innumerables conductores a un slo cable PROFIBUS. Esta disminucin ahorra tanto costos de instalacin como espacio fsico.

Puesta en marcha ms rpidaCon los dispositivos 4-20 mA, el usuario final debe escalar los valores del dispositivo de campo y del controlador, y deben ser compatibles. Con PROFIBUS, los bloques de entrada y salida analgicas pasaron del controlador al dispositivo de campo, y ahora el usuario final realiza el escalamiento desde un slo lugar. Una vez puse en marcha una planta de procesos con casi mil instrumentos conectados a entradas/ salidas 4-20 mA. Durante la fase de puesta en marcha, un electricista y yo trabajamos durante semanas verificando que el escalamiento de los dispositivos de campo coincidiera con el de los PLC y HMI. La planta tena 1,6 km de largo y hacer esta verificacin implic mucho esfuerzo y muchas caminatas. Con PROFIBUS esto se hubiera hecho en pocos das en la comodidad de la sala de control, ya que el escalamiento se realiza en el instrumento y despus se comunica con el instrumento a travs de la red.

Escalar un dispositivo es establecer el rango (valor alto y valor bajo), de la salida y la entrada de un dispositivo.

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Adems, para simular un lazo con dispositivos 4-20 mA, los valores del controlador se deben anular. Al bloquearlos, el dispositivo se puede desconectar, y con una fuente de alimentacin con un potencimetro se genera el valor deseado. En PROFIBUS, los valores de los dispositivos de campo se pueden simular, por lo que es muy simple y rpido simular un lazo de control y acelerar significativamente la puesta en marcha. Finalmente, para programar/configurar dispositivos 4-20 mA, el dispositivo debe tener un acceso fsico, ya sea a travs de teclados numricos o programadores manuales. Con PROFIBUS, el dispositivo de campo se configura a travs del bus. La puesta en marcha, a travs del bus, mejora la eficiencia de las operaciones ya que no requiere tiempo de desplazamiento de una persona hacia el dispositivo mismo. Adems es ms seguro porque el personal no necesita ingresar a zonas peligrosas o dificultosas. Los instrumentos 4-20 mA similares de diferentes proveedores se programan de forma diferente. PROFIBUS estandariza eficientemente la instrumentacin, asegurando que dispositivos similares de diferentes proveedores tengan parmetros centrales y una estructura en comn, algo que no ocurre en otros protocolos. Esta generalizacin se extiende tambin a los diferentes tipos de instrumentos. Adems reduce los requisitos de capacitacin y acelera la puesta en marcha ya que el personal se desplaza ms fcilmente de un instrumento a otro. Para resumir, PROFIBUS acelera la puesta en marcha porque: el escalamiento se realiza en un slo lugar se simulan los valores del proceso, acelerando la verificacin de lazos la configuracin se realiza a travs del bus se unifican los dispositivos.

Mayor precisinActualmente, todos los dispositivos de campo utilizan tecnologa digital. Por lo tanto, con los dispositivos 4-20 mA, los dispositivos tendrn que tomar el valor digital que viene dado y convertirlo en valor analgico para transmitirlo va lazo 4-20 mA. Luego, en el controlador, esta seal se deber convertir de nuevo en una seal digital. La precisin se pierde durante estas dos conversiones. PROFIBUS elimina la necesidad de realizar estas dos conversiones.

Vericacin conable de variables de procesoSin una comunicacin de dos vas, la variable de proceso podra estar mal sin que el control lo sepa. Un instrumento muerto, por ejemplo, podra6


pasar inadvertido hasta que pase algo en el proceso, una situacin que debemos evitar. Esta ceguera del proceso posee varios costos asociados porque el proceso podra interrumpirse, generando posiblemente: daos al equipo prdidas de inventario derrames que limpiar daos al entorno.

Una comunicacin adecuada, mantendr el proceso funcionando de modo seguro, y es el componente clave en la gestin de activos de la planta.

Permite la gestin de activos de plantaLa gestin de activos de la planta intenta obtener los mayores beneficios de una inversin. Tradicionalmente, la gestin de activos en el mundo de los procesos se enfocaba slo en la instrumentacin. PROFIBUS ha expandido el significado de esta definicin hasta incluir una amplia variedad de dispositivos como computadoras, interruptores de red, controladores, motores, mquinas e instrumentos. La comunicacin de dos vas de PROFIBUS habilita una cantidad de funciones que aumentarn el retorno de la planta sobre los activos. La gestin de activos es un tema amplio que analizamos en detalle en el Captulo Siete.

PROFIBUS: ComienzosEl trmino PROFIBUS es una fusin de PROcess FIeldBUS y define al protocolo industrial diseado para cubrir todos los requisitos de automatizacin industrial al enlazar una variedad de dispositivos de procesos. Ningn otro protocolo ofrece una solucin de automatizacin completa, y ARC5 identifica: "La propuesta de valor nica de PROFIBUS es su capacidad para integrar de forma homognea los instrumentos de proceso, como transmisores de presin y caudalmetros, con el otro lado de la aplicacin donde estn los dispositivos discretos y de control de movimiento, como accionamientos y sensores".6 PROFIBUS es el nico protocolo que abarca toda la planta, a diferencia de otros como Foundation Fieldbus o DeviceNet, que requieren ms de un protocolo para crear todas las aplicaciones diferentes en una planta de procesos. Por lo tanto, con PROFIBUS, el personal slo necesita conocer una serie de herramientas y saber un protocolo.5 Fundada en 1986, ARC Advisory Group es la empresa de asesora e investigacin para las soluciones de manufactura, energa y cadena de abastecimiento (www.arcweb.com). 6 Informe tcnico ARC, mayo 2004, The Value Proposition of PROFIBUS in the Hybrid Industries. p. 14.

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Esto simplifica las operaciones y reduce la cantidad de capacitacin necesaria. Como protocolo de automatizacin industrial, PROFIBUS utiliza diferentes aspectos de s mismo y funciona como un libro con muchos captulos. El ttulo de libro es PROFIBUS DP, y los captulos son PROFIBUS PA, PROFIsafe, y PROFIdrive. Cada captulo representa una fraccin significativa del todo. PROFIBUS DP define el protocolo central y cada uno de los PROFI estn definidos dentro del estndar PROFIBUS DP, sumando funcionalidad al protocolo central. PROFIBUS DP PROFIBUS PA PROFIsafe PROFIdrive DP: Perifricos descentralizados PA: Automatizacin de procesos PROFIBUS para aplicaciones de seguridad PROFIBUS para aplicaciones de accionamientos

Control con PROFIBUSEn la dcada del 80 y a principios de los aos 90, la automatizacin estaba limitada a muchos protocolos de red propietarios diseados y pertenecientes a fabricantes de automatizacin individuales:Si un usuario elige PROFIBUS, no est comprometido con ningn proveedor.

Honeywell DMCS, GE Fanuc GENIUS, Modicon ModbusPlus Estos protocolos funcionaban pero los usuarios estaban atados a ese proveedor durante toda la vida til de la planta, negndole efectivamente el acceso a la instrumentacin de la competencia y dejndolos a merced de sus controles de precios. Sin embargo, PROFIBUS es un protocolo abierto de PROFIBUS y PROFINET International que es una organizacin de empresas. Abierto signica que cualquiera puede usarlo y que ninguna empresa lo controla o emite opinin sobre quin puede usarlo. Aunque en ciertas ocasiones se lo ha llamado protocolo propietario de Siemens, Siemens es slo una de las 1.400 empresas miembro que conforman PROFIBUS Internacional. Siemens es una de las empresas involucradas en el desarrollo inicial de PROFIBUS, muy activa en PROFIBUS y PROFINET International (PI). No obstante, ni Siemens ni ninguna de las otras empresas miembro tiene derecho a decir quin usa o deja de usar este protocolo.

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PROFIBUS International: breve lista de miembros

ABB Yokogawa GE FANUC Rockwell

Emerson Vega Softing Schneider Electric

Endress + Hauser Siemens Invensys / Foxboro Fuji Electric

As empez todo: desarrollo PROFIBUSPROFIBUS posee una historia de diseo significativa ya que se desarroll para cubrir las necesidades de protocolos de red del mercado. PROFIBUS comenz como parte de un proyecto para un bus de campo de una asociacin de trece empresas y cinco universidades en Alemania en 1987. Las empresas miembro coincidieron en un concepto de bus de campo estndar para la automatizacin de procesos, y PROFIBUS FMS (Especificacin de Mensaje de Bus de Campo) fue la primera versin. Para 1993, la necesidad de un protocolo ms rpido y ms sencillo llev a PROFIBUS DP, que reemplaz a FMS. DP-V0, la primera versin de la especicacin PROFIBUS DP, deni la estructura de comandos total del protocolo y las funciones para lectura y escritura de datos de prioridad temporal crtica. A la lectura y escritura de datos de prioridad temporal crtica se la conoce como intercambio de datos en el mundo PROFIBUS y es vital para la funcionalidad de PROFIBUS.

DP-V2 Funciones agregadas para PROFIdrive

DP-V1 Funciones agregadas para PROFIBUS y PROFIsafe

DP-V0 Estructura total denida de PROFIBUS Primera versin del protocolo compatible con DP-V1 y DP-V2

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La interoperabilidad es una fortaleza de PROFIBUS

La segunda versin de la especificacin PROFIBUS DP, DP-V1, agreg funciones para la automatizacin de procesos y las aplicaciones de seguridad (PROFIBUS PA y PROFIsafe), y utiliz la misma estructura de comandos general segn lo defina DP-V0, a la vez que aseguraba la interoperabilidad. La interoperabilidad es la capacidad para comprar un dispositivo de cualquier proveedor, conectarlo a una red PROFIBUS y hacerlo funcionar. Luego surgi DP-V2 que agreg las funciones necesarias para aplicaciones con accionamientos de alta velocidad, utilizando la misma estructura de comandos general definida en DP-V0. Todas las versiones diferentes del protocolo pueden coexistir en la misma red y funcionar juntas. La nica limitacin es qu comandos soporta el maestro. Un maestro DP-V0 puede realizar un intercambio de datos con un dispositivo de campo DP-V2. Sin embargo, un maestro DP-V0 no puede utilizar comandos DP-V1 o DP-V2 en los dispositivos de campo porque no los conoce. En ese caso debe conseguir un maestro actualizado que coincida con la versin del dispositivo de campo.

PROFIBUS DP: Periferia descentralizadaPROFIBUS DP es el ncleo del protocolo que define todas las funciones bsicas que utilizaremos el resto de los captulos. PROFIBUS DP a menudo se asocia con la capa fsica basada en RS-485. La capa fsica es cmo la informacin digital (los unos y los ceros), viaja de un lado a otro. PROFIBUS DP puede tener muchas capas fsicas como RS-485, inalmbrica, y fibra ptica, que se interconectan fcilmente. RS-485 es la capa fsica ms comnmente utilizada para PROFIBUS debido a su capacidad para transmitir a altas velocidades y a su robustez en entornos industriales muy ruidosos. PROFIBUS DP se utiliza principalmente para dispositivos de entrada/ salida de alta velocidad y para enlazar dispositivos inteligentes (como sistemas de accionamientos). PROFIBUS posee un gran paquete de datos (244 bytes) para manejar informacin fcilmente desde un rack de entrada/salida remota o un accionamiento en un slo mensaje. Como la velocidad de los datos alcanza hasta 12 mega bits por segundo, esta informacin regresa al controlador en un lapso muy breve.Los dispositivos digitales son simples dispositivos de ON/OFF, es decir, la luz o el pulsador estn encendidos o apagados. 10

El estndar RS-485 dene las caractersticas elctricas del cable, y los niveles de tensin y corriente de la seal digital.

PROFIBUS DP tuvo xito tanto en la automatizacin de fbricas como en la automatizacin de procesos: la automatizacin de fbrica utiliza principalmente dispositivos de entrada y salida discretos (digitales), y PROFIBUS DP enlaza racks E/S y conecta accionamientos


la automatizacin de procesos utiliza principalmente dispositivos analgicos, y PROFIBUS DP enlaza segmentos PROFIBUS PA, racks E/S remotas, accionamientos y algunos instrumentos.

PROFIBUS PA: Automatizacin de ProcesosPROFIBUS PA (Automatizacin de Procesos) es una serie de funciones agregadas a las especicaciones PROFIBUS versin 1.0 (DP-V1) para que el protocolo sea ms til en las industrias de procesos. A PROFIBUS PA se lo asocia a menudo con la capa fsica Manchester encoded Bus Powered (MBP), denida en el estndar IEC 61158-2. Ya que las industrias de procesos utilizan principalmente dispositivos con entradas y salidas analgicas, se agreg una serie de funciones para facilitar el enlace de muchas funciones unitarias de los dispositivos analgicos en una capa fsica dedicada. Se agregaron las siguientes caractersticas: energa del bus diseo intrnsicamente seguro capacidad de configuracin a travs del bus perfiles del dispositivo.

Los dispositivos analgicos poseen un rango de valores, la vlvula est abierta en un 75,25%.

Energa de busLa energa del bus es una caracterstica importante para la instalacin de una red. Si un dispositivo se comunica y se alimenta a travs de un slo cable, el usuario nal ahorra dinero porque slo necesitar un cable en vez de dos para hacer funcionar el dispositivo de campo. En las industrias de procesos, donde hay muchos dispositivos analgicos de una sola funcin, los dispositivos alimentados a travs del bus ahorran dinero. Esta funcin, junto con un diseo intrnsicamente seguro, quedaron cubiertos con la introduccin de la capa fsica Manchester encoded Bus Powered (MBP), definida en el estndar IEC 61158-2.7 Ver Captulo Tres para ms detalles sobre esta capa fsica.

Intrnsicamente seguroUn dispositivo intrnsicamente seguro mantiene la tensin y la corriente lo suficientemente bajas como para que no generen chispas que puedan encender el ambiente, por eso su uso es seguro en muchas industrias de procesos. Varios de estos entornos poseen qumicos que se transportan en el aire o partculas que podran estallar si se generase una chispa.

7 International Electrical Congress (IEC) es una organizacin normativa internacional comprometida con la creacin y el mantenimiento de estndares internacionales y abiertos para su uso en la industria elctrica.

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Conguracin a travs del busPara un sistema con una gran cantidad de dispositivos con funciones nicas, una configuracin efectiva y el mantenimiento de los dispositivos puede generar problemas de acceso fsico y tiempo de parada. La capacidad para configurar y resolver los problemas de un dispositivo en la red, elimina la dificultad de acceso, y la resolucin de problemas de la red ahorra tiempo y evita posibles tiempos de parada.

Perles de dispositivosUn perfil es la estandarizacin de un dispositivo de campo desde el punto de vista del bus. Define cul es la salida y cules son los parmetros centrales del dispositivo. Un perfil estandarizado crea una unificacin entre: dispositivos del mismo fabricante y tipo (presin, temperatura, nivel, ujo, posicionadores de vlvulas) dispositivos del mismo tipo y de diferentes fabricantes dispositivos de diferente tipo. Por ejemplo, los trasmisores de presin, nivel y temperatura usaran todos los mismos bloques de entrada analgica y tendran todos el mismo formato de salida. Esto representa un gran valor para el usuario final, ya que reduce los costos de ingeniera y de formacin. Como las salidas son estndar, no necesita disear cdigos especiales en el controlador para manipular las entradas/salidas, reduciendo costos de ingeniera. Es ms, una vez que entiende cmo funciona un tipo de dispositivo de campo PA, el segundo es fcil ya que trabajan de la misma forma. Por lo tanto, el personal slo necesita formacin sobre un mtodo operativo que se aplica luego a todo el sistema.

Capa fsicaLa energa del bus y la seguridad intrnseca son parte de la capa fsica que se introdujo con DP-V1, as como tambin la configuracin a travs del bus y el perfil estndar. La mayora de los instrumentos utilizan la nueva capa fsica MBP. No obstante, no lo necesitan,8 y muchos instrumentos se pueden colocar en la capa fsica RS-485 porque no lo requieren, o no tienen la capacidad para utilizar las funciones de la MBP.

8 Tener instrumentos en las capas fsicas MBP o RS-485 es exclusivo de PROFIBUS. Otros buses de campo slo poseen un tipo de capa fsica disponible.

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Los instrumentos pueden no usar MBP porque: el instrumento requiere ms energa de la que el bus le provee el instrumento no puede ser intrnsicamente seguro la variable de proceso del instrumento posee alta velocidad de actualizacin. Por ejemplo, algunos caudalmetros no pueden alimentarse del bus porque requieren demasiada energa. Estos caudalmetros tambin poseen alta velocidad de actualizacin. Los medidores Siemens estn disponibles en ambas versiones: MBP y RS-485 (PROFIBUS PA y PROFIBUS DP), y ambas utilizan el perfil estndar y se configuran a travs del bus. NOTA: este libro se basa en PROFIBUS DP-V1 ya que es el protocolo que mejor se adapta a las industrias de procesos por la operacin intrnsecamente segura de su protocolo y las propiedades de configuracin del bus.

Los instrumentos pueden estar en la capa fsica MBP o RS-485 y an as estar diseados para el perl estndar PROFIBUS PA.

HART en PROFIBUSEl Transductor Remoto Direccionable de Alta Velocidad (HART) es un protocolo bien establecido, diseado para conectar dispositivos de campo con sistemas de control. A HART a menudo se lo considera la transicin entre el mundo 4-20 mA y el mundo enteramente digital de PROFIBUS, ya que contiene tanto la seal 4-20 mA, como la seal digital. La seal digital est superpuesta en la seal 4-20 mA y se utiliza para configurar y resolver problemas. La seal 4-20 mA se usa para transmitir la variable de proceso principal. HART es un protocolo bastante simple y no posee el concepto de perfil detallado de PROFIBUS PA. Por lo general, tiene una conexin punto a punto y funciona a 1.200 bits por segundo. El canal de comunicacin no posee la inmunidad al ruido elctrico de PROFIBUS PA. Este protocolo lo desarroll a mediados de los '80 Rosemount, y luego se convirti en un protocolo abierto en 1993, cuando la propiedad intelectual se don a la Fundacin HART Communication (HCF). Hay una gran cantidad de instrumentos instalados basados en HART. La mayora de los instrumentos HART est conectada al sistema de control va una tarjeta 4-20 mA, y la seal digital slo se utiliza en el momento de la puesta en marcha para la configuracin. DP-V1 introdujo un mtodo estandarizado para encapsular el mensaje HART en un paquete PROFIBUS. Esto facilita la integracin de dispositivos HART en redes PROFIBUS. Una gran cantidad de proveedores como CEAG, Pepperl+Fuchs, Siemens y Stahl hicieron mdulos (racks E/S remota) para conectar instrumentos HART a redes PROFIBUS.

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Facilitar la integracin de dispositivos HART en redes PROFIBUS fue una idea brillante, ya que hay muchos instrumentos basados en HART. Tuve un cliente que quera actualizar su planta reemplazando la mayora de los instrumentos. Sin embargo, deseaba mantener muchos que estaban en buenas condiciones, y a pesar de que estaban conectados a tarjetas de entrada 4-20 mA, eran instrumentos HART. Al usar HART con funciones PROFIBUS, pudieron mantener estos instrumentos. Adems, pudieron utilizar la capacidad de diagnstico escondida de estos instrumentos. Con PROFIBUS, el sistema de control estaba configurado para verificar el estado de los instrumentos HART regularmente. Cuando surga alguna anomala, SIMATIC PDM buscaba entre los instrumentos, como si fuera un dispositivo PROFIBUS PA. Configurar el monitoreo de estado requera ms trabajo que con los instrumentos PA, pero an as funcion muy bien, y al no reemplazar esos instrumentos HART, ahorraron mucho dinero.

PROFIsafePROFIsafe agreg un diagnstico mejorado a PROFIBUS, permitiendo as su uso en sistemas seguros, adecuados para aplicaciones hasta SIL-3, segn el estndar IEC-61508. Los sistemas de seguridad requieren un mtodo de transporte de datos seguro, donde la probabilidad de ocurrencia de un error no detectado sea extremadamente baja. Para alcanzar estos altos estndares de seguridad, el sistema debe poder detectar los siguientes errores: 14

PROFIBUS con PROFIsafe fue el primer protocolo abierto certicado por TUV para aplicaciones hasta SIL nivel 3.

repeticin de mensajes prdida de mensajes insercin de mensajes secuenciamiento incorrecto de mensajes corrupcin de los datos transmitidos demora en la recepcin o transmisin de datos mezcla de mensajes estndar con los de seguridad.


Para detectar estos errores, se agregaron las siguientes caractersticas: lazo de retorno de datos (cada mensaje se conrma) vericacin de errores adicional numeracin consecutiva de mensajes tiempo esperado de mensajes identicacin de transmisor y receptor.

Lazo de retorno de datosEste mtodo de confirmar la informacin es similar al de ingresar los nmeros de una tarjeta de crdito por telfono. Este nmero se ingresa y luego el receptor lo repite para confirmar que haya sido grabado correctamente, evitando sorpresas cuando llega la cuenta a fin de mes. PROFISafe hace lo mismo con los datos: repite el mensaje para asegurarse de que sea correcto, reduciendo la probabilidad de transmitir un mensaje errneo. Mientras que PROFIBUS posee verificacin de errores, PROFIsafe aumenta la red de seguridad al retomar el lazo de la informacin para detectar errores de bit.

Vericacin adicional de erroresLa verificacin de errores es un mtodo para verificar que todos los datos que llegan no tengan errores de bit, asegurndose de que el binario 1 no se haya interpretado como binario 0. Hay diferentes mtodos para hacer esto, incluyendo un esquema de verificacin de errores estndar de PROFIBUS. Sin embargo, para los sistemas de seguridad, se necesit una verificacin adicional de errores para rehuir a la posibilidad de un error de bit no detectado.

Nmero consecutivo de mensajesLos mensajes se identifican con un nmero nico consecutivo: si un mensaje se pierde o se corrompe debido a errores de bit, el sistema lo sabe. Por ejemplo, si un controlador recibe el mensaje 123, 124, y luego pasa al 126, sabe que falta el 125.

Tiempo esperado de mensajesLos mensajes no slo deben llegar a destino, sino que tambin deben hacerlo dentro de un tiempo determinado. Esto le asegura que si la comunicacin se interrumpe, ambos lados se enteran lo ms pronto posible.

Identicacin de transmisor y receptorCuando se trabaja con seguridad, asegrese por completo de que el controlador le est hablando al dispositivo correcto y que el dispositivo est hablando con el controlador correcto. Esto evita que un mensaje no relacionado con la seguridad se disfrace de uno de seguridad.15


Sistemas de seguridad y PROFIBUSLos sistemas de seguridad tradicionalmente se instalaban con rels de seguridad. A pesar de que los sistemas cableados son muy conables, son difciles de instalar y mantener, e instalar un sistema de seguridad de rels requiere un cableado manual considerable. Para realizar cualquier cambio o para hacer algn agregado, el recableado se convierte en algo muy costoso y complicado por el gran volumen de cables. Los controladores de automatizacin son ms eficientes ya que se reducen los requisitos de cableado, y modificar cualquier lgica o hacer alguna adicin es a travs del software. Actualmente, PROFIsafe es ampliamente utilizado para enlazar racks E/S remotas en PROFIBUS DP. De este modo, las tarjetas de entrada y salida se colocan cerca de los dispositivos en el campo. El prximo paso para la eficiencia es llevar el protocolo directamente al instrumento de campo. PROFIBUS con PROFIsafe funciona muy bien en ambas topologas. Adems, con la informacin adicional provista por PROFIBUS, los ingenieros de seguridad pueden determinar la causa y el tiempo precisos de una interrupcin. Una vez trabaj con un sistema de seguridad de una planta de acero. Durante la segunda fase de expansin, debamos ampliar el sistema. Dada la complejidad del sistema y la gran cantidad de cables, no era una tarea sencilla, y un pequeo problema en el cableado interrumpira todo el sistema. Rastrear el problema nos llev ms de una hora. Con un sistema PROFIBUS, hubiramos hallado el mismo problema en minutos. Adems, durante la produccin, cada vez que ocurra un disparo de seguridad, nos llevaba un tiempo descubrir por qu el sistema se haba interrumpido. El diagnstico en PROFIBUS hace esta tarea mucho ms fcil y rpida.

PROFIdriveAunque PROFIdrive agrega las funciones necesarias para trabajar con aplicaciones con accionamientos de alta velocidad, PROFIBUS DP funciona bien para muchas de las aplicaciones de accionamientos de la industria de procesos. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, en especial en el control de procesos, la sincronizacin a alta velocidad de muchos accionamientos es absolutamente necesaria.

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Para estas aplicaciones, el estndar PROFIBUS se debe complementar con estas funciones clave de PROFIdrive: tiempo de ciclo DP constante (equidistante) sincronizacin de reloj intercambio de datos entre dispositivos esclavos.

Tiempo de ciclo DP constante (equidistante)En la mayora de las aplicaciones, si hay una pequea variacin durante un ciclo de proceso programado no interesa. Entonces, encender una bomba de aguas residuales a 1122 ms o a 1125 ms no interere con el proceso. Sin embargo, si el eje de una mquina de alta velocidad se mueve dos ms ms tarde de lo que debiera, el proceso s se ve afectado porque en esos dos ms la mquina recorri medio metro. Para estas aplicaciones se requiere un tiempo de ciclo DP constante y PROFIdrive le ofrece esta seguridad.

ms = mili-segundos

Sincronizacin de relojCada accionamiento funciona con su propio reloj. Para una mquina de alta velocidad con ejes mltiples, tener dos accionamientos que deban moverse simultneamente con relojes internos desfasados es un problema. La sincronizacin asegura armona.

Intercambio de datos entre dispositivos esclavosDada la necesidad de alta velocidad, los diferentes dispositivos no pueden esperar a que el maestro enve la informacin a cada esclavo por separado. Entonces, se agreg la funcin de intercambio de datos entre esclavos para resolver este problema. Permite que un esclavo escuche los datos necesarios de otro esclavo. As, un esclavo publica los datos y el otro suscribe a esos datos. En trminos de comunicacin, esto se llama algoritmo de publicador/suscriptor.

PROFINETSi PROFIBUS es un libro, entonces PROFINET es otro libro del mismo autor. PROFINET fue diseado para utilizar grandes secciones del protocolo PROFIBUS. Por ejemplo, el libro PROFINET, tambin tiene captulos llamados PROFIdrive y PROFIsafe. Ambos protocolos poseen muchas cosas en comn, incluyendo la organizacin que los regula, PROFIBUS y PROFINET International (PI).

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PROFINET fue diseado como una red nica y abarcadora para la automatizacin industrial con las siguientes caractersticas: E/S en tiempo real integracin entre pares control de movimiento integracin vertical de diferentes buses seguridad proteccin.

PROFINET usa tecnologa Ethernet que ya hace aos est en el entorno de las oficinas y es la que alimenta Internet. Ethernet define: una capa fsica un esquema de direccionamiento.

ERP MES Columna Ethernet PLC/DCS

DeviceNet PROFIBUS DP

PROFIBUS PA HART FF H1 PROFINET PROXY

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Capa fsica: es el mtodo para transferir informacin de un dispositivo a otro. En el Captulo Tres veremos que PROFIBUS puede tener diferentes capas fsicas. Sin embargo, estas otras capas fsicas para PROFIBUS utilizan el mismo esquema de direccionamiento. Esquema de direccionamiento: Ethernet define su propio esquema de direccionamiento el cual influye significativamente en cmo trabaja la red y el rango de aplicaciones que puede completar. En especial, el esquema de direccionamiento, junto con su capacidad de manejo de datos, facilita el uso de los protocolos basados en Ethernet tanto en redes de rea local como en redes de rea amplia, abarcando diferentes reas geogrficas. Por eso, los protocolos basados en Ethernet cuentan con una ventaja importante en comparacin con los protocolos ms usados en las redes de rea local. PROFINET se desarroll para aprovechar los siguientes aspectos de Ethernet: funciona bien en redes de rea local y en redes de rea amplia se acopla a las redes locales de forma eficiente se adquiere a bajo costo debido al gran volumen de ventas de Ethernet opera con un gran ancho de banda por lo que es muy rpido y maneja gran cantidad de datos. Al disear PROFINET, PROFIBUS International (PI) pudo haber simplemente codificado el mensaje PROFIBUS en un mensaje Ethernet, como lo ha hecho Modbus TCP/IP. Pero como PROFIBUS tambin quera sacar el mayor provecho posible del ancho de banda y de la velocidad de Ethernet, PI dise un nuevo protocolo para utilizar el direccionamiento y la funcionalidad de Ethernet, pero manteniendo la propiedad intelectual PROFIBUS. Esta solucin ptima adopt toda la funcionalidad Ethernet y maximiz sus beneficios. PROFINET se puede utilizar en una amplia gama de aplicaciones como:

Una red de rea local se limita a un rea geogrca pequea como un edicio, una red de rea amplia se ubica a lo largo de una zona geogrca grande como un grupo de edicios, una ciudad o una planta.

conectar diferentes redes accionamientos de alta velocidad control distribuido. La lista se ampla siempre ya que PI agrega continuamente ms funcionalidades a PROFINET.

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Cuando nos preguntan si deben usar PROFINET o PROFIBUS, la respuesta es "S". Ambos protocolos se complementan. Del mismo modo que cuando utiliza Word y Excel9, el usuario pasa fcilmente de un protocolo a otro para realizar diferentes tareas, y puede usar el conocimiento comn tanto para uno como para otro. Cada uno de los dos protocolos posee aplicaciones en las que se destaca y es decisin del usuario final elegir la mejor para sus aplicaciones. PI cree que ambos continuarn creciendo, pero en el futuro, PROFIBUS comenzar a quedar de lado y PROFINET ganar ms terreno debido a las ventajas de Ethernet mencionadas anteriormente. Pero esto, sin embargo, llevar un tiempo. En las aplicaciones de automatizacin de procesos, PROFINET se utiliza para unir PROFIBUS con otras redes. Pero para las aplicaciones de control, hay pocos proyectos PROFINET, ya que la mayora actualmente usa PROFIBUS. NOTA: la unin de redes es una funcin avanzada, por eso, PROFINET no se ver en detalle en esta publicacin.

Prxima parada del BUSEn los siguientes captulos veremos cmo funciona PROFIBUS y cmo utilizarlo. A modo de introduccin a PROFIBUS, el contenido se enfoca en aplicaciones prcticas, limitando la teora a proveer una base en pos de la comprensin. A continuacin en el recorrido de este bus veremos lo siguiente: detalles sobre cmo funciona el protocolo perfiles y cmo se disean para ayudar al usuario de procesos diferentes capas fsicas y componentes de red cmo disear y construir una red PROFIBUS cmo operar una red PROFIBUS cmo resolver problemas de una red PROFIBUS.

As que tome asiento, no pierda de vista su boleto de transferencia y que comience el viaje.

9

Word y Excel son marcas registradas de Microsoft Corporation.

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Captulo Dos

Cmo funciona el BUSY corres y corres para alcanzar el sol, pero se est hundiendo, dando la vuelta para salir detrs de ti de nuevo.1 Cuando PROFIBUS International ampli el protocolo PROFIBUS a DP-V1 para que funcione mejor en las industrias de procesos, no slo incluy las funciones adicionales del protocolo, sino que tambin estableci los estndares asociados con el funcionamiento de los dispositivos. Este captulo analiza cmo funciona el protocolo, los dispositivos clave estndar que se agregaron y los beneficios que se obtuvieron.

La ruta del BUSEste bus hace las siguientes paradas: conceptos simples: lo bsico para entender PROFIBUS escaneo del bus PROFIBUS: cmo funciona diagnstico perfiles: estndares de los dispositivos.

Conceptos simplesPROFIBUS se basa en una cantidad de conceptos y trminos simples, y esta seccin los define y los une para mostrarles cmo funciona el protocolo.

Maestro-esclavo y la red en anilloEl protocolo PROFIBUS trabaja combinando dos conceptos de comunicacin bastante sencillos llamados maestro-esclavo y red de anillo, que conforman la base de operaciones del protocolo. Maestro-Esclavo: esta relacin es el corazn del protocolo PROFIBUS. En un protocolo maestro-esclavo, un dispositivo de la red est definido como maestro y es aquel que posee el mando. Todos los otros dispositivos de la red se llaman esclavos. Ningn esclavo puede hablar en la red, salvo que el maestro primero le diga al dispositivo que puede hacerlo.

Hablar en la red signica transmitir datos.

1

Pink Floyd, Time. Dark Side of the Moon, 1973.

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Captulo 2: Cmo funciona el BUS

Red en anillo: Este concepto funciona como una carrera de relevos en la que se pasa un testigo de un corredor al siguiente, quien no puede correr hasta que no tenga el testigo. PROFIBUS utiliza el mismo concepto entre diferentes maestros. Un maestro slo puede hablar en un bus cuando tiene el testigo. Este testigo pasa de maestro en maestro, de a uno por vez, en crculo. El testigo es un permiso del maestro para hablar y completar su funcin, y despus pasarlo. Cuando el testigo termin su circuito, vuelve a comenzar. Maestro: el mundo PROFIBUS define dos tipos diferentes de maestro: Maestro clase uno Controlador tpico (por ej. Sistema de Control Distribuido [DCS], Controlador Lgico Programable [PLC]) Maestro clase dos Estacin de trabajo de ingeniera estndar utilizada para configurar la red o resolver problemas (por ej. SIMATIC PDM). Esclavo: cualquier dispositivo que no es un maestro de clase uno ni dos es un dispositivo esclavo. Un dispositivo esclavo slo habla en el bus cuando le hablan. La mayor parte de los dispositivos en una red PROFIBUS son esclavos ya que hacen la mayor parte de las tareas pesadas.

Tipos de mensajes PROFIBUSPROFIBUS posee dos tipos diferentes de mensajes: los mensajes de prioridad temporal crtica y los de prioridad temporal no crtica, que se diferencian por la velocidad a la que se entregan. Mensajes de prioridad temporal crtica: comunicacin de informacin de entrada/salida (E/S) que se utiliza para control. Llegan va servicios cclicos. Mensajes de prioridad temporal no crtica: comunicacin de informacin de configuracin y diagnstico avanzado. Llegan va servicios acclicos. Servicios cclicos: son un grupo de comandos que se utilizan durante el intercambio de datos entre el maestro y el esclavo. Se llama cclico porque los comandos ocurren en cada ciclo del bus, y por lo general son enviados por un maestro clase uno. Los datos de estos mensajes son tpicamente de entrada/salida (E/S) a los fines del control. Estos mensajes son todos de prioridad temporal cclica. En PROFIBUS DP-V0, el formato de los datos de E/S no est definido. Sin embargo, para los dispositivos diseados segn las especificaciones de perfil de PROFIBUS PA (DP-V1), las E/S estn definidas. La especificacin del perfil de PROFIBUS PA es la estandarizacin de un dispositivo de campo desde el punto de vista del bus. Es decir, define cules son los parmetros de las E/S. Esto se analiza ms en detalle en la seccin de perfiles PROFIBUS del Captulo Dos.

Los datos de entrada son los que vienen del dispositivo de campo, y los datos de salida, los que van al dispositivo de campo.

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Las E/S son analgicas y digitales. Los datos analgicos se ocupan de las variables que estn representadas por un nmero de coma flotante. Dos ejemplos de nmeros de coma flotante seran 1,234 o 23,34458. Estos nmeros representaran medidas en el mundo real como la temperatura en grados C o el nivel en metros. Los datos digitales se ocupan de las variables que son ON u OFF, y que se representan con un 1 para ON, y con 0 para OFF. Estos nmeros reflejan el estado de algo en el mundo real como si las luces estn encendidas o apagadas, o si un tanque est lleno o no. Digital y analgico se envan en diferente formato en PROFIBUS. Una variable de entrada/salida analgica se enva con cinco bytes: los primeros cuatro bytes son la representacin de la coma flotante IEEE2 de la variable de proceso principal (PV) el quinto byte es el que refleja el estado de la PV.Valor coma otante IEEE Byte estadoUn byte tiene 8 bits de largo. Un bit es un dgito binario, 1 o 0.

Byte 1

Byte 2

Byte 3

Byte 4

Byte 5

Una variable de entrada/salida digital se enva como dos bytes: el primer byte refleja el valor del interruptor (ON u OFF) el segundo byte refleja el estado de la PV.Valor digital Estado

Byte 1

Byte 2

Servicios acclicos: son un grupo de comandos utilizados luego del intercambio de datos entre el maestro y el esclavo. Se llama acclico porque se inicia slo a pedido y puede tardar varios ciclos hasta completar la comunicacin, y el maestro nunca sabe exactamente cundo se completar, quizs slo le tome 100 ms o quizs ms. Los datos comunicados de esta forma son de configuracin o de diagnstico avanzado que slo utilizan los operadores humanos. Por lo tanto, un tiempo de demora variado no representa un problema para las operaciones del sistema.

2

El IEEE es el Instituto de Ingenieros Elctricos y Electrnicos. Establece los estndares de comunicacin digital como el IEEE 754 que dene cmo representar un nmero de coma otante en formato de nmero real breve.

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Escaneo del bus PROFIBUS (la ruta del bus!)Esta seccin une maestro-esclavo, red en anillo, maestros mltiples, esclavos, servicios cclicos y servicios acclicos para mostrar cmo funciona el escaneo del bus PROFIBUS. La operacin real de un escaneo de bus es similar a la ruta que sigue un autobs de pasajeros en sus rondas: cada parada est planificada y cronometrada, y toda la ruta esta pre-planificada. Para entender mejor esto, conviene mirar un sistema con dos maestros clase 1, y uno clase 2 (llamados maestro A, maestro B y maestro C respectivamente). El maestro A tiene 4 esclavos: esclavo 1, esclavo 2, esclavo 3 y esclavo 4. El maestro B tiene 3 esclavos: esclavo 5, esclavo 6 y esclavo 7. El maestro C no tiene esclavos y es un maestro clase 2. maestro A maestro B maestro C clase 1 clase 1 clase 2 esclavo 1, esclavo 2, esclavo 3, y esclavo 4 esclavo 5, esclavo 6, y esclavo 7 sin esclavos

El escaneo de bus seguir el siguiente orden: el Maestro A recibe el testigo el Maestro A enva salidas al esclavo 1 y pide entradas el Esclavo 1 enva entradas a maestro A el Maestro A enva salidas al esclavo 2 y pide entradas el Esclavo 2 enva entradas a maestro A el Maestro A enva salidas al esclavo 3 y pide entradas el Esclavo 3 enva entradas a maestro A el Maestro A enva salidas al esclavo 4 y pide entradas el Esclavo 4 enva entradas a maestro A. El Maestro A tiene algo de tiempo para enviar una lectura acclica o escribir una en sus esclavos. Sin embargo, esta vez no hay comandos no cclicos pendientes, as que le pasa el testigo al maestro B. el Maestro B enva salidas al esclavo 5 y pide entradas el Esclavo 5 enva entradas a maestro B el Maestro B enva salidas al esclavo 6 y pide entradas el Esclavo 6 enva entradas a maestro B el Maestro B enva salidas al esclavo 7 y pide entradas el Esclavo 7 enva entradas a maestro B.

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El Maestro B tiene un poco de tiempo para enviar una lectura acclica o escribirle a uno de sus esclavos. En este caso, tiene una lectura acclica pendiente de la ltima vez que intent leer informacin del esclavo 6, pero obtuvo un mensaje de respuesta diciendo que estaba ocupado. El maestro B enva un pedido de lectura acclica al esclavo 6. El esclavo 6 tuvo el tiempo suficiente para reunir la informacin que el maestro B quera, entonces responde al pedido de lectura acclico al enviarle la informacin requerida al maestro B. El Maestro B le pasa el testigo al maestro C. 3

El Maestro C est en pleno proceso de lectura de los datos de configuracin del esclavo 2, entonces le enva una lectura acclica al esclavo 2. El esclavo 2 enva los datos de configuracin pedidos al maestro C. El Maestro C pasa al testigo a maestro A y el proceso se inicia nuevamente. NOTA: esta representacin de escaneo es una simplificacin donde se omiten los mensajes administrativos de la red para mayor claridad.3 Este esquema es una representacin visual del escaneo del bus.

PROFIBUS DPMaestro clase 1 (p ej. PLC)

TESTIGO

PROFIBUS DPMaestro clase 1 (p ej. PLC)

TESTIGO

PROFIBUS DPMaestro clase 2 (p.ej. estacin de ingeniera)

DP-esclavo 1

DP-esclavo 2

DP-esclavo 3

DP-esclavo 4

DP-esclavo 5

DP-esclavo 6

DP-esclavo 7

Comandos acclicos de un maestro clase uno o dosLos servicios acclicos ofrecen un mtodo para leer y escribir informacin de prioridad temporal cclica desde y hacia el dispositivo de campo. Para que esto funcione, tanto el dispositivo de campo como el maestro deben soportar DP-V1.Para ms detalles sobre escaneo de bus lea The New Rapid Way to PROFIBUS DP, Manfred Popp, y PROFIBUS PA Instrumentation Technology for the Process Industry, Ch. Diedrich y Th. Bangemann.

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Estos comandos acclicos pueden venir del maestro clase 1 o 2. Los cdigos de comando del maestro clase 1 son diferentes de los del maestro clase 2, complicando as las cosas porque el dispositivo de campo debe soportar ambas series de comandos. Los dispositivos de campo lanzados entre 1998 y 2002 slo soportan los comandos acclicos que vienen del maestro clase 2, posiblemente porque en esa poca, ningn maestro clase 1 soportaba comandos acclicos. Esto ahora ha cambiado. Los servicios acclicos en un maestro clase 1 le permiten al controlador: acceder a datos de diagnstico adicional cambiar la configuracin del dispositivo de campo sobre la marcha. Ranura de direccionamiento e ndice acclicos: por lo general, los maestros clase 2, como el SIMATIC Process Device Manager (PDM), se configuran de modo tal que el usuario final no tenga que saber nada sobre direccionamiento acclico para usar el software, este slo pide un parmetro y hay un archivo del software que se ocupa del direccionamiento. No obstante, cuando se utiliza un maestro clase 1 como un PLC o DCS para leer/escribir parmetros de configuracin, se debe conocer el procedimiento de direccionamiento. Actualmente hay pocas aplicaciones que requieren un maestro clase 1 para acceder a los datos acclicos. Este direccionamiento tiene forma de ranura y un nmero de ndice absoluto4 que actan como las coordenadas X e Y de un mapa. La informacin est ubicada en un nmero de ranura especfico y un cierto ndice absoluto, y puede ser una variable o un grupo de variables.

109

ndice absoluto

0

1 2 ndice de ranura

3

5

Ejemplo: para saber la temperatura interna del dispositivo, leer ranura 1, ndice absoluto 109.4

El ndice absoluto se llama a veces simplemente el ndice. Esto vara segn el documento.

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Mensaje PROFIBUSEl mensaje real PROFIBUS que pas del maestro al esclavo y del esclavo a maestro se describe en varios documentos.5 Para el usuario final, el formato del mensaje no tiene valor ms que saber que la longitud de los datos est establecida en 244 bytes. Esto es importante para PROFIBUS porque maneja muchos ms datos en un mensaje en comparacin con muchos otros protocolos industriales como DeviceNet o Modbus RTU.

DiagnsticoEl diagnstico es una funcin fundamental del protocolo de bus de campo, y PROFIBUS ofrece una funcionalidad de diagnstico completa para la red, asegurndose de que los instrumentos informen todos los estados al maestro y que se implementen diferentes acciones para lidiar con este asunto.

Diagnstico cclicoLa comunicacin de dos vas es la base de todo bus de campo como PROFIBUS porque es vital que el dispositivo esclavo alerte al maestro de cualquier evento. En todos los dispositivos PROFIBUS (DP-V0 y superiores), un esclavo puede indicar al maestro una solicitud de diagnstico durante el prximo ciclo. Un esclavo simplemente pone una bandera de solicitud de diagnstico en su mensaje de respuesta de intercambio de datos, as solicita un diagnstico. Luego de que el esclavo emite una solicitud de diagnstico, el maestro emite el comando en el siguiente ciclo del bus. El mensaje de respuesta al diagnstico est compuesto del mensaje de diagnstico ms un diagnstico extendido. NOTAS: El mensaje de diagnstico principal indica errores o problemas relacionados con la configuracin del controlador. PROFIBUS International define todos estos mensajes. El diagnstico extendido abarca lo relacionado con el dispositivo de campo.

5

Para ms detalles sobre mensaje PROFIBUS, por favor, remtase a The New Rapid Way to PROFIBUS DP de Manfred Popp, o PROFIBUS PA Instrumentation Technology for the Process Industry, Ch. Diedrich y Th. Bangemann.

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mensaje de diagnstico + diagnstico extendido mensaje de diagnstico (def. PI6): configuracin de datos cclicos errnea tamao de datos incorrecto mdulo incorrecto nmero de identificacin incorrecto

Configuracin del controlador

Diagnstico extendido (definicin Perfil y Dispositivo): falla electrnica configuracin invlida temperatura electrnica muy alta reinicio realizado falla de medicin ms diagnsticos disponibles

Falla o configuracin del dispositivo

Diagnsticos en DP-V1: adems del mensaje de diagnstico cclico, un dispositivo escrito segn las especificaciones de perfil PROFIBUS DP-V1 tambin ofrecer dos fuentes de diagnstico adicionales: el byte de estado cclico y los mensajes de diagnstico acclicos. Byte de estado cclico: todos los dispositivos escritos segn las especificaciones de perfil PROFIBUS PA devuelven un estado con cada variable de entrada. Este byte de estado ofrece principalmente informacin sobre el estado de la variable del proceso (PV) determinando si es un buen valor o no. Este byte de estado tambin comunica las alarmas altas y bajas. La mayora de los errores de cdigo poseen significados pre-definidos, cuyos valores define PI. Se reservan otros cdigos para que el fabricante de instrumentos refleje los errores especficos de su dispositivo. Los cdigos de buena calidad y de calidad dudosa son los mismos para todos los dispositivos PROFIBUS. Los cdigos de mala calidad cambian segn el dispositivo. Por ejemplo, mientras que un hexadecimal 10 sera un cdigo malo de falla de sensor en un transmisor de temperatura, sera Prdida de Eco (LOE) en un dispositivo de radar.

6 PI signica para PROFIBUS y PROFINET International, una organizacin independiente que administra los protocolos PROFIBUS y PROFINET.

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Cdigos de estado para buena calidad Valores en notacin hex 0x80 0x84 0x89 0x8A 0x8D 0x8E Descripcin Los datos son BUENOS Se ha cambiado un parmetro en el bloque de funcin: estado activo por 10 s Alarma baja activa Alarma alta activa Alarma baja activa Alarma alta activa Cdigos de estado para calidad dudosa Valores en notacin hex 0x4B 0x4C/0x4F 0x47 Descripcin El valor es un valor sustituido (normalmente usado en Failsafe). Valor inicial. ltimo valor usable.

Cdigos de estado para mala calidad Valores en notacin hex 0x10 Descripcin El timer LOE ha vencido: esto lo puede causar el LOE o un mal funcionamiento del sensor: valor MALO. Hay un error en la configuracin de los bloques de funcin en PROFIBUS PA. El bloque de funcin o el bloque transductor se desconectaron del servicio.

0x01 0x1F

Byte de estado condensado: cuando el perfil V3-01 introdujo el byte de estado condensado, redefini los cdigos de error: menos mensajes de error mensajes de error ms significativos fcil separacin de las alarmas de procesos y de mantenimiento al tenerlas mapeadas por bit para que se filtren ms fcilmente. introduccin de nuevos cdigos para tres niveles de alertas de mantenimiento: mantenimiento requerido, mantenimiento obligatorio, alarma de mantenimiento.

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Los dispositivos lanzados antes de 2006, slo soportan el byte de estado expandido mostrado antes y llamado comnmente byte de estado. Generalmente, todos los dispositivos lanzados despus del 2006 soportan los bytes de estado condensado. Muchos de estos dispositivos le brindan la opcin al usuario de elegir entre el byte de estado extendido y el byte de estado condensado. Muchos de los cdigos del byte de estado condensado no cambian en comparacin con el byte de estado expandido. Por ejemplo, un cdigo de buen estado sigue siendo hex 80. La tabla a continuacin ofrece ms ejemplos:Estado Condensado (BUENO) Valor hex 0x80 0x84 ESTADO-BUENO BUENO: OK BUENO : evento de actualizacin BUENO : activar alarma de recomendacin BUENO : verifica lmite / actualizacin BUENO: requiere mantenimiento BUENO: mantenimiento obligatorio BUENO : verficacin de funcin Descripcin No se asocia error o estado especial con este valor. Si el valor es bueno y el bloque tiene un evento de actualizacin activo. (El estado permanece activo 20 segundos.) Si el valor es bueno y el bloque posee una alarma activa. Igual que los cdigos de estado originales. Valor vlido. Mantenimiento a mediano plazo. Valor vlido. Mantenimiento a corto plazo. El dispositivo realiza una verificacin interna de funciones sin influenciar al proceso. Valor vlido.

0x86

0x800x8E

0xA40xA7

0xA80xAB

0xBC0xBF

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Estado Condensado (INCIERTO) Valor hex 0x45 0x4F Estado: BUENO INCIERTO: set sustituto INCIERTO: valor inicial Descripcin Slo salida de lgica failsafe. Valor predefinido hasta que no haya un valor medido disponible o hasta que se haga un diagnstico que afecte el valor y el estado acordados. El uso del valor del proceso depende de la aplicacin. Valor potencialmente invlido. La causa se determina leyendo el diagnstico extendido. Se exige mantenimiento a corto plazo.

0x680x6B

INCIERTO: mantenimiento obligatorio

Diagnstico acclicoEl canal de comunicacin acclica PROFIBUS les permite a los fabricantes de instrumentos ofrecer informacin de diagnstico muy detallada que no cabra ni el byte de estado ni en el mensaje de diagnstico cclico. Luego de que la solicitud de diagnstico y el byte de estado advierten al usuario de un error, se pueden recibir dos mensajes va comunicacin acclica: mensaje de diagnstico acclico mensaje de diagnstico extendido acclico. Mensaje de diagnstico acclico: este mensaje es el mismo que el mensaje de diagnostico extendido cclico. No obstante, esta informacin se repite como mensaje acclico porque las herramientas de ingeniera como SIMATIC PDM slo tienen acceso a la informacin acclica.

NOTA: describe condiciones y acciones del dispositivo requeridas Ver tems tildados

NOTA: describe posibles causas del estado del dispositivo y sugiere acciones

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Mensaje de diagnstico extendido acclico: el mensaje de diagnstico extendido acclico brinda ms detalles sobre el estado del dispositivo y el estado operativo. Esta informacin la lee el maestro clase 1 o clase 2. Una estacin de trabajo de ingeniera cuenta con la ventaja de utilizar informacin en el EDD (o DTM) para visualizar toda la informacin de diagnstico, tanto de diagnstico como de diagnstico extendido de modo muy simple.

A primera vista, la informacin de diagnstico que est expandida a lo largo de los canales cclicos y acclicos parece compleja. Pero el sistema se har cargo de la mayor parte y el usuario inexperto slo debe saber lo siguiente: monitorear el byte de estado monitorear la tabla de fallas del controlador cuando hay un error en el dispositivo de campo, utilice el software de configuracin para abrir la pgina de diagnstico del dispositivo que le dir todo lo que necesita saber.

Perles PROFIBUSLos perfiles de dispositivo son una gran caracterstica de PROFIBUS y su uso aumenta en gran medida el uso del protocolo. Un perfil de dispositivo es un estndar basado en la "representacin de un dispositivo en trminos de parmetros, ensambles de parmetros y estados de modelo que describe los datos y la conducta del dispositivo a travs de la red" 7. Entonces, un perfil brinda la estandarizacin de un dispositivo desde el punto de vista de la red para intercambiar datos, configuracin y funcionalidad. PROFIBUS tiene perfiles para una amplia seleccin de equipos. Por ejemplo, hay perfiles para: sistemas de accionamientos automatizacin de procesos (nivel, temperatura, flujo y transmisores de presin, posicionadores de vlvula) robots y control numrico encoders7

Los perles PROFIBUS son lderes en la estandarizacin de dispositivos

Comisin Electrotcnica Internacional (IEC) Estndar TS 61915:2003, p. 15.

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accionamientos hidrulicos dispositivos para la manufactura de semiconductores aparatos de conmutacin de baja tensin dosificacin y pesaje bombas lquidas.

Esta no es una lista completa y se ampla continuamente. Antes de establecer los perfiles, cada proveedor defini sus parmetros ms importantes, que generaron definiciones de parmetros completamente diferentes. Esta diferencia caus muchos problemas con los usuarios finales porque la mayora acab con dispositivos de proveedores diferentes, generando confusiones de red cuando se pasaba de un proveedor a otro. Esta confusin se ha minimizado al definir los perfiles que ahora estipulan comnmente los parmetros que comparten todos los proveedores. Tambin define el formato de la variable de salida y una palabra de estado que informa al usuario el estado de la salida. Beneficios clave del perfil estndar: Facilidad de uso: el perfil estndar crea muchas similitudes entre dispositivos parecidos y diferentes; por ende los instrumentos de campo PROFIBUS son fciles de usar, incluso en redes grandes con instrumentos mezclados. Fcil intercambiabilidad: es la capacidad para pasar del dispositivo de un proveedor a otro dispositivo similar de otro proveedor. El perfil estndar PROFIBUS facilita esto ms que ningn otro protocolo. Un perfil define: Los datos que se presentan en la red y el formato de los mismos. Funciones estndar que la red puede utilizar para obtener y manipular datos (es decir, bloque de entrada analgica con escalamiento). Parmetros estndar necesarios para configurar el dispositivo. Mtodos o procedimientos para comunicar parmetros al dispositivo a travs de la red de comunicacin. El perfil estndar PROFIBUS define los parmetros bsicos que cada dispositivo de cada tipo debe tener y de dnde obtenerlos. Tambin define cmo se presenta en la red la variable de proceso. Adherir a un perfil estndar PROFIBUS permite tener muchas similitudes entre los dispositivos, ms all de quin sea el proveedor.

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La discusin que resta sobre perfiles se enfoca en el perfil para la automatizacin de procesos que define los perfiles para transmisores de nivel, flujo, temperatura, presin y posicionadores de vlvulas.

Ejemplo de perl: conguracin de un dispositivo de nivel8Este ejemplo compara el trabajo necesario para pasar de un monitor de nivel del proveedor A al del proveedor B. Se deben llevar a cabo las siguientes tareas para hacer esta integracin: 1. Configurar el dispositivo. 2. Configurar la red de comunicacin. 3. Configurar el maestro. Para comparar, hay dos tipos de configuracin: una sin perfiles y la otra con perfiles. Sin perfiles: se programa cada dispositivo con una serie de parmetros que hacen bsicamente lo mismo. Pero, lo confuso es que los nombres y el orden de estos parmetros es diferente. Es ms, lo que se logra con una configuracin en un producto puede llevar varias configuraciones en otro. Como se ve en la Configuracin Rpida de los tanques de ambos proveedores, ni los parmetros ni la terminologa es la misma, aunque las condiciones del tanque s lo sean. Estas variaciones pueden complicar la configuracin, requerir ms capacitacin, ms tiempo y ms costos a la instalacin porque cada dispositivo se ingresa de forma diferente. Ambos dispositivos tambin requieren configuracin de comunicacin y definen la informacin que pasa a la red. Aqu nuevamente ambos dispositivos poseen diferentes parmetros de configuracin y presentan informacin diferente. El dispositivo maestro se debe programar de modo tal que recupere estos datos de los dispositivos, y que despus se agreguen cdigos especiales para obtener la informacin (escalamiento, formato) en la forma requerida. La rutina que utiliza el proveedor A es totalmente diferente de la del proveedor B. Adems, cada dispositivo enva su indicador de estado. Los indicadores de estado son diferentes, y debe verificar cada uno de ellos, adems de la configuracin de sus alarmas en la interfaz hombre-mquina (HMI). Todas estas diferencias complican la tarea de instalacin.

8

Esta seccin est adaptada de Benets of the Prole Concept, James Powell. ISA, 2004.

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Proveedor A

Proveedor B

C

A 100% B C

A B

0%

A = Vaco B = Espacio C = Casi vaco Conguracin rpida P001 Operacin P002 Material P003 Medir respuesta P004 Transductor P005 Unidades P006 Distancia vaca P007 Tramo

A = Distancia de bloqueo B = Distancia vaca C = Nivel lleno Conguracin rpida C1 Distancia vaca C2 Nivel lleno C3 Distancia de bloqueo D3 Unidades D4 Modo operativo D5 Aplicacin de nivel

Los datos presentados al maestro tambin difieren. Proveedor A Byte 0 a 1: palabra de estado (mapeo de bit por tanque, 0 = OK, 1 = error) Byte 2 a 3: nivel en tanque 1 como porcentaje del tramo multiplicado por 100 Byte 4 a 5: nivel en tanque 2 como porcentaje del tramo multiplicado por 100 Proveedor B Byte 0 a 3: medida de distancia en tanque 1 Byte 4 a 5: estado para tanque 1 (valor de 1000 = OK) Byte 6 a 9: medida de distancia en tanque 2 Byte 10 a 11: estado para tanque 2 (valor de 1000 = OK)

Con perfiles: Cada dispositivo PROFIBUS posee un archivo de datos asociado que se llama archivo punto GSD (.gsd). Es el que le dice al maestro qu es el dispositivo y qu variables puede ofrecer.35


Slo cargue el archivo en el software de configuracin para el maestro y elija la informacin necesaria (en este caso, sera nivel, distancia o volumen). La operacin es sencilla y es igual para cada proveedor que adhiera al perfil. Al configurar el dispositivo, ambos dispositivos deben tener un archivo GSD diferente, pero presentar la misma informacin a la red. Por lo tanto, pasar de uno a otro implicara slo borrar uno y arrastrar el nuevo, colocndole la misma direccin.Valor coma otante IEEE Byte estado

Byte 1

Byte 2

Byte 3

Byte 4

Byte 5

La definicin de tanque est en el perfil estndar, as que es igual para ambos dispositivos. Entonces, los parmetros centrales son iguales para ambos, y hay un slo conjunto de parmetros centrales que recordar.

Ajuste del sensor

Nivel alto (predeterminado 100)

Calibracin punto alto

Nivel bajo (predeterminado 0)

Nivel Desfase de nivel

Calibracin punto bajo

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Dentro del perfil hay una definicin de la salida y un mtodo para escalar. El escalamiento se realiza en un dispositivo usando un bloque de entrada analgica llamado entrada porque los datos se ven desde la perspectiva del maestro PROFIBUS. La salida de este bloque es una representacin flotante IEEE de la variable del proceso ms el byte de estado. La variable del proceso se puede escalar en el dispositivo para que coincida con lo que la HMI desee. La palabra de estado se lee en el maestro PROFIBUS y se activa su alarma de all tambin. El resultado del perfil es que no necesita programacin especial en el maestro PROFIBUS para el escalamiento o para monitorear el estado.

ConclusinLos perfiles simplifican la instalacin y la configuracin de diferentes dispositivos de campo. Sin perfiles: hay dos pasos de configuracin que no son parecidos hay dos rutinas en el maestro para ajustar datos entrantes hay dos rutinas en el maestro para monitorear el estado de los dispositivos hay un cdigo agregado en la HMI para indicar error. Con perfiles: no hay rutinas especiales en el maestro para ajustar datos no hay rutinas especiales en el maestro para monitorear el estado de los dispositivos no hay cdigos especiales en la HMI para indicar error hay dos configuraciones que son muy similares.

Operacin de un perl de instrumento de campoPara las computadoras que poseen grandes sistemas de control DCS o PLC, se ha desarrollado un lenguaje que utiliza bloques, predefinidos, un lenguaje familiar para los ingenieros de control. Tambin se lo conoce como diagrama de bloques de funcin (FBD) o simplemente diagrama de bloque. Cada bloque es una representacin grfica de un programa que realiza una tarea como comparar dos valores o encender una bomba. Los bloques poseen entradas y salidas, y una programacin grfica simple que dibuja lneas entre los bloques. Cada bloque realiza una funcin o una serie de funciones que se leen de izquierda a derecha, de arriba hacia abajo. De un bloque se pasa al prximo bloque. Algunos bloques detendrn el flujo en esa lnea segn el resultado del clculo. Un bloque complicado puede definirse al conectar una serie de bloques ms simples, ofreciendo niveles de

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programacin, haciendo que una tarea compleja sea fcil de comprender.Comparar > R

Nivel Tanque 1

En 1

Bomba 1 Ajustar

4,5

En 2

Comenzando por la izquierda, este bloque de diagrama muestra cmo el primer bloque es una funcin de comparacin. Compara dos entradas para ver si una es ms grande que la otra. En este caso, verifica si la variable del tanque 1 es mayor a 4,5 metros. Si es cierto, el bloque conectado se ejecutar. Este segundo bloque es un bloque determinado que, por ejemplo, encender la bomba 1. Si el valor no es mayor a 4,5 metros, el bloque de la izquierda no se ejecuta y la bomba permanece apagada. Este ejemplo simple se puede trasladar a un algoritmo de control de bomba y combinar para hacer un bloque llamado Control de Bomba. Para PROFIBUS, el instrumento forma parte de una serie de bloques; los dispositivos de nivel, presin o temperatura funcionan de la misma manera.

Sensor Temperatura electrnica

Sensor

Bloque transductor

Entrada analgica Bloque de funcin 2

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PROFIBUS PA

Entrada analgica Bloque de funcin 1


La informacin del sensor ingresa al bloque transductor que luego enva la informacin a los bloques de funcin de entrada analgica. Note que los bloques analgicos se llaman bloques de entrada porque el flujo de informacin se observa desde el sistema de control. Estos bloques de entrada analgica son similares a los bloques de entrada analgica para entradas 4-20 mA, salvo que en ese caso, no se ejecutan en el controlador principal y ofrecen informacin de estado tambin. Un sensor de temperatura interno tambin alimenta el bloque transductor. Este sensor verifica el estado del instrumento monitoreando la temperatura e informado al usuario antes de que ocurra algo. El bloque transductor, un dispositivo de nivel en este ejemplo, tambin se define en trminos de bloques mltiples. Todos estos bloques (con excepcin del bloque de tecnologa del sensor), se definen en PROFIBUS Profile Standard V 3.0.Valor de sensor Nivel Valor primario [Nivel/Volumen] (Unidades nivel/ volumen)

Sensor

Tecnologa del sensor

Calibracin

Linealizacin

PV(Entrada analgica)

AIFB1

Ajuste sensor

Ajuste nivel Punto Punto calibracin calibracin alto bajo Punto nivel Punto nivel alto bajo Tipo calibracin

Tipo de linearizacin Valor secundario 1 [Nivel] (Unidades nivel)

SV1

(Entrada analgica)

AIFB2

SV2Valor secundario 2 [Distancia 1] (Unidad sensor)

Como con las subrutinas en la mayora de los lenguajes de computacin, los valores que pasan entre los bloques tambin poseen un indicador de estado que indica que el clculo (o en este caso la variable del proceso) est bien. Este indicador de estado es un resultado lgico del uso de la estructura de modelo de bloque, ya que los bloques tambin realizan auto-diagnsticos, alertando al sistema de control sobre problemas en el instrumento mismo. Al usar los bloques, los ingenieros de control ven al instrumento en un lenguaje que conocen. El bloque de funcin de entrada y salida analgica que previamente se ejecut en el controlador principal, ahora se ejecuta en el instrumento mismo. De hecho, desde el punto de vista del ingeniero de control, dnde se ejecute el cdigo no tiene importancia ya que es slo un sistema que controlar y modificar a su gusto.

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Evolucin del perl estndarLa primera versin que se lanz del documento del perfil estndar, Profile V.3.0 se public en 1999, y define la salida estndar y estandariza los parmetros de los dispositivos. Dentro de este estndar definido hay dos tipos de dispositivos: Dispositivos clase A: utilizan el modelo de bloque pero no el bloque transductor estandarizado o los parmetros estandarizados. Dispositivos clase B: utilizan el perfil estndar completo. El dispositivo clase A se defini para facilitar a los fabricantes el cumplimiento del estndar y el lanzamiento del producto. Ya no es aceptable para la certificacin PROFIBUS. Para el usuario final, se recomienda el uso de dispositivos clase B, Profile V.3.0. Este es el tipo de dispositivo que le dar al usuario final todos los beneficios principales. Hoy, la mayora de los dispositivos PROFIBUS PA lanzados estn diseados para Profile V.3.0 clase B o superior.

Se lanz en 1996 una versin de prueba de Prole V.2.0

ActualizacionesDesde el lanzamiento del perfil estndar en 1999, hubo dos actualizaciones menores: Versin 3.01 lanzada en 2004. Versin 3.02 lanzada a principios de 2009. Versin 3.01: enfocada a los mensajes de error/diagnstico y al flujo de esos mensajes. Agreg un byte alternativo llamado Estado Condensado con el siguiente efecto: reduccin de la cantidad de mensajes de error creacin de una progresin de pasos de alerta para mensajes de mantenimiento (mantenimiento requerido, mantenimiento obligatorio, alarma de mantenimiento). filtro fcil entre las alarmas de proceso y de mantenimiento. A los cdigos de estado condensado se les realiza un mapeo de bits para que un slo filtro de bit separe las alarmas de proceso de las de mantenimiento. permite que el usuario tenga un control total de los mensajes de error (es decir, el usuario final accede al instrumento y elige si un error debera ser un error, una advertencia o no ser una alerta). Versin 3.02: ofrece muchas mejoras de integracin: mejora la velocidad de carga/descarga en un factor de seis mejora la integracin del dispositivo a travs de un mejor manipuleo de la versin.

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PROFIBUS International trabaja continuamente para mejorar el perfil estndar. La instrumentacin es un campo que crece rpidamente, tanto a nivel de mercado como tecnolgico, y la comunicacin de bus de campo es un componente integral de dicho crecimiento. PROFIBUS se compromete con ese crecimiento y con la maximizacin del potencial de comunicacin para que las empresas puedan cosechar los beneficios de redes efectivas.

Prxima parada del BUS: Capas fsicas y componentes de redEn el prximo captulo analizaremos las diferentes capas y componentes que puede hallar en PROFIBUS y que componen una red PROFIBUS.

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Notas

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Captulo Tres

Capas fsicas y componentes de redSlo cree y no te equivocars. A la luz del da, hallars el camino.1 Un bus de pasajeros toma diferentes caminos: autopistas, carreteras y calles laterales, todas con vas de acceso, carteles de detencin y luces en las diferentes intersecciones. Del mismo modo, PROFIBUS viaja por diferentes medios fsicos: cables, luz y ondas de radio. Como un camino que ofrece direcciones alternativas en sus intersecciones, PROFIBUS pasa por diferentes cajas (acopladores, repetidores) para tomar diferentes caminos. Estos caminos (capas fsicas) son medios electrnicos. En este captulo analizamos los diferentes medios elctricos usados y despus las diferentes formas de conectarlos, como las intersecciones que unen diferentes calles.

La ruta del BUSEste bus hace las siguientes paradas: Capas fsicas Entornos intrnsicamente seguros/peligrosos Eleccin de una capa fsica Componentes de red Redundancia Eleccin de componentes de red

Capas fsicasUna capa fsica es cmo los datos, los unos o los ceros, se transfieren de un punto a otro en la red; es el camino por el que pasa PROFIBUS y el enlace fsico entre los dispositivos. As como los diferentes caminos se disean para funciones de transporte especficas, PROFIBUS tambin ofrece diferentes capas fsicas con usos especficos, incluyendo RS-485, fibra ptica e inalmbrica.

1

Led Zeppelin, In the Light. Physical Grafti, 1974.

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Captulo 3: Capas fsicas y componentes de red

RS-485Es el Estndar Recomendado 485 (RS-485) hace referencia a la capa fsica que utiliza una tensin diferencial para transmitir los datos. Un circuito elctrico en el dispositivo receptor mide la tensin entre dos lneas de entrada y busca la diferencia entre ellas para determinar cul es un 0 y cul es un 1. El diagrama muestra ambas tensiones de entrada A y B: la diferencia de tensin la muestra la flecha y es el valor A-B. Si est entre -1,5 V y -6 V, es un 1 lgico, y si est entre +1,5 V y +6 V, es un 0 lgico.

A B

Ruido: una ventaja del estndar RS-485 es su inmunidad elctrica al ruido. Si se introduce un ruido elctrico (n) en la lnea A, el mismo ruido se introducir en la lnea B. As es cmo se calcula la diferencia:

(A+n) (B+n) = A B + n-n = A BEl ruido se anula. Hace unos largos 20 aos, reparaba una red RTU Modbus RS-485 que una una interfaz hombremquina (HMI) con un Controlador Lgico Programable (PLC). RS-485 posee una gran inmunidad al ruido, entonces me sorprend de la ruidosa forma de onda que meda el osciloscopio. Ya haba verificado la conexin a tierra y como normalmente RS-485 funciona muy bien estaba desorientado con esta anomala. Luego en la investigacin not que el cable RS-485 estaba sujetado con el de energa de 440 VAC que iba a los motores principales, una gran violacin a las reglas del cableado: los cables de energa y los de comunicacin deben estar separados. La moraleja: aunque RS-485 tiene gran inmunidad sonora, no es inmune a una mala instalacin.

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Captulo 3: Capas fsicas y componentes de red

Cantidad de dispositivos: RS-485 puede tener hasta 32 dispositivos en un segmento. Un segmento es una seccin de la red por donde pasa la misma seal elctrica interrumpidamente. Este lmite de 32 dispositivos lo imponen las limitaciones naturales de un circuito elctrico. Luego de detectar la seal de 31 receptores (1 emisario ms 31 receptores = 32 dispositivos), la seal se degrada hasta el punto de no poder leerse correctamente. La cantidad de dispositivos se puede ampliar usando repetidores. Velocidad de red: la velocidad de la red se puede ajustar a diferentes velocidades de transmisin entre 9,6 k baudios y 12 M baudios, siendo una velocidad tpica 1,5 M bits por segundo. Distancia: a medida que la distancia se reduce, la velocidad de transmisin mxima cambia exponencialmente. A medida que la distancia aumenta, la velocidad de transmisin mxima cae exponencialmente. Velocidad Distancia (bits por segundo

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