Profibus

Profibus (generalmente con el estilo PROFIBUS, como un acrónimo de Process Fielfield Bus ) es un estándar para la comunicación por bus de campo en la tecnología de automatización y fue promovido por primera vez en 1989 por el BMBF (departamento alemán de educación e investigación) y luego utilizado por Siemens. No debe confundirse con el estándar Profinet para Ethernet industrial. Profibus está publicado abiertamente como tipo 3 de IEC 61158/61784-1.

Origen

La historia de PROFIBUS se remonta a un plan promovido públicamente por una asociación que comenzó en Alemania en 1986 y para la cual 21 empresas e institutos idearon un plan maestro de proyecto llamado "fieldbus". El objetivo era implementar y difundir el uso de un bus de campo serie de bits basado en los requisitos básicos de las interfaces de los dispositivos de campo. Para ello, las empresas miembro acordaron apoyar un concepto técnico común para la producción (es decir, automatización discreta o de fábrica) y la automatización de procesos. En primer lugar, se especificó el complejo protocolo de comunicación Profibus FMS (Field bus MessageSpecification), que fue diseñado para tareas de comunicación exigentes. Posteriormente, en 1993 se completó la especificación del protocolo PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals), más sencillo y, por tanto, considerablemente más rápido. Profibus FMS se utiliza para la comunicación (no determinista) de datos entre Profibus Masters. Profibus DP es un protocolo creado para la comunicación (determinista) entre maestros Profibus y sus esclavos de E/S remotas.

Actualmente se utilizan dos variaciones de PROFIBUS; el PROFIBUS DP más utilizado y el PROFIBUS PA, menos utilizado y específico para la aplicación:

• PROFIBUS DP (Periféricos descentralizados) se utiliza para operar sensores y actuadores a través de un controlador centralizado en aplicaciones de automatización de producción (factoria). Las muchas opciones de diagnóstico estándar, en particular, se centran aquí.
• PROFIBUS PA (Automatización del Proceso) se utiliza para supervisar el equipo de medición a través de un sistema de control de procesos en aplicaciones de automatización de procesos. Esta variante está diseñada para su uso en zonas de explosión y peligros (Ex-zona 0 y 1). La Capa Física (es decir, el cable) se ajusta al IEC 61158-2, que permite la entrega de energía sobre el autobús a los instrumentos de campo, al tiempo que limita los flujos actuales para que no se crean condiciones explosivas, incluso si se produce un mal funcionamiento. El número de dispositivos conectados a un segmento PA está limitado por esta característica. PA tiene una tasa de transmisión de datos de 31.25 kbit/s. Sin embargo, PA utiliza el mismo protocolo que DP, y puede vincularse a una red DP usando un dispositivo de acoplamiento. El DP más rápido actúa como red de columna vertebral para transmitir señales de proceso al controlador. Esto significa que DP y PA pueden trabajar estrechamente juntos, especialmente en aplicaciones híbridas donde las redes de automatización de procesos y fábrica funcionan de lado a lado.

A finales de 2009 se instalaron más de 30 millones de nodos PROFIBUS. 5 millones de ellos están en las industrias de procesos.

Tecnología

Capa de aplicación (OSI-Capa 7)

Para utilizar estas funciones, se definieron varios niveles de servicio del protocolo DP:

• DP-V0 para el intercambio cíclico de datos y diagnóstico
• DP-V1 para intercambio de datos acíclicos y manejo de alarmas
• DP-V2 for isochronous mode and data exchange broadcast (slave-to-slave communication)

Capa de enlace de datos (OSI-Capa 2)

Los servicios y protocolos de la capa de enlace de datos FDL (enlace de datos de bus de campo) funcionan con un método de acceso híbrido que combina el paso de token con un método maestro/esclavo. En una red PROFIBUS DP, los controladores o sistemas de control de procesos son los maestros y los sensores y actuadores son los esclavos.

Cada byte tiene paridad par y se transfiere de forma asíncrona con un bit de inicio y de parada. Cuando se transmiten los bytes de un telegrama, no debe haber ninguna pausa entre un bit de parada y el siguiente bit de inicio. El maestro señala el inicio de un nuevo telegrama con una pausa SYN de al menos 33 bits (lógico "1" = bus inactivo).

Se utilizan varios tipos de telegramas. Se pueden diferenciar por su delimitador de inicio (SD):

Sin datos

SD1 = 0x10

Datos de longitud variable

SD2 = 0x68

Datos de longitud fija

SD3 = 0xA2

Ficha

SD4 = 0xCC

Campos

Puntos de acceso al servicio

Capa de transmisión de bits (OSI-Capa 1)

Se especifican tres métodos diferentes para la capa de transmisión de bits:

• Con transmisión eléctrica de acuerdo con EIA-485, se utilizan cables par retorcidos con impedancias de 150 ohmios en una topología de autobús. Las tasas de bits de 9.6 kbit/s a 12 Mbit/s se pueden utilizar. La longitud del cable entre dos repetidores se limita de 100 a 1200 m, dependiendo de la tasa de bits utilizada. Este método de transmisión se utiliza principalmente con PROFIBUS DP.
• Con transmisión óptica a través de fibra óptica, estrella, bus y topologías de anillo se utilizan. La distancia entre los repetidores puede ser de hasta 15 km. La topología del anillo también se puede ejecutar de forma redundante.
• Con la tecnología de transmisión MBP (Manchester Bus Powered), los datos y la potencia de bus de campo se alimentan a través del mismo cable. La potencia puede reducirse de tal manera que sea posible utilizar en entornos peligrosos para la explosión. La topología del autobús puede ser de hasta 1900 m de largo y permite sucursales a dispositivos de campo (máximo 60 m de rama). La tasa de bits aquí es un 31.25 kbit/s fijo. Esta tecnología se estableció especialmente para su uso en automatización de procesos para PROFIBUS PA.

Para la transferencia de datos mediante contactos deslizantes para dispositivos móviles o la transmisión de datos óptica o por radio en espacios abiertos, se pueden adquirir productos de varios fabricantes, sin embargo no cumplen con ninguna norma.

PROFIBUS DP utiliza un cable apantallado de dos núcleos con una cubierta violeta y funciona a velocidades entre 9,6 kbit/s y 12 Mbit/s. Se puede elegir una velocidad particular para que una red dé tiempo suficiente para la comunicación con todos los dispositivos presentes en la red. Si los sistemas cambian lentamente, entonces es adecuada una velocidad de comunicación más baja, y si los sistemas cambian rápidamente, entonces la comunicación efectiva se producirá a través de una velocidad más rápida. La transmisión balanceada RS485 utilizada en PROFIBUS DP sólo permite conectar 31 dispositivos a la vez; sin embargo, se pueden conectar más dispositivos (hasta 126) o ampliar la red con el uso de concentradores o repetidores (4 concentradores o repetidores para llegar a 126). Un Hub o un Repetidor también se cuentan como dispositivo.

PROFIBUS PA funciona a una velocidad fija de 31,25 kbit/s a través de un cable apantallado de dos núcleos con revestimiento azul. La comunicación podrá iniciarse para minimizar el riesgo de explosión o para los sistemas que intrínsecamente necesitan equipos seguros. Los formatos de mensajes en PROFIBUS PA son idénticos a PROFIBUS DP.

Nota: PROFIBUS DP y PROFIBUS PA no deben confundirse con PROFINET.

Perfiles

Los perfiles son configuraciones predefinidas de las funciones y características disponibles en PROFIBUS para su uso en dispositivos o aplicaciones específicas. Son especificados por los grupos de trabajo de PI y publicados por PI. Los perfiles son importantes para la apertura, la interoperabilidad y la intercambiabilidad, de modo que el usuario final pueda estar seguro de que equipos similares de diferentes proveedores funcionan de manera estandarizada. La elección del usuario también fomenta la competencia que impulsa a los proveedores a mejorar el rendimiento y reducir los costos.

Existen perfiles PROFIBUS para codificadores, instrumentos de laboratorio, bombas inteligentes, robots y máquinas de control numérico, por ejemplo. También existen perfiles para aplicaciones como el uso de HART e inalámbrico con PROFIBUS y dispositivos de automatización de procesos a través de PROFIBUS PA. Se han especificado otros perfiles para Motion Control (PROFIdrive) y Function Safety (PROFIsafe).

Organización

La PROFIBUS Nutzerorganisation e.V. (Organización de Usuarios de PROFIBUS o PNO) se creó en 1989. Este grupo estaba compuesto principalmente por fabricantes y usuarios de Europa. En 1992 se fundó la primera organización PROFIBUS regional (PROFIBUS Schweiz en Suiza). En los años siguientes, se agregaron PROFIBUS & regionales adicionales. Se agregaron asociaciones PROFINET (RPA).

En 1995, todas las RPA se unieron bajo la asociación internacional Profibus y Profinet International (PI). Hoy en día, PROFIBUS está representado por 25 RPA en todo el mundo (incluido PNO) con más de 1400 miembros, incluidos la mayoría, si no todos, los principales proveedores de automatización y proveedores de servicios, junto con muchos usuarios finales.