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Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Qué es Profibus?
Profibus: PROcess Field BUS
Bus de Campo: Redes digitales
bidireccionales, multipunto, montadas sobre
un bus serie que conectan dispositivos de
campo (DeviceNet, Fundation Fieldbus,
Modbus, Profibus, etc…)
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Caracteristicas
PROFIBUS es actualmente el líder de los
sistemas basados en buses de campo en
Europa y goza de una aceptación mundial
(20% del mercado en 1999).
Estándar de bus de campo abierto
independiente del fabricante EN 50170 e
Internacional IEC 61158.
Origen Alemán
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Caracteristicas
Por qué usar Profibus
1. Puede ser usado tanto para transmisión
crítica en el tiempo de datos a alta
velocidad, como para tareas de
comunicación extensas y complejas.
2. Red independiente del Fabricante
3. Puede según su versión usarse para
Ambientes peligrosos (Profibus PA)
4. Control de acceso al medio tipo
Maestro/Esclavo, Maestro/Maestro,
Multimaestro/ Esclavo
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Otras Caracteristicas
Red basada en transmisión serial RS485
Existen tres variantes: Profibus DP, Profibus
FMS y Profibus PA.
A cada elemento se le asigna una dirección fija
y única en el rango de 0 a 127 (7 bits).
32 elementos por segmento sin repetidor.
Hasta 255 Bytes por trama
Velocidad: Depende de la distancia desde
9.6Kbps hasta 1.5Mbps
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Otras Caracteristicas
Tiene un Desarrollador: PROFIBUS USER
ORGANIZATION
1. Administrar y desarrollar la tecnología
PROFIBUS
2. Integrar diferentes fabricantes y usuarios
3. Certificar y asegurar la calidad
4. Crear un catálogo con todos los productos
5. Desarrollar herramientas y equipos de
mantenimiento
www.profibus.com
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Ventajas
Transmite pequeñas cantidades de datos
Cubre necesidades de tiempo real
Cubre necesidades en lugares peligrosos
Fácil configuración
Detección de elementos Plug and Play
Permite integración entre una gran variedad
de equipos que adoptaron este protocolo
Cubre grandes distancias en su versión de
fibra Optica
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Tipos de Profibus
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Posición de Profibus
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Medios de Transmisión
Profibus DP / Profibus FMS
Transmisión RS485 y/o Fibra Optica
Profibus PA
Transmisión RS485
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Profibus DP/FMS RS485
Línea de Transmisión Balanceada
Par trenzado y apantallado.
Longitud máxima 1200 metros dependiendo
de la velocidad
9.6 / 19.2 / 93.75 kbits/s si longitud <=1200 m
187,5 kbit/s si longitud <=1000m
500 kbit/s si longitud <=600m
1500 kbit/s si longitud <=200m
10/12 Mbit/s si longitud <=100m
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Profibus DP/FMS
Transmisión Eléctrica transferencia de datos un
cable bifilar apantallado y
trenzado de sección circular
Transmisión Óptica transferencia de datos un
cable bifilar de fibra o de
plástico de sección circular
Versión libre de halógenos
Versión para enterrar o para
bandejas porta cables.
Conector típico DB9
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Profibus PA
Transmisión Eléctrica transferencia de datos un cable
bifilar apantallado y trenzado de
sección circular
Acorde con la IEC 1158_2
Permite seguridad intrínseca
Hace posible que se alimente
a los dispositivos de campo a
través del bus
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Componentes DP/FMS Eléctrica
Conectores
Repetidores
Terminadores
Acoplador DP/DP
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Conectores
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Repetidores
Inter-conexiona dos
segmentos
Amplia el número de
participantes
Amplia la distancia
Separación galvánica de los
segmentos
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Terminadores Activos
Se instala en cada extremo
del segmento.
No depende del elemento
Balancea la red de forma
activa.
En algunas ocaciones no es
obligatoria (Por ejemplo
cuando los conectores
tienen resistencias)
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Acopladores DP/DP
Permite la comunicación
entre 2 segmentos de
diferente velocidad.
Brinda una separación
Galvánica entre segmentos.
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Componentes DP/FMS Óptica
Conversores óptico/ eléctrico
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Conversores Óptico / Eléctrico
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Componentes Profibus PA
Conversores DP/PA
Derivaciones y terminadores
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Conversores DP/PA
DP/PA Coupler DP/PA Link
Igual Velocidad Diferente Velocidad
Vel. Red PA
45Kbit/s
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Derivaciones y terminadores
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Preámbulo
Red basada en transmisión serial RS485
Existen tres variantes: Profibus DP, Profibus
FMS y Profibus PA.
A cada elemento se le asigna una dirección fija
y única en el rango de 0 a 127 (7 bits).
32 elementos por segmento sin repetidor.
Hasta 255 Bytes por trama
Velocidad: Depende de la distancia desde
9.6Kbps hasta 1.5Mbps
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Profibus DP / FMS
Cableado Conectores
Repetidores
Terminadores
Acopladores DP/DP
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Profibus PA
Cableado
Derivadores y
conectores
Conversores DP/PA
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Tipos de Elementos
Existen 2 tipos de dispositivos en una Red
Profibus:
Maestros
Maestros Clase 1
Maestros Clase 2
Esclavos
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Maestro - Esclavo
Maestro: Estaciones Activas, determina la
comunicación de datos en el bus, puede enviar
mensajes sin necesidad de una petición o
solicitud externa, cuando posee los derechos de
acceso al bus (token).
Esclavos DP: Estaciones Pasivas, sólo
intercambia datos de usuario con el maestro DP
cuando el maestro DP ha cargado los
parámetros y la configuración y cuando el
maestro lo solicita
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Funciones Maestro Clase 1
Set_Prm and Chk_Cfg. Para la fase de
arranque. Para transmitir parámetros y
configuraciones a los esclavos-DP
Data_Exchange. Realiza el intercambio cíclico
de datos de E/S con el esclavo DP asignado.
Slave_Diag. Lee información de diagnostico
del esclavo DP
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Funciones Maestro Clase 2
Las Mismas Funciones del Clase 1
RD_Inp and RD_Outp. Permite lee datos de
E/S de los esclavos DP
Get_Cfg. Permite lee los datos de
configuración actuales de un esclavo DP
Set_Slave_Add. Permite al maestro DP
asignara una nueva dirección a un esclavo.
Soportan funciones para la comunicación con
maestros DP clase 1.
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Requisitos Mínimos
Mínimo se requiere para una red:
Dos Maestros (De diferente Clase)
Un Maestro y Un Esclavo
Maestro
Clase 1
Maestro
Clase 2
Esclavo
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Principio de funcionamiento
El acceso a la red es una combinación de 2
métodos:
•“Paso del Testigo”
(Token Bus)
•“Maestro- Esclavo”
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Principio de Funcionamiento
Todas las estaciones activas disponen de control
de acceso al bus.
Las estaciones pasivas son neutras en lo que
respecta al acceso al bus. Es decir, no llevan a cabo
transmisiones por iniciativa propia, sino sólo bajo
previa petición de envío o recepción.
Todas las estaciones activas constituyen, en un orden
definido, el “anillo lógico con paso de testigo”.
Cada una de ellas conoce a los restantes usuarios activos,
así como su orden en el anillo lógico.
El “Token” pasa de estación activa en estación activa según
su dirección y el maestro con dirección superior pasa el
token a la inferior.
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Principio de Funcionamiento
Cada estación guarda una lista de
estaciones activas (LAS).
Si una maestra recibe el testigo de una
estación que no está marcada en su LAS
como su predecesora (PS), no lo aceptará.
Si se produce un reintento de la misma PS, la
estación asumirá que el anillo lógico ha
cambiado y marcará la nueva maestra en la
lista como su predecesora
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Anillo Logico
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Principio de Funcionamiento
Cuando una estación activa (TS) recibe una trama de
testigo (token frame) direccionada para ella,
procedente de la estación registrada como previa
(PS) en su Lista de Estaciones Activas (LAS, List of
Active Stations), se convierte en el poseedor del
testigo y puede ejecutar ciclos de mensajes.
El tiempo durante el que puede transmitir viene
definido por el llamado tiempo de retención del
testigo.
Una vez expirado el mismo, el usuario sólo puede
emitir un mensaje de prioridad alta. Si no tiene que
emitir ningún mensaje, pasa el testigo a la estación
que le sigue directamente en el anillo lógico.
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Ciclos Profibus
Los Ciclos Profibus pueden ser sincronicos o
asinconicos. (Ciclo constante o ciclo variable
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Ciclo Profibus-DP Variable
Intercambio de datos E/S Servicios del manejo del bus
Inicialización de los Esclavos DP
Diagnostico y Alarmas
Lectura/Escritura datos no cíclicos
Repetición de Telegramas en caso
de Falla
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Ciclo Profibus-DP Constante
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Servicios de Transferencia
Hay cuatro servicios de transferencia de
datos:
SDA Send Data with Acknowledge
SDN Send Data with No Acknowledge
SRD Send and Request Data with Reply
CSRD Cyclic Send and Request Data with Reply
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SDA (Send Data with Acknowledgement)
Permite al usuario en una estación maestra enviar
datos a una única estación remota y recibir
inmediatamente la confirmación.
Entre la transferencia de los datos y la recepción
de su reconocimiento ningún otro tráfico tiene
lugar en el bus
Si dentro del Slot Time no se recibe la
confirmación, se realizará el número indicado de
reintentos, tras los cuales se remitirá un
reconocimiento negativo al usuario local
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SDN (Send Data with No Acknowledgement)
Además de enviar datos a una única estación, permite
enviar a todas las estaciones (broadcast) o a un grupo
de ellas (multicast)
Para estos dos casos los bits 1 a 7 de la dirección
destino deben estar a 1 (dirección global 127).
El usuario local recibe confirmación de la
transferencia de los datos, pero no de si se han
recibido correctamente. No hay reintentos
Una vez que los datos son enviados alcanzan todos
los usuarios remotos a la vez, solo los que
identifiquen su propia dirección y que hayan recibido
sin error lo procesarán
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
SRD (Send and Request Data with Reply)
Permite transferir datos a una única estación remota y
al mismo tiempo solicitar datos que el usuario remoto
había dejado disponibles previamente.
Tan pronto como se recibe la trama sin error, se
transmiten los datos solicitados
Si ocurre un error durante la transferencia, la capa
FDL (Capa de Aplicación) del usuario local repite
tanto los datos como la petición
Entre la transmisión original y la respuesta ningún otro
tráfico tiene lugar en el bus
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
CSRD (Cyclic Send and Request Data with Reply)
La funcionalidad de este servicio es la misma que la
del SRD.
Las acciones se realizan cíclicamente con cada
estación de las incluidas en la lista Poll List definida
por el usuario local.
En la lista también se deben indicar el número y la secuencia
de las transferencias y peticiones
Después de cada transferencia y petición se espera
una respuesta o confirmación inmediata
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Preámbulo
Maestro: Estaciones Activas, determina la
comunicación de datos en el bus, puede enviar
mensajes sin necesidad de una petición o
solicitud externa, cuando posee los derechos de
acceso al bus (token).
Esclavos DP: Estaciones Pasivas, sólo
intercambia datos de usuario con el maestro DP
cuando el maestro DP ha cargado los
parámetros y la configuración y cuando el
maestro lo solicita
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Principio de funcionamiento
El acceso a la red es una combinación de 2
métodos:
•“Paso del Testigo”
(Token Bus)
•“Maestro- Esclavo”
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Servicios de Transferencia
Hay cuatro servicios de transferencia de
datos:
SDA Send Data with Acknowledge
SDN Send Data with No Acknowledge
SRD Send and Request Data with Reply
CSRD Cyclic Send and Request Data with Reply
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Variantes de Profibus
Hay tres variantes de profibus:
PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message
Specification)
PROFIBUS-DP (Decentralized Periphery)
PROFIBUS-PA (Process Automation).
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Consideraciones de Diseño
Debido a que profibus ofrece grandes
variantes debemos tener en cuenta para el
diseño:
Cantidad y tipos de elementos
Ubicación Locativa de cada elemento
Especificaciones y Drivers de cada
elemento.
Tipos de Áreas
Velocidad requerida
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Cantidad y tipos de elementos
Cuántos elementos ingresaré en la red?
Solo se aceptan 32 elementos por
segmento.
Hasta 126 elementos por red (son 128
direcciones 0-127 pero reservadas 126
y 127)
La dirección 126 la usa un Maestro
clase 2 para volver a parámetros de
fabrica un maestro clase 1
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Cantidad y tipos de elementos
La dirección 127 se usa para
comunicación Broadcast.
Qué tipo de Elementos ingresaré a la red?
Cuántos Maestros clase 1, cuántos
Clase 2 y cuántos esclavos.
Solo existe comunicación entre
Maestros si son Tipo 1 y Tipo 2.
Existe comunicación de los esclavos con
cualquier Maestro de la Red.
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Ubicación Locativa
Dónde estarán ubicados los elementos
dentro de la planta o máquina?
Cuáles están a grandes distancias
(Posibles candidatos a Fibra Óptica).
Cuántas Redes debo implementar para
ser eficiente en mi diseño.
Dónde empieza y termina mi red.
Cuáles elementos se encuentran cerca.
Realizar Mapa físico de la Red.
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Especificaciones y Drivers
Qué características o parámetros voy a
comunicar en cada elemento?
Mapa de Variables.
Redes por tipo de elementos:
Red de instrumentos, Red de
variadores, periferia distribuida, etc…
Qué Driver necesito para cada elemento?
En un Fichero GSD (GeräteStammdaten
-Datei) está contenida la información del
equipo
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Tipo de Áreas
Qué clasificación tienen las áreas donde
están ubicados los elementos de mi red?
Existen clasificaciones de Clase,
División, Zona y Grupo para áreas
peligrosas.
Clases:
Clase I: gases y vapores inflamables están o pueden estar
presentes en el aire en cantidades suficientes como para
producir una explosión o mezclas de ignición.
Clase II: consideran peligrosos por la presencia de polvos
combustibles.
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Tipo de Áreas
Clase III: presencia de fibras (pelusa de algodón, rayón,
lino) u otros objetos volátiles que son susceptibles a una fácil
ignición.
Sirve para identificar que grado de
protección y qué tecnología debemos
usar para nuestra red.
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Velocidad requerida
Qué Velocidad debo poner a mi red?
Según la distancia las velocidades
recomendadas son para FMS/DP:
o 9.6 / 19.2 / 93.75 kbit/s si longitud <=1200 m
o 187,5 kbit/s si longitud <=1000m
o 500 kbit/s si longitud <=600m
o 1500 kbit/s si longitud <=200m
o 10/12 Mbit/s si longitud <=100m
Según tipo de red (Profibus PA ó
FMS/DP) (Vel. Profibus PA 45Kbit/s)
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Simbología
Conector Profibus sin resistencia
Conector Profibus con Resistencia en ON
Conector profibus con Resistencia en OFF
Terminador de Red Activo (DP)
Repetidor
Acoplador DP/DP
Conversor DP/PA Coupler
Conversor DP/PA Link
Derivador PA
Derivador PA con Terminador
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Simbología
Conv. DP- Fibra (Optical Link Module)
Y Link DP
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Lineal DP/FMS
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay un solo segmento
por tanto 32 elementos máx.
32 equipos Maestros/Esclavos
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Árbol DP/FMS
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay dos segmentos
por tanto 63 elementos máx.
1 repetidor y 62 equipos M/E
Qué podríamos lograr
cambiando el repetidor por un
acoplador DP/DP?
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Redundante DP/FMS
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay un solo segmento
por tanto 32 elementos máx.
32 equipos Maestros/Esclavos
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Profibus DP/FMS (Óptico)
Grandes Distancias
Fibra Óptica
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay dos segmentos
por tanto 64 elementos máx.
2 conversores y 62 equipos M/E
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Profibus DP/FMS (Anillo Óptico)
Grandes Distancias
Fibra Óptica
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay tres segmentos
por tanto 96 elementos máx.
3 conversores y 93 equipos M/E
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Profibus PA con DP/PA Coupler
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay un segmento
pero una parte EX. 32 elementos máx.
32 equipos M/E (de los cuales solo 9
pueden de intrínsecamente seguros)
Área no Clasificada Área Clasificada
Para profibus PA
intrínsecamente seguro
máximo 9 elem. por segmento
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Profibus PA con DP/PA Link
Cuántos elementos se pueden
configurar máximo?
En esta topología hay Tres segmentos
por tanto 94 elementos máx.
1 DP/PA Link y 93 equipos M/E
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Modernización de maquinaría
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Modernización de maquinaría
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Flexibilidad en diseño
Comunicaciones Industriales Profesor: Esteban Ocampo Echeverri
Especial para áreas clasificadas