ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA
PROFIBUS PA
Nombres: - Luis Andrés Coo Henríquez. - Bastian Andrés Jerias Rivera. - Claudio Antonio Jiménez Vargas. Carrera: Ingeniería Eléctrica Mención Potencia Asignatura: Sistema De Comunicaciones Industriales Sección: 183 Profesor: Daniela Paulina Vallejos Chávez Fecha: 23 De Octubre De 2017
Índice Introducción ..................................................................................................................................... 3 Profibus PA ...................................................................................................................................... 4 Característica del bus de comunicación .................................................................................. 4 Pirámide CIM ................................................................................................................................... 6 Señal utilizada en el bus de comunicación ............................................................................. 7 Transmisión de información Profibus PA ...............................................................................7 Medio utilizado por Profibus PA ................................................................................................ 8 Aplicación PROFIBUS PA ............................................................................................................ 9 Softwares utilizados ...................................................................................................................... 9 Normativa utilizada ...................................................................................................................... 10 Ventajas y desventajas ............................................................................................................... 11 Conclusión ..................................................................................................................................... 12
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Introducción El estándar Profibus es un proyecto de investigación desarrollado en 1987 hasta el 1990, el cual se llevó a cabo por 21 empresas e instituciones (entre ellas se pueden nombrar a Siemens, ABB, RMP, Bosch, entre otras), junto con una pequeña parte patrocinada por el gobierno alemán. Resultando en el primer boceto de la norma DIN 19245. El proyecto fue desarrollado con la finalidad de desarrollar una arquitectura de comunicación industrial que podría permitir la interconexión de equipos de diferentes fabricantes. A comienzos del año 1990 se brindó la posibilidad de que cualquier usuario o empresa pudiera utilizar este estándar de comunicación industrial de manera que pudiera integrarse al consorcio llamado PROFIBUS Nutzerorganisation, el cual, continúa desarrollando y brindando soportes en la certificación y aplicación de productos. Con el tiempo se fueron desarrollando diferentes versiones compatibles con el Profibus las cuales presentan diferentes aplicaciones y características que en Profibus inicial, entre estas versiones podemos encontrar:
PROFIBUS PA: desarrollado para la automatización de procesos.
PROFIBUS DP: desarrollado para la automatización de empresas
PROFIBUS FMS: brinda una solución en general para tareas de comunicación a nivel de célula.
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Profibus PA El estándar Profibus fue creado para comunicaciones para buses de campo dentro de la pirámide CIM, en el cual podemos encontrar tanto el Profibus DP, Profibus FMS y Profibus PA. El protocolo derivado PA (Process Automation), es un subconjunto de este estándar, orientado a las comunicaciones de instrumentos de proceso. Es decir, equipos que transmiten señales análogas como presión, temperatura entre otros. El Profibus PA esta estandarizado por la IEC 61158-2 que suministra alimentación y transmite las comunicaciones digitalmente entre los sistemas host, como un DCS o PLC, y los instrumentos de campo. La información de estado y los comandos de control se transmiten digitalmente entre 2 hasta 31 participantes conectados al mismo cable.
Característica del bus de comunicación PROFIBUS PA Velocidad fija de 31,25 Kbps.
Commented [d1]: 31,25
Estándar IEC 61158-2. Definiendo la capa física y de servicios. Provee seguridad intrínseca y alimentación mediante el mismo bus de comunicación. MBP (Codificación Manchester y bus alimentación).
Commented [d2]: Indicar en español t ambién.
Puede conectar como límite hasta 32 dispositivos por segmento
Tabla 1: Tabla Profibus PA
Profibus PA y Profibus DP son en esencia el mismo protocolo. Cambian el soporte físico y la velocidad. Por lo mismo la conexión entre ambas redes es muy simple. Si la velocidad de Profibus DP es muy cercana, basta un conversor de medios, y la conexión se hace en un modo "transparente". El maestro de la red DP ve directamente los nodos de la red PA, con sus mismas direcciones. Y la comunicación es directa. En el caso de que se requiera un troncal Profibus DP de mayor velocidad (hasta 12 Mbps), la comunicación se realiza a través de una interfase DP/PA, que en el segmento PA hace las veces de maestro de la red, y en el segmento DP hace las veces de esclavo. Se comunica con los nodos PA y asignando direcciones en su memoria, para luego comunicarse con el maestro DP.
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Este esquema es menos directo, pero permite compartir el troncal de alta velocidad, con otro tipo de señales discretas que son conectadas en forma directa en la red. A continuación se muestra una tabla donde s e compara los tipos de PROFIBUS y sus diferentes características:
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP
PROFIBUS-PA
APLICACI N
Nivel de célula
ESTANDAR
EN 50 61158
DISPOSITIVOS CONECTADO
PLC, PG/PC, PLC, PG/PC, dispositivos de dispositivos de campo campo binarios y analógicos, accionamientos, OPs
Dispositivos de campo para áreas con riesgo de explosión y 31,25 Kbit/s
TEMPERATURA RESPUESTA
< 60 ms
1 – 5 ms
< 60 ms
TAMA O RED
< ó = 150 Km
< ó = 150 Km
Max. 1.9 Km
VELOCIDAD
9.6 Kbit/s – Mbits/s
Nivel de campo
170/IEC EN 50 61158
Nivel de campo
170/IEC IEC 1158-2
12 9.6 Kbit/s – Mbits/s
12 31.25 Kbit/s
Tabla 2: Tabla Comparación
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Pirámide CIM
Fig. 1: Pirámide CIM El Profibus PA se encuentra en el nivel de campo de la pirámide CIM, ya que permite la conexión de sensores y actuadores a una línea de bus común incluso en áreas especialmente protegidas. Por tanto, se utiliza para conectar las válvulas motorizadas (MOV) a la red de campo.
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Señal utilizada en el bus de comunicación La señal utilizada por el bus de campo es del tipo digital. En la transmisión de información en este tipo de bus se realiza la modulación en la que se necesita una corriente básica no inferior a 10mA por cada estación de manera que puedan alimentar los instrumentos. Dicha transmisión de señales se generará modulando la corriente básica a +/-9 mA.
Transmisión de información Profibus PA La tecnología de transmisión de datos se rige por la normativa IEC 1158-2. Mediante el cumplimiento de dicha normativa posibilita una seguridad intrínseca como los dispositivos que trabajan en esta sección de la pirámide CIM (campo), que son alimentados desde el mismo bus. La transmisión de información en el Profibus PA se fundamenta en los siguientes principios: Cada segmento debe alimentarse solo mediante una fuente de alimentación. El bus no debe ser alimentado cuando una estación está transmitiendo Todos los dispositivos de campo tienen un consumo parasito de corriente en estado de reposo El instrumento de campo actúa como sumidero de corriente pasivo. La línea de terminación pasiva se coloca a ambos lados del bus principal Este tipo de bus de comunicación permite conexiones en estrella, árbol y lineales. Se emplean segmentos de bus redundante cuando se quieren incrementar la fidelidad.
La transmisión de datos es del tipo digital y utiliza codificación Manchester, que consiste en un método de codificación eléctrica de una señal binaria en el que en cada tiempo de bit es encuentra una transición entre dos niveles de señal (en este caso +/-9mA siendo 1 para +9 y 0 para -9 ). Este tipo de codificación se realiza mediante intervalos de tiempo por lo tanto debe ser síncrona.
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Commented [d3]: Esto es señal, en transmisión indicar composición de la trama de datos, sincronización, tipo de control de errores.
En la tabla N°3 se pueden apreciar las características que establece la normativa IEC 1158-2 utilizadas por el Profibus PA:
Transmisión de datos Velocidad de transmisión Integridad de los datos Conexión Protección Topologías N° de estaciones
Transmisión del tipo digital, síncrona y utiliza codificación Manchester. 31,25Kbit/sec. Delimita de principio a fin para evitar errores. Conexión realizada mediante dos cables de par trenzado. Capacidad de actuar con protección intrínseca. Conexiones en estrella, árbol y lineales. Hasta 32 estaciones por segmento, con un límite de 126.
Commented [d4]: Explayar más esa temática
Tabla 3: característica normativa
Medio utilizado por Profibus PA Como se puede apreciar en tabla N°3 el Profibus PA utiliza un medio físico de acuerdo a la normativa que rige este tipo de bus (IEC 1158-2), establece que se utilizan cables de par trenzado con pantalla o bien, fibra óptica, permitiendo una velocidad de comunicación de 31,25 Kbit/sec. El cableado máximo permitido utilizando cable de par trenzado es de 1900 metros, pero puede ser extendido a 10 Km utilizando hasta 4 repetidores. Además, permite una distancia máxima de derivación (spur) de 120 metros para cada derivación. Para fibra óptica las distancias máximas permitidas en fibra plástica se utilizan para distancias menores a 50 metros y fibra de cristal para distancias iguales o menores a 1 kilómetro. Para permitir una protección intrínseca el cable de par trenzado debe ir apantallado y las uniones se deben realizar mediante splitconnect, asegurando de esta manera la seguridad intrínseca que se desea.
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Commented [d5]: Faltan imágenes referenciales del cableado y de los conectores, ya que estos son los que permiten que el bus sea con seguridad intrínseca
Los elementos utilizados se pueden ver en la siguiente tabla.
Splitconnect.
Cable par trenzado apantallado.
Fibra óptica.
Figura 2: elementos utilizados en el medio físico.
Aplicación PROFIBUS PA En la capa de aplicaciones el PROFIBUS PA Se utiliza en la automatización de procesos y la interpolaría de los equipos de campo de distintos fabricantes, por ejemplo, se utiliza en ambientes de riesgos de explosión como en Industria petroleras y químicas.
Softwares utilizados
Commented [d6]: Realizar una reseña breve de cada software o aplicación.
Los softwares utilizados en este tipo de bus de comunicación para configurar los equipos son:
PROFIBUSView: es una herramienta de parametrización de campo PROFIBUS PA. Este software permite comunicarse con los equipos de planta y proporciona funcionalidades como: calibración, diagnóstico de equipos, monitoreo, entre otras funciones. AssetView de Smar: es una herramienta utilizada para centralizar los indicadores claves de rendimiento y enviar la información operacional a una nube de datos que facilita la toma de decisiones estratégicas. Software en general basado en FDT/DMT: en general son softwares que nos entregan información sobre los rendimientos de los equipos.
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Normativa utilizada IEC 61158-2: Especifica los requisitos para las partes componentes de bus de campo. También especifica los requisitos de configuración de red y medios necesarios para garantizar niveles acordados de integridad de los datos antes de la comprobación en la capa física.
IEC 1158-2: Posee una seguridad intrínseca y permite a los dispositivos de campo ser conectados al bus. La transmisión se basa en los siguientes principios: - Cada segmento tiene una fuente de energía - No se produce alimentación mientras una estación está enviando datos - Los dispositivos actúan como sumideros pasivos de corriente - Se permiten redes con estructura lineal, árbol y estrella. - Para incrementar la fiabilidad, se pueden diseñar segmentos de bus redundantes.
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Ventajas y desventajas Ventajas
Desventajas
Posee un cableado sencillo, un solo Requiere inversión en cable para múltiples instrumentos. instrumentación. Alimentación de instrumentos por el bus. Aplicación limitada por distancia. Se eliminan las barreras en S. I Limitadas estaciones. Acceso a toda la información disponible, No se produce alimentación datos de proceso, configuración y estado. mientras una estación está enviando datos. Base de datos única. Cada segmento debe alimentarse solo mediante una fuente de alimentación. Mayor rapidez de puesta en marcha, configuración remota. Asset Management posible, integración de instrumentos en MES. Control distribuido en instrumentos de campo. Interoperabilidad entre instrumentos de diversos suministradores. Añadir o quitar instrumentos en línea.
Tabla 4: ventajas y desventajas
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Conclusión En el informe se detalla que el modelo Profibus es un sistema de comunicación para buses de campo insertado en la pirámide CIM, el cual, se originó en 1987 por diversas empresas, instituciones y el gobierno alemán que buscaban una estandarización que permitiera la interconexión de equipos de diferentes fabricantes. Con el paso del tiempo se han desarrollado diferentes versiones buscando la especialización del modelo para cada área en el que se desee incorporar, resultando en el desarrollo de Profibus DP, Profibus FMS y el Profibus PA. En este caso el Profibus PA es utilizado en ambientes de riesgo de explosión como en industrias petroleras y químicas, por lo que, a diferencias de las otras versiones el Profibus PA cuenta con una mayor velocidad de transmisión de datos. Además de esto, debido a su conformación en el medio físico brinda una protección intrínseca, tanto para los datos, como también, para el cableado lo que le permite ser implementado en zonas de riesgo. Además, este modelo cuenta con ciertas características en la que La señal utilizada por el bus de campo es del tipo digital y la transmisión de información en este tipo de bus se realiza la modulación en la que se necesita una corriente de a lo menos 10mA, diferenciando este modelo de las otras versiones del Profibus.
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