Buses de campo PROFIBUS

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Inst. Eduardo Sandoval C. CFP Trujillo
Electrónica Industrial
REDES INDUSTRIALES PROFIBUS

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BUSES DE CAMPO
Un bus de campo es un sistema de transmisión de información (datos) que
simplifica enormemente la instalación y operación de máquinas y equipamientos
industriales utilizados en procesos de producción. El objetivo de un bus de campo es
sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de
control a través del tradicional bucle de corriente de 4-20 mA.

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Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un
bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores,
actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de
proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un
costo bajo.

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Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de
diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a
través del bus.

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¿PORQUÉ BUSES DE CAMPO?
El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados por redes de
control distribuido mediante el cual permita mejorar la calidad del producto, reducir
los costos y mejorar la eficiencia. Para ello se basa en que la información que envían
y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que resulta mucho más preciso
que si se recurre a métodos analógicos.

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Cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo
funciones propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo
de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre
cualquier anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la
eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias.

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VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO
La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y la que los hace más
atractivos a los usuarios finales, es la reducción de costos. El ahorro proviene
fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo
de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema.
Una de las principales características de los buses de campo es su significativa
reducción en el cableado necesario para el control de una instalación.

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Cada componente sólo requiere un cable para la conexión de los diversos
nodos. Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de
cableado. En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de
administración del bus que permiten la reducción del número de horas necesarias
para la instalación y puesta en marcha.

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El hecho de que los buses de campo sean más sencillos que otras redes de uso
industrial como por ejemplo MAP, hace que las necesidades de mantenimiento de la
red sean menores, de modo que la fiabilidad del sistema a largo plazo aumenta.
Los buses de campo permiten a los operadores monitorizar todos los
dispositivos que integran el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre
ellos. De esta forma, la detección de las fuentes de problemas en la planta y su
corrección resulta mucho más sencilla, reduciendo los costos de mantenimiento y el
tiempo de parada de la planta.

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Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del
sistema. Algunos algoritmos y procedimientos de control que con sistemas de
comunicación tradicionales debían incluirse en los propios algoritmos de control,
radican ahora en los propios dispositivos de campo, simplificando el sistema de
control y sus posibles ampliaciones.

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También hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con
el uso de la tecnología de los buses de campo debido a la simplificación en la forma
de obtener información de la planta desde los distintos sensores. Las mediciones de
los distintos elementos de la red están disponibles para todos los demás dispositivos.
La simplificación en la obtención de datos permitirá el diseño de sistemas de control
más eficientes.

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Historia
PROFIBUS nació de un impulso combinado del gobierno alemán, las compañías
alemanas y otros líderes de la industria a fines de los años ochenta, su esfuerzo
creó una solución de automatización que no solo sigue siendo viable en la
actualidad, sino que también ha llevado a otras soluciones, la orgullosa herencia de
PROFIBUS permite a muchos clientes europeos recurrir a la automatización
específica de sus necesidades.
La Asociación Central para la Industria Eléctrica creó PROFIBUS
Historia

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PROFIBUS no es un sistema de comunicación, sino una variedad de protocolos
creados en el mismo paquete de tecnología de bus de campo, los usuarios pueden
combinar variedades de protocolos PROFIBUS con su propio software y otros
requisitos, lo que resulta en un perfil de aplicación único, con muchos perfiles
disponibles, PROFIBUS puede satisfacer necesidades específicas, sin embargo,
una cosa sigue siendo la misma, a través de pruebas exhaustivas, los dispositivos
PROFIBUS cumplen con un alto nivel que corresponde a una red de alta calidad.
PROFIBUS Introducción

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En 1987, 21 empresas e instituciones en Alemania se unieron para crear un
nuevo protocolo, Su objetivo era crear un sistema de bus de campo bit-serial, para
que el sistema fuera viable, necesitaban estandarizar la interfaz del dispositivo de
campo, el grupo, que había tomado el nombre de Asociación Central para la
Industria Eléctrica (ZVEI), completó su objetivo con la creación
de PROFIBUS FMS (Especificación de mensajes de bus de campo).
Este nuevo protocolo satisfacía la estandarización de la automatización
industrial a través de un protocolo capaz de enviar comunicaciones complejas, sin
embargo, el ZVEI no estaba terminado, En 1993, el grupo introdujo un nuevo
estándar, PROFIBUS DP (Periferia Descentralizada), esta nueva versión presenta
una mayor simplicidad, incluida una configuración más sencilla y una mensajería
más rápida.
Origen

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Los estándares PROFIBUS se mantienen y avanzan a través de un par de
organizaciones importantes, en 1989, los fabricantes y usuarios de PROFIBUS
crearon la Organización de Usuarios PROFIBUS (PNO).
Un grupo más grande se formó en 1995 y se llamó PROFIBUS International, o
PI, como la asociación de usuarios de Fieldbus más grande del mundo, PI puede
realizar muchas tareas vitales para la progresión de PROFIBUS, al igual que la
PNO, PI educa a los usuarios sobre PROFIBUS y ayuda a avanzar en su colocación
en todo el mundo, sin embargo, la organización va más allá al ayudar a garantizar la
calidad, establecer estándares y desarrollar nuevas tecnologías PROFIBUS.
Organizaciones

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PROFIBUS es una tecnología inteligente de bus de campo, los dispositivos en el
sistema se conectan a una línea central, una vez conectados, estos dispositivos
pueden comunicar información de manera eficiente, pero pueden ir más allá de los
mensajes de automatización, los dispositivos PROFIBUS también pueden participar
en el autodiagnóstico y el diagnóstico de conexión, en el nivel más básico,
PROFIBUS se beneficia del diseño superior de sus capas OSI y su topología
básica.
Visión general

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Las redes PROFIBUS hacen uso de tres capas separadas del modelo de red
OSI, en primer lugar, PROFIBUS describe la capa de aplicación, hay varias
versiones de PROFIBUS que manejan diferentes tipos de mensajes en la capa de
aplicación, algunos de los tipos de mensajes que admite PROFIBUS incluyen el
intercambio de datos cíclicos y acíclicos, el diagnóstico, el manejo de alarmas y los
mensajes isócronos.
Modelo OSI

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PROFIBUS no define las capas tres a seis, sin embargo, sí define el enlace de
datos y las capas físicas, capas uno y dos, la capa de enlace de datos se completa
a través de un enlace de datos de bus de campo o FDL, el sistema FDL combina
dos esquemas comunes, metodología maestro-esclavo y paso de token, en una red
maestro-esclavo, los maestros, generalmente los controladores, envían solicitudes
a esclavos, sensores y actuadores, los esclavos responden en consecuencia,
PROFIBUS también incluye el paso de token, un sistema en el que se pasa una
señal de “token” entre los nodos, solo el nodo con el token puede comunicarse, el
concepto de pasar token es como la caracola que habla; solo se permite hablar a la
persona con la concha.
Modelo OSI

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Finalmente, PROFIBUS define una capa física, aunque deja espacio para la
flexibilidad, los sistemas PROFIBUS pueden tener tres tipos de medios, el primero
es un sistema de cableado de par trenzado estándar, en este caso RS485, dos
sistemas más avanzados también están disponibles, los sistemas PROFIBUS ahora
pueden operar utilizando la transmisión de fibra óptica en los casos en que sea más
apropiado, un sistema de seguridad mejorado llamado Manchester Bus Power, o
MBP, también está disponible en situaciones donde el entorno químico es propenso
a la explosión.
Modelo OSI

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PROFIBUS utiliza la topología de bus, en esta topología, una línea central, o
bus, está cableada en todo el sistema, los dispositivos están conectados a este bus
central, un bus elimina la necesidad de una línea de longitud completa que va
desde el controlador central a cada dispositivo individual.
En el pasado, cada dispositivo PROFIBUS tenía que conectarse directamente al
bus central, sin embargo, los avances tecnológicos han hecho posible un nuevo
sistema de “dos cables”, en esta topología, el bus central PROFIBUS puede
conectarse a un sistema ProfiNet Ethernet, de esta manera, múltiples buses
PROFIBUS pueden conectarse entre sí.
Topología

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La versión inicial de PROFIBUS fue PROFIBUS FMS, especificación de
mensajes de bus de campo, PROFIBUS FMS fue diseñado para comunicarse entre
controladores programables y PC, enviando información compleja entre ellos,
desafortunadamente, siendo el esfuerzo inicial de los diseñadores de PROFIBUS, la
tecnología FMS no era tan flexible como se necesitaba, este protocolo no era
apropiado para mensajes o comunicaciones menos complejos en una red más
amplia y complicada, Los nuevos tipos de PROFIBUS satisfacerían esas
necesidades, PROFIBUS FMS todavía está en uso hoy en día, aunque la gran
mayoría de los usuarios encuentran que las soluciones más nuevas son más
apropiadas.
PROFIBUS FMS

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El segundo tipo de PROFIBUS es más universal, llamado PROFIBUS DP, para
Periferia Descentralizada, este nuevo protocolo es mucho más simple y rápido,
PROFIBUS DP se utiliza en la gran mayoría de los perfiles de aplicaciones
PROFIBUS que se utilizan en la actualidad como el I-7550, los perfiles de aplicación
permiten a los usuarios combinar sus requisitos para una solución específica, y se
analizarán con más detalle en breve.
PROFIBUS DP

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Especificaciones técnicas de una red PROFIBUS

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PROFIBUS PA es un protocolo diseñado para la automatización de procesos, en
la actualidad, PROFIBUS PA es un tipo de perfil de aplicación PROFIBUS DP,
PROFIBUS PA estandariza el proceso de transmisión de datos medidos, sin
embargo, tiene una característica única muy importante, PROFIBUS PA fue
diseñado específicamente para su uso en entornos peligrosos.
En la mayoría de los entornos, PROFIBUS PA funciona sobre medios de par
trenzado RS485, este medio, junto con el perfil de aplicación de PA, admite la
alimentación a través del bus, sin embargo, en entornos explosivos, ese poder
puede conducir a chispas que inducen explosiones, para manejar esto, PROFIBUS
PA se puede usar con la tecnología Manchester Bus Powered (MBP).
PROFIBUS PA

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PROFIBUS PA
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