Profibus

Investigación PROFIBUS – MODBUS – MODBUS PLUS – FIELDBUS – UNITEL WAY

Román Francisco Landero Tovar | Interfaces y Redes | 08 de abril de 2013

Profibus Profibus es un estándar de comunicacione comunicacioness para bus de campo. Deriva de las palabras PROcess FIeld BUS. Profibus fue un estándar que se desarrollo a finales de los años 80 por el departamento de educación e investigación de Alemania, y por varias empresas, en las que destaca Honeywell y siemens, como mayores aportadores, a finales de esa década, Alemania lo tomo como norma este estándar, y hasta 1996 fue norma para toda la unión europea. PROFIBUS es un estándar de red de campo abierto e independiente de proveedores, proveedores, donde la interfaz de ellos permite amplia aplicación en procesos, fabricación y automatización predial. Este estándar es garantizado según los estándares EN 50170 y EN 50254. Desde enero de 2000, el PROFIBUS está fuertemente establecido con el IEC 61158, al lado de siete otros fieldbuses. El IEC 61158 se divide en siete partes, de números 61158-1 a 61158-6, con las especificaciones del modelo OSI. OSI. Esa versión, que fue ampliada, incluyó el DPV-2. En todo el mundo, los usuarios pueden ahora tener como referencia un estándar internacional de protocolo, cuyo desarrollo busco y aún busca la reducción r educción de costos, flexibilidad, confianza, orientación hasta el porvenir, posibilitar las más variadas aplicaciones, interoperabilidad y múltiples proveedores. Actualmente, calculase calculase por encima encima de 20 millones de nudos instalados instalados con tecnología tecnología PROFIBUS y más de 1000 fabricas con tecnología PROFIGUS PA. Son 23 organizaciones regionales (RPAs) y 33 Centros de Capacidad en PROFIBUS (PCCs), ubicados estratégicamente en varios países, vueltos a proveer soporte a sus usuarios, inclusive en Brasil, en la Escuela de Ingeniería de São Carlos – USP, que tiene el único PCC de América Latina.

Protocolo Profibus (Modelo OSI) OSI-Layer

7 Application

PROFIBUS

DPV0

DPV1 DPV2

6 Presentation 5

Session

4

Transport

3

Network

2

Data Link

FDL

1

Physical

EIA-485 Optical MBP

ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR

--

Management

INTERFACES Y REDES PÁGINA 1

3 servicios de protocolo DP han sido definidos

DP-V0. Provee las funcionalidades básicas incluyendo transferencia cíclica de datos, diagnóstico de estaciones, módulos y canales, y soporte de interrupciones

DP-V1. Agrega comunicación acíclica acíclica de datos, orientada orientada a transferencia transferencia de parámetros, operación y visualización

DP-V2. Permite comunicaciones entre esclavos. Está orientada a tecnología de drives, permitiendo alta velocidad para sincronización entre ejes en aplicaciones complejas.



Comunicación industrial Profibus

La tecnología de la información tuvo un papel decisivo decisivo en el desarrollo de la automación, cambiando jerarquías y estructuras estructuras en el ambiente ambiente de la oficina, y llega ahora a los más variados sectores del entorno industrial, industrial, de las industrias de proceso y manufactura hasta hasta los edificios y sistemas logísticos. La capacidad de comunicación comunicación entre instrumentos y el uso de mecanismos estandarizados, abiertos y transparentes son componentes indispensables del moderno concepto de automatización. La comunicación ampliase muy rápido en el sentido horizontal, en los niveles inferiores y aún en el sentido vertical, integrando los niveles jerárquicos de un sistema. Según las características de la aplicación e el costo máximo buscado, la combinación gradual de distintos sistemas de comunicación, tal como: Ethernet, PROFIBUS PROFIBUS y AS-Interface, brinda las condiciones ideales de redes abiertas en procesos industriales. A nivel de actuadores/sensores, actuadores/sensores, el el AS-Interface es el sistema de comunicación comunicación de datos datos ideal, pues las señales binarias de datos se transmiten a través de un barramiento muy simples y barato, juntamente con la entrada de energía de 24Vdc necesaria para alimentar estos mismos sensores y actuadores. Otra característica importante e que los datos se transmiten cíclicamente, de manera muy eficiente y rápida. A nivel de campo, campo, la periferia distribuida, cual: cual: módulos de E/S, transductores, transductores, impulsores impulsores (drives), válvulas y paneles de operación, operación, trabajan en sistemas de automatización a través de eficaz sistema de comunicación en tiempo real, el PROFIBUS DP o PA. La transmisión de datos del proceso efectuase de manera cíclica, mientras alarmes, parámetros y diagnósticos se transmiten sólo cuando sea necesario, de manera aciclica.

Tipos de profibus PROFIBUS DP Esta es la solución de alta velocidad del PROFIBUS. Su desarrollo fue perfeccionado principalmente para comunicación entre los sistemas de automatización y los equipos descentralizados. Es aplicable en los sistemas de control, donde se destaca el acceso a los dispositivos distribuidos de I/O. Es utilizado en sustituc sustitución ión a los sistemas convencionales 4 a 20 mA, HART o en transmisiones de 23 Volts, en medio físico RS-485 o fibra óptica. Requiere menos de 2 ms para transmitir 1 kbyte de entrada y salida y es muy usado en controles con tiempo crítico. Actualmente, 90% 90% de las aplicaciones aplicaciones relativas a esclavos Profibus Profibus utilizan el PROFIBUS DP. Esta variedad está disponible en tres versiones: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) e DP-V2 (2002). Cada versión tuvo su origen según el adelanto de la tecnología y la búsqueda de nuevas aplicaciones a lo largo del tiempo.



PROFIBUS-FMS El PROFIBUS-FMS brinda al usuario amplia selección de funciones cuando comparado con otras variedades. Es la solución estándar de comunicación universal usada para solucionar tareas complejas de comunicación entre CLPs y DCSs. Esa variedad soporta la comunicación entre sistemas de automatización, además del cambio de datos entre equipos inteligentes, y es usada, en general, a nivel de control. Debido a su función primaria establecer la comunicación maestro-a-maestro maestro-a-maestro (peer-to-peer) viene siendo reemplazada por aplicaciones en la Ethernet. .

PROFIBUS-PA El PROFIBUS-PA es la solución PROFIBUS que satisfaz las exigencias de la automatización de procesos, donde hay hay la conexión de sistemas sistemas de automatización y los sistemas de control de proceso con equipos de campo, tal como: transmisores de presión, temperatura, conversores, posicionadores, posicionadores, etc. Puede usarse para reemplazar el estándar 4 a 20 mA. Existen ventajas potenciales en utilizarse esta tecnología, que subrayan las ventajas funcionales (transmisión de informaciones confiables, tratamiento de estatus de las variables, sistema de de seguridad en fallos, equipos con capacidad capacidad de auto-diagnosis, auto-diagnosis, alcance de los equipos, alta resolución en mediciones, integración con el control discreto en alta velocidad, aplicaciones aplicaciones en cualquier cualquier sección, etc.). etc.). Además de de los beneficios económicos pertinentes a las instalaciones (reducción hasta 25% en algunos casos en comparación con los sistemas convencionales), menos tiempo de puesta en marcha, ofrece un aumento sensible de funcionalidad y seguridad. El PROFIBUS PA permite medición y control a través de línea de dos hilos simples. También permite accionar los equipos de campo en zonas con seguridad intrínseca. intrínseca. El PROFIBUS PA permite aún el mantenimiento y la conexión/desconexión de equipos mismo durante la operación, sin afectar otras estaciones en zonas de potencial explosivo. explosivo. El PROFIBUS PA fue desarrollado en cooperación con los usuarios de la Industria de Control y Proceso (NAMUR), cumpliendo con las exigencias de esa zona de aplicación. La conexión de los transmisores, conversores y posicionadotes de red PROFIBUS DP se hace con un acoplador DP/PA. El par torcido de hilos es utilizado en la impulsión y la comunicación de datos de todos los equipos, resultando en la instalación más facil y en el bajo costo de hardware, menos tiempo de iniciación, mantenimiento libre de problema, bajo costo de software de ingeniería y alta confianza en la operación. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


Las tres variedades de los niveles inferiores son muy parecidas, siendo la gran diferencia la interfaz de los programas de aplicación. El nivel 1 define el medio físico. El nivel 2 (nivel de transporte de datos) define el protocolo de acceso al barramiento. El nivel 7 (nivel de aplicación) define las funciones de aplicación. La arquitectura garantiza la transmisión de datos rápida y eficaz. Las aplicaciones disponibles del usuario, además del comportamiento comportamiento de los varios tipos de dispositivos PROFIBUS DP están especificados en la interfaz del usuario. El PROFIBUS – FMS tiene los niveles 1, 2 y 7 definidos, siendo el nivel de aplicación compuesto por mensajes FMS (Fieldbus Message Specification) y de la camada inferior (LLI -Lower Layer Interface). El FMS define un gran número de servicios potentes de comunicación entre maestros y entre maestros y esclavos. El LLI define la representación de servicios del FMS en el protocolo de transmisión del nivel 2.

Transmisión RS-485 Utiliza un par de cobre trenzado apantallado, y permite velocidades entre 9.6 kbps y 12 Mbps. Hasta Hasta 32 estaciones, o más si se utilizan repetidores. repetidores. La transmisión RS486 es la tecnología de transmisión más utilizada en el PROFIBUS, aunque la fibra óptica pueda usarse en largas distancias (más de 80 km). Em seguida vienen las principales caracteristicas:        

Transmisión asíncrona NRZ. Baud rates de 9.6 kBit/s a 12 Mbit/s, seleccionable. Par torcido con blindaje. 32 estaciones por sección, máx. 127 estaciones. Distancia según la tasa de transmisión (tabla 1). 12 MBit/s = 100 m; 1.5 MBit/s = 400m; < 187.5 kBit/s = 1000 m. Distancia extensible hasta 10 km con el uso de repetidoras. Conector D-Sub de 9 Pinos.

En general, aplicase en zonas conteniendo alta tasa de transmisión, instalación sencilla y bajo costo. La estructura del barramiento permite adicionar o remover estaciones sin afectar otras estaciones con expansiones posteriores sin ningún efecto en estaciones ya en ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


funcionamiento, cuando se configura el sistema, sólo sólo una tasa de transmisión transmisión es seleccionada para todos los dispositivos del barramiento.

MBP Es transmisión sincrónica con una velocidad fija de 31.25 Kbps.

RS-485 IS Las versiones IS muy esencialmente seguras, utilizadas en zonas peligrosas (explosivas).

MBP IS Fibra óptica. Incluye versiones de fibra de vidrio multimodo y monomodo, fibra plástica y fibra HCS.

Transmisión La tecnología de transmisión es síncrona con codificación Manchester en 31.25 Kbits/s (modo tensión), está definida según el IEC 61158-2 y fue creada con el propósito de satisfacer las exigencias de las industrias químicas y petroquímicas : seguridad intrínseca y la posibilidad de energizar los equipos de campo a través del barramiento. Las opciones y los límites de trabajo en zonas potencialmente explosivas están definidas según según el modelo FISCO (Fieldbus Intrinsically Safe Concept). Desde el punto de vista del control de las comunicaciones, el protocolo Profibus es maestro esclavo

Transmisión en fibra optica La solución a través de fibra óptica responde a la necesidad de inmunidad de a ruidos, diferencias de potenciales, largas distancias, arquitectura en anillo, redundanc redundancia ia física y altas velocidades de transmisión. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


El sistema de comunicación, su seguridad y su modo de acceso La eficacia de la comunicación se determinas por las funciones de nivel 2, donde se especifican las tareas de control de acceso al barramiento, las estructuras de los frames de datos, servicios básicos de comunicación y muchas otras funciones. Las tareas de nivel 2 se ejecutan con el FDL (Fieldbus Data Link) y con el FMA (Fieldbus Management), siendo el primero responsable por lo siguiente:    

Control de acceso del barramiento barramiento (MAC-Medium Access Control). Estructura de los telegramas. Seguridad de los datos. Disponibilidad de los servicios de transmisión de datos:  SDN (Send Data with no acknowledge )  SRD (Send and Request Data with reply)

El FMA proporciona varias funciones de supervisión, como por ejemplo:   

Configuración de parámetros. Informe de eventos. Activación de servicios de puntos puntos de acceso acceso (SAPs).

La arquitectura y la filosofía filosofía del protocolo PROFIBUS PROFIBUS garantizan a cada estación que participa del cambio de datos cíclicos un tiempo suficiente para ejecutar su tarea de comunicación en un intervalo de tiempo definido. Para eso utiliza el procedimient procedimientoo de pasaje de “token”, usado por estaciones maestras del barramiento al comunicarse entre si, y

el procedimiento maestro-esclavo para la comunicación con las estaciones esclavas. El mensaje de “token” (un frame especial para el derecho de passaje de un maestro a otro)

debe circular una vez para cada maestro en el tiempo máximo de rotación definido (configurable). En el PROFIBUS el procedimi ento de pasaje del “token” usase sólo para comunicación entre maestros.



Comunicación multimaestr multimaestro o

Comunicación maestro o esclavo



El procedimiento amo-esclavo posibilita al amo activo (el que tiene el “token”) acceder a sus esclavos (a través de servicios de lectura y escrita). El PROFIBUS utiliza subconjuntos subconjuntos diferentes de servicios del nivel 2 en cada perfil (DP, FMS, PA). SERVICIO FUNCIÓN SDA

Send Data with Acknowledge (Envía Datos con

DP

FMS PA

no

si

no

si

si

si

si

si

si

no

si

no

Confirmación) SRD

Send and Request Data with reply(Envía y recibe datos con

respuesta) SDN

Send Data with No acknowledge (Envía datos sin

confirmación) CSRD

Cyclic Send and Request Data with reply (Envía y recibe datos

ciclicos con respuesta)

Aplicaciones mono maestro. Un sólo maestro está activo en el bus, usualmente un PLC Los demás dispositivos son esclavos. Este esquema es el que permite los ciclos de lectura más cortos

Aplicaciones multi maestro. Permite más de un maestro. Pueden ser aplicaciones de sistemas independientes, en que cada maestro tenga sus propios esclavos. U otro tipo de configuraciones con dispositivos de diagnóstico y otros En un ambiente multimaestro, pueden haber dos tipos de maestros: 



DPM1. DP Master Class 1. Es un controlador central que intercambia información con sus esclavos en forma cíclica. Típicamente un PLC. DPM2. DP Master Class 2. Son estaciones de operación, configuración o ingeniería. Tienen acceso activo al bus, pero su conexión no es necesariamente permanente

Junto con las especificaciones especificaciones de otros buses buses de campo se recoge en las normas internacionales IEC61158 e IEC61784. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


Características: Velocidades de de transmisión: 9.6, 19.2, 93.75, 187.5, 500, 1500, 3000, 6000 y 12000 Kbps. Número máximo de estaciones: 127 (32 sin utilizar repetidores). Distancias máximas alcanzables (cable de 0.22 mm de diámetro): hasta 93.75 KBaudios: 1200 metros 187.5 KBaudios: 600 metros 500 KBaudios: 200 metros Estaciones pueden ser activas (maestros) o pasivas (esclavos). Conexiones de tipo bidireccionales, multicast o broadcast.

Conexión Eléctrica Profibus

PROFIBUS-DP y la tasa de alta velocidad de comunicacion El perfil PROFIBUS-DP fue desarrollado para la propiciar la comunicación cíclica rápida entre los dispositivos distribuidos. Además, el PROFIBUS-DP ofrece funciones para servicios de acceso cíclico, tal como configuración, monitoreo, diagnosticos y supervisión de alarmes de equipos de campo. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


Em 12Mbit/s el PROFIBUS-DP requiere sólo 1 ms para transmitir 512 bits de entrada y 512 bits de salida, distribuídos entre 32 estaciones. Este perfil es ideal para controles discretos, exigiendo alta velocidad de procesamiento. La figura 7 muestra el tiempo típico de transmisión del PROFIBUS-DP, en función del numero de estaciones y la velocidad de transmisión, donde cada esclavo tiene 2 bytes de entrada y 2 bytes de salida, y el “Intervalo Mínimo de Tiempo del Esclavo” es 200µs.

Ciclo de un sistema monomaestro monomaestro

Telegrama El FDL define los telegramas, de la siguiente manera:    



Telegrama de token de datos (6 bytes de control). Telegramas sin campos de datos (6 bytes de control). Telegramas con campo de datos de largura fija (8 bytes de datos y 6 de control). Telegramsd con campo de datos variables (de 0 a 244 bytes de datos y de 9 a 11 de control). Reconocimiento rápido (1 byte).

La integridad y la seguridad de las informaciones se mantenien en todas las transacciones, pues incluyen la paridad y el chequeo del frame, alcanzándose así la “Hamming Distance” de HD=4. La figura 8 ilustra el principio de transferencia de los datos de usuarios. Pero téngase en cuenta que en el lado lado DP los datos se transmiten transmiten de manera asíncrono asíncrono bajo 485 y, en el lado DP, de manera bit-síncrona, en el H1 ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


Principio de transferencia en FDL

A fin de hacer hacer el cambio de de datos con un un esclavo es esencial al maestro observar la siguiente secuencia en el inicio de la operación:    

 

Dirección de la estación. Pedido de diagnostico. Parámetros del esclavo. Chequeo en la solicitación de diagnostico previo al establecerse el cambio de datos ciclicos, tal como la confirmación de los parámetros. Cambio de datos cíclicos. Control global.



Servicios obligados de Maestro-Esclavo

Tipos de dispositivos Cada sistema DP pode conter três tipos diferentes de dispositivos: AMO DP CLASE CLASE 1 (DPM1)

Es un controlador principal que cambia informaciones cliclicamente con los esclavos. Los controladores logicos programables (CLPs) son ejemplos de eses dispositivosamos. AMO DP CLASE CLASE 2 (DPM2)

Son estaciones de ingeniería ingeniería utilizadas para para configuración, monitoreo monitoreo o sistemas de supervisión como, por ejemplo, Simatic PDM, CommuwinII, Pactware, etc. ESCLAVO

Un esclavo DP es un dispositivo periférico, tal como: dispositivos de I/O, actuadores, IHM, válvulas, transductores, etc. Existen aún dispositivos con una sola entrada, una sola salida o una combinación de entradas y salildas. Incluyense Incluyense también los esclavos PA, puesto que son vistas por el sistema como si fueran esclavos DP.



La cantidad de informaciones de entrada y salida (I/O) depende del tipo de dispositivo, permitiendose hasta 244 bytes de entrada y 244 bytes de salida. La transmisión de datos del DPM1 a los esclavos ejecutase automaticamente automaticamente por el DPM1 y dividese en tres etapas: parametrización, configuración configuración y transferencia de datos. Seguridad y confiabilidad son indispensables para adicionarse al PROFIBUS-DP las funciones de protección protección en contra errores de parámetros o fallo del equipo equipo de transmisión. Para tanto, el monitoreo es implementado tanto en el amo DP cuanto en los esclavos, cual monitoreo de tiempo especificado especificado en la configuración. configuración. El Amo DPM1 monitorea la transmisión de datos de los esclavos con el Data Control Timer. Utilizase un contador de tiempo para cada dispositivo. El contador expira cuando ocurre una transmisión de datos incorrecta durante el monitoreo y el usuario es informado a respecto. Si la reacción automática a un error (Auto Clear = true) esté habilitada, el amo DPM1 encierra su estado de OPERACIÓN, protegiendo todas las salidas de esclavos y pasando al estado “CLEAR” (apagar o limpiar). El esclavo usa el “watchdog timer” (contador

vigilante) para detectar detectar fallos en el amo o en la linea de transmisión. transmisión. Si no ocurrir ocurrir ninguna comunicación dentro de este periodo, el esclavo pondrá sus salidas automáticamente en el estado de seguridad (fail safe state). Las funciones DP extendidas posibilitan funciones acíclicas acíclicas de lectura y escritura y el reconocimiento de una interrupción que pueda ejecutarse paralelamente e independiente de la transmisión cíclica de datos. Eso permite al usuario acceder de manera aciclica a los parámetros (a través de un amo clase 2) y acceder a los valores de medida de un esclavo mediante estaciones de supervisión y de diagnóstico. Actualmente esas funciones extendidas extendidas son muy muy usadas en la operación en línea de los equipos de campo PA por las estaciones de ingeniería. Esa transmisión tiene una prioridad más baja que la transferencia cíclica de datos (que exige alta velocidad y alta prioridad en el control.)

TIEMPO DE RESPUESTA EN PROFIBUS El tiempo de respuesta de un sistema Profibus DP depende esencialmente de los siguientes factores:   

MaxTSDR (tiempo de respuesta tras qué la estación puede responder). La tasa de comunicación selecionada. Min Slave Interval (tiempo entre dos ciclos de polling, de cambio de datos entre dos esclavos). Depende del ASIC utilizado, mientras encontranse en el mercado tiempos de 100 µs.

Para efectos practicos, en 12Mbits/s puedese suponer que el tiempo del ciclo de mensaje (Tmc) mientras sigue el telegrama + TSDR + la respuesta del esclavo, donde N es el número de inputs y outputs de esclavo, es: ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


Tmc = 27µs + N x 1.5µs Por ejemplo: un amo con cinco esclavos y cada esclavo con 10 bytes de entrada y 20 bytes de salida, en 12Mbits/s tendría un Tmc alrededor de 72µs/esclavo. El ciclo de tiempo del barramiento es obtenido por la suma de todos los ciclos de mensaje: Tbc = 5 x 72µs = 360µs Una explicación más detallada de veces que el sistema se puede encontrar en la norma IEC 61158.

PROFIBUS-PA El uso de PROFIBUS en dispositivos típicos y aplicaciones de control de proceso definense de acuerdo con el perfil del PROFIBUS-PA PROFIBUS-PA,, lo cual define los parámetros de los equipos de campo y su comportamiento típico, sin depender del fabricante, y es también aplicable a transmisores de presión y temperatura, y posicionadores. Basease en el concepto de los blocos funcionales, que con estandarizados de forma que garantize la interoperabilidad entre los equipos de campo. Los valores y estados de la medición y también los valores de ajuste recebidos por el equipo de campo en el PROFIBUS PA se transmiten de manera ciclica con la más alta prioridad a través de un amo clase 1 (DPM1). Sin embargo, los parámetros de visualización, operaciones, mantenimiento y diagnostico se transmiten por herramientas de ingeniería (amo clase 2, DPM2), con baja prioridad a través de servicios acíclicos por conexión C2. De modo cíclico, la secuencia de bytes de diagnostico es también transmitida. La descripción de los bits de estes bytes está en archivo del equipo GDS y depende del fabricante. La duración aproximada del ciclo (Tc) puede calcularse como: Tc ≥ 10ms x numero de equipo s + 10ms (servicios acíclicos acíclicos amo clase 2) + 1.3ms (para cada

conjunto de 5 bytes de valores cíclicos). cíclicos). Piense en la situación con 2 lazos de control de 5 transmisores de presión y 5 posicionadores de válvulas. El tiempo de ciclo será alrededor de 110 ms.



Elementos de la red Profibus PA 





 

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

 

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

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  

Clase 1: responsable por las operaciones cíclicas (lectura/escriptura) (lectura/escriptura) y el control de los lazos abiertos y cerrados del sistema de control/automatización (CLP). Clase 2: responsable por los accesos acíclicos de parámetros y funciones de los equipos PA (estación de ingeniería o estación de operación: Simatic PDM o Communwinll o Pactware). Acopladores (couplers): (couplers): son dispositivos dispositivos uitilizados para traducir las las caracteristicas físicas del PROFIBUS DP y del PROFIBUS PA (H1: 31,25 kbits/s). Y aún: Son transparentes para los amos (no tienen dirección física en el barramiento). Aplicanse en funciones funciones de seguridad seguridad (Ex) y (Non-Ex), definiendo definiendo y limitando limitando el numero máximo de equipos en cada segmento de cada segmento PA. El número máximo de equipos en un segmento depende, entre otros factores, de la suma de las corrientes quiescentes, de fallos en los equipos (FDE) y las distancias cubiertas por el cableado. Pueden energizarse hasta 24 Vdd, conforme el fabricante y el area de clasficación. Pueden trabajar con las siguientes tasas de comunicación, conforme el fabricante: P+F(93.75 kbits/s y SK2: até 12Mbits/s) y Siemens (45.45 kbits/s). Dispositivos de enlace: Utilizanse como esclavos de la red PROFIBUS DP y amos de la red PROFIBUS PA (H1: 31,25bits/s). Utilizanse para lograr altas velocidades (hasta 12Mbits/s) en el barramiento DP. Y aún: Tienen dirección física en el barramiento. Permiten acomplarse hasta 5 acopladores, pero limitan el número de equipos en 30 de un barramiento “Non-Ex “Non-Ex”” y 10 de un barramiento “Ex”. Con eso aumentan su capacidad de encaminamiento de la red DP. El terminador consiste de un capacitor de 1µF y un resistor de 1000 conectados en serie entre ellos y paralello al barramiento, con las siguientes funciones: Shunt de señal de corriente la señal de comunicación se transmite como corriente pero se recibe como tensión. La conversión se hace por el terminador. Protección contra el reflejo del señal de comunicación: debe colocarse en las dos terminaciones del barramiento, uno en el fin y otro en el acoplador, en general. Cableado: recomendase usar el ca ble tipo par torcido 1x2, 2x2 ou 1x4 con blindaje, y aún: Diámetro: 0.8 mm2 (AWG 18). Impedancia: 35 a 165 Ohm en frecuencias de 3 a 20 Mhz. Capacitancia: menos que 30 pF por metro.



Dispositivoss y su jerarquía Dispositivo

-

Actuadores

Direccionamiento en red PROFIBUS En cuanto a direccionamiento, se puede tener dos arquitecturas a tener en cuenta donde lo fundamental son la transparencia de los acopladores y la atribución de las direcciones a los dispositivos de enlace



Direccionamiento Direccionamie nto con acopladores

-

Direccionamiento Direccionamien to con enlaces

Topología

Topología en estrella



Topología en barramiento (BUS)

Topología punto a punto



Integración con sistemas PROFIBUS Para integrarse un equipo en un sistema PROFIBUS basta usar el archivo GSD del equipo. Cada equipo tiene su archivo GSD (con hoja de datos electrónica), que es un archivo de texto con detalles de revisión de hardware y software, toma de tiempo del equipo e informaciones del cambio de datos cíclicos.

Archivo GSD

Además del archivo archivo GSD, también se suministran suministran los archivos archivos de Descripción Descripción de Dispositivos (DDs), donde se detallan los parámetros, menus y métodos para la configuración ciclica de los equipos de campo. Esos archivos siguen el estándar EDDL definido por la PROFIBUS International. Hay aún el estándar FDT y el DTM para configuración, monitoreo y calibración.

PROFIBUS-PA PROFILE 3.0 Se puede operar y monitorear un sistema PROFIBUS no importa el equipo o el fabricante. Esto será verdadero si todas las características y maneras de acceso a esas informaciones fueren estándares. Esos estándares se determinan por los perfiles de PROFIBUS-PA. Estos perfiles especifican como los fabricantes deben implementar los objetos, variables y parámetros de la comunicación, según el tipo de trabajo del equipo. Y además hay la clasificación de los propios parámetros: 

Valores dinámicos de de proceso: se refieren a las variables de proceso, cuya cuya información se describe en los archivos GSD (Device Data Master) que serán leídos por los amos clase 1 y también aciclicamente por los amos clase 2.

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INTERFACES Y REDES PÁGINA









Amo Clase 1: encargado de las operaciones cíclicas (lecturas y escrituras) y control

de circuitos abiertos Amo Clase 2: encargado de los accesos aciclicos de parametros y funciones de equipos PA (estaciones de ingeniería tales como PDM, ComjuWinll, Pactwqare, etc. Valores estándares de configuración/ configuración/operación: operación: se acceden acceden exclusivamente exclusivamente para lectura y escriptura, a través de servicios aciclicos. Hay parametros que tienen que ser implementados y otros que son opcionales a los fabricantes. Parametros especificos de los fabricantes: exclusivos a la funcionalidad del propio fabricante del equipo y que se pueden acceder aciclicamente, pués también también estan definidos según el estándar de estructuras de datos del perfil.

Actualmente, el el PROFIBUS-PA se define según según el PROFILE PROFILE 3.0 (desde (desde 1999), donde donde hay informaciones para los varios tipos de equipos, tales como transmisores de presión, de temperatura, posicionadores de válvulas, etc. Estos equipos se implementan de acuerdo con el modelo de bloques funcionales (function blocks), donde se agrupan los parametros, lo que garantiza un acceso uniforme y sistematico de las informaciones. Varios bloques y funciones son necesarios, según el modo y la etapa etapa de operación. operación. Basicamente, hay tres: Bloques funcionales de entrada y salida analogicas: estos bloques describen las funcionalidades durante durante la operación, tales como: cambio de datos ciclicos de entrada y salida, condiciones de alarmes, límites, etc. Bloques Transductores (Transducer Blocks): los que almacenan informaciones de los sensores para utilizarse por los bloques funcionales, y que también reciben informaciones de estos para activar elementos finales de control. Normalmente, un equipo de entrada (un transmisor de presión) tiene un bloque transductor (TRD) que se conecta mediante un canal a un bloque de entrada analogica (Al) y un equipo de salida (un posicionador de valvula) tiene un bloque de salida analogica analogica (AO), que recibe un valor valor de ajuste y lo dispone a través del canal a un bloque transductor (TRD) que accionará el elemento final (por ejemplo, posicionando una valvula). Una caracteristica muy importante soportada en el PROFILE 3.0 es la definición de los equipos según los archivos GDS. Esos archivos garantizan que cualquiera sistema PROFIBUS pueda componer el equipo, sin importar sus caracteristicas. Resulta en que cada fabricante puede desarrollar sus bloques funcionales especificos, además de lo que se describe en el perfil. Esto valora los equipos y posibilita la competencia en el desarrollo y la oferta de nuevas caracteristicas en los equipos Estos detalles específicos de los equipos pueden accederse a través de interfazes estándares, con concepto basado en EDDL (Lenguaje Electronica Descriptiva de Equipos, en inglês) o FDT (Herramienta de Equipo de Campo). A través de ellas, el usuario adquiere versatilidad y flexibilidad de configuración, configuración, parametrización, parametrización, calibración y principalment principalmentee los ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


mecanismos de download y upload (carga y descarga) en la etapa de planeamiento y puesta en marcha de los proyectos.

Bloque de entrada analógica

Bloque de totalización



Bloque de salida analógica

PROFISAFE: Seguridad La búsqueda de más recursos en el sector de automatización and control de procesos, proceso s, a través del avance de la tecnología digital y la rápida expansión del Fieldbus, favoreció el desarrollo de la tecnología del diagnóstico y como cuidar de fallos seguros. Principalmente, vuelta a la prote cción de la personas, los equipos/máquinas y el ambiente, buscando siempre el sistema seguro ideal. Este sistema seguro requiere, en e n otras palabras, que los datos e informaciones pueden validarse en relación a sus valores y al dominio del tiempo, lo que se aplica al sistema entero. Esto garantiza que el dato recibido fue enviado correctamente y quien lo envió es también el remitente cierto. Además, que esa sea la información esperada, en un determinado momento, y la misma fue recibido en e n la secuencia correcta, etc. Actualmente, el estándar más típico de seguridad internacional y abarca la mayor mayor parte de los desarrolladores e implementadores de sistemas de seguridad es el llamado IEC61508. Este estándar muestra las actividades de todo el ciclo de vida de los sistemas electrónicos vueltos a la seguridad. se guridad. Por lo tanto, trata tanto de requisitos de hardware como de software. El peligro de accidentes en procesos de producción es grande y la probabilidad de accidente depende de la posibilidad de fallos. La ocurrencia de fallos depende del tipo y los requisitos de seguridad de la aplicación. El perfil de aplicación PROFIBUS “PROFIsafe” – Perfil para Tecnología Segura describe mecanismos de comunicación segura segura entre perifericos a prueba de fallos (Fail-Safe) y controladores seguros. Basase el en los requisitos de estándares y reglas para aplicaciones vueltas a la seguridad, cual el IEC 61508 y el EN954-1, E N954-1, además de experiencia de los fabricantes de equipos a prueba de fallos y de la comunidad de fabricantes de CLPs. Este perfil soporta aplicaciones seguras en amplia area de aplicaciones de campo. Y, al contrario de barramientos especiales en funciones de seguridad, permite la implementación de automatización automatización segura a través de una solución abierta y con el estándar PROFIBUS, garantizando costos más efectivos de cableado, parametrización y funciones remotas de diagnostico consistentes. Garantiza la seguridad en sistemas de control decentralizados a través de la comunicación Fail-Safe y los mecanismos de los dispositivos y equipos. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR


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Industria manufacturera Protección rápida de personas, maquinas y ambiente. Funciones de paros de emergencia. Barreras de luz. Control de entrada. Scanners. Drivers con seguridad integrada. Control de procesos en general. Areas quimica y petroquimica. Transporte publico. Otras. Lugares donde se encuentra PROFISAFE

La tecnología abierta PROFIBUS cumple con una serie de necesidades de las aplicaciones más variadas, según los los principios de seguridad del PROFIsafe: PROFIsafe:  

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Independencia entre comunicación relevantemente segura y comunicación segura. Aplicable a niveles SIL3 (IEC61508), AK6 (DIN V 19250) e categoria categoria de controle 4 (KAT4) (EN 954-1). Usase redundancia sólo para aumentar la credibilidad. SIL3 (IEC61508), AK6 (DIN V 19250) y categoria de control 4 (KAT4) (EN 954-1). La introducción de funciones de transmisión transmisión segura debe restringirse a la comunicación comunicación entre equipos y no reducir r educir la cantidad de ellos. Tratase siempre de la relación de comunicación 1:1 entre dispositivos F. La duración de las transmisiones debe monitorearse.

El PROFIsafe adopta algunas acciones preventivas objetivando aislar las posibles causas de fallos y, mientras estos ocurren, que lo sea bajo seguridad. 

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Secuencia numerada de los mensajes seguros: con esto, minimizase la pérdida de comunicación, la inserción de bytes en el frame y la secuencia incorrecta. Secuencia de “watchdog timer” (alarma programado) para los mensajes y sus reconocimientos: controlando los atrasos. Una contraseña entre emisor y receptor: re ceptor: evitando la conexión de mensajes estándar y seguros. Protección adicional del mensaje con la inclusión de 2 a 4 bytes de CRC: evitando la corrupción de datos del usuario y el enlace de mensajes estándar y seguros.



Como se detecta un error

Arquitectura Prosafe



Modbus Modbus es un protocolo de comunicaciones situado en el nivel 2 del Modelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo maestro/esclavo o cliente/servidor, diseñado en 1979 por Modicon para su gama de controladores lógicos programables (PLCs). Convertido en un protocolo de comunicaciones estándar de facto en la industria es el que goza de mayor disponibilidad para la conexión de dispositivos electrónicos industriales. Modbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a un ordenador. Modbus también se usa para la conexión de un ordenador de supervisión con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisión adquisición de datos (SCADA) (SCADA).. Existen versiones del protocolo Modbus para puerto serie y serie y Ethernet Ethernet (Modbus/TCP). Existen dos variantes, con diferentes representaciones numéricas de los datos y detalles del protocolo ligeramente desiguales. Modbus RTU es una representación binaria compacta de los datos. Modbus ASCII es una representación legible del protocolo pero menos eficiente. Ambas implementaciones implementaciones del protocolo protocolo son serie. El formato RTU finaliza la trama con con un suma de control de redundanc redundancia ia cíclica (CRC), mientras que el formato ASCII utiliza una suma de control de redundanc redundancia ia longitudinal (LRC). La versión Modbus/T Modbus/TCP CP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisión mediante paquetes TCP/IP Cada dispositivo de la red Modbus posee una dirección única. Cualquier dispositivo puede enviar órdenes Modbus, aunque lo habitual es permitirlo sólo a un dispositivo maestro. Cada comando Modbus contiene la dirección del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos reciben la trama pero sólo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial denominado "Broadcast"). Cada uno de los mensajes incluye información redundante que asegura su integridad en la recepción. Los comandos básicos Modbus permiten controlar un dispositivo RTU para modificar el valor de alguno de sus r egistros o bien solicitar el contenido de dichos registros. Existe gran cantidad de modems que aceptan el protocolo Modbus. Algunos están específicamente diseñados para funcionar con este protocolo. Existen implementaciones implementaciones para conexión por cable, wireless wireless,SMS ,SMS o GPRS. La mayoría de problemas presentados hacen referencia a la latencia latencia y y a la sincronización. sincronización.

Principales Característic Características as • Control de acceso al medio tipo Maestro/Esclavo. Maestro/Esclavo. • El protocolo especifica: formato de trama, secuencias y control de errores. • Existen dos variantes en el formato: ASCII y RTU ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 26


• Solo especifica la capa de enlace del modelo ISO/OSI. • A cada esclavo se le asigna una direccion fija y unica en el rango de 1 a 247. • La direccion 0 esta reservada reservada para mensajes de difusion sin respuesta.

TRAMAS

Formatos MODBUS



Formatos MODBUS

Funciones



Respuesta de error

Códigos de error



Holding Registers Los registros Holding, representan cantidades de 16 bits, se puede ver cada registro como un bloque o celda de memoria, que es e s capaz de almacenar números entre 0 y 65535. Las direcciones usadas para los registros holding inician en la dirección 40001, pero puede usarse cualquiera de las mencionadas en la tabla para los registros holding. Estos registros son de lectura/escritura, es decir que el maestro puede hacer peticiones de información para leer el dato que está es tá almacenado, o puede enviar peticiones para escribirle un valor al registro holding en el momento que se requiera. En nuestras tarjetas usamos los registros Holding para almacenar el número de vueltas que va dando un encoder debido al paso de gas LP, cuando se inicia un servicio a un cliente, el encoder gira al pasar el gas, cada vuelta del encoder, hace que el registro holding 40006 aumenten en una unidad, en el momento deseado el registro r egistro electrónico puede hacer peticiones de información para saber exactamente, el valor de cada registro. Como se mostro en la animación anterior, el maestro siempre inicia las peticiones de información, el maestro puede pedir el valor de los registros holding y el esclavo entonces responde justo con el valor almacenado en el instante de la petición, más detalles de este proceso se verán en el siguiente articulo.

Funcionamiento Básico El funcionamiento tiene una base muy sencilla: El actúan en función de lo que este diga.

Master

pregunta y los Slaves responden o

Un dispositivo conectado al bus ejerce de maestro solicitando información del resto de dispositivos conectados que ejercen como esclavos y son quienes suministran la información al primero. Según el estándar Modbus y dada su implementación, implementación, en una red Modbus habrá un Master y hasta un máximo de 247 dispositivos Slaves. Esta limitación está determinada por el simple hecho que en una trama Modbus la dirección del esclavo se representa con un solo Byte, existiendo algunas direcciones reservadas para propósitos específicos como broadcast, etc. Todo a su tiempo. Lo dicho, en una red Modbus todos los dispositivos esclavos deben tener una dirección asignada que debe estar comprendida entre la 1 y la 247.Desde un punto de vista práctico, no pueden coexistir dos dispositivos esclavos con la misma dirección Modbus. Dentro de la trama Modbus RTU, la dirección del esclavo corresponde al primer byte. En una red Modbus el Master no sólo puede ejercer la función de recompilar información de los esclavos mediante preguntas, sino que puede interactuar con ellos o alterar su estado, pudiendo escribir además de leer información en cualquiera de ellos. Con el paso de los años y según la evolución de las redes rede s de comunicaciones entre dispositivos electrónicos, así como de la conectividad entre dispositivos, han ido apareciendo variantes del protocolo Modbus que estaba pensado en su inicio para redes implementadas sobre líneas serie. La evolución más utilizada/conocida es la que se conoce como Modbus TCP, una “versión” del protocolo Modbus que permite la implementación de este protocolo sobre redes Ethernet i, en consecuencia, aumenta el grado de conectividad. Está “versión” del protocolo encapsula la trama base del protocolo Modbus en la capa de aplicación TCP/IP de forma sencilla. Con un poco de tiempo colgaré la estructura a nivel de byte de las tramas Modbus RTU y Mobus TCP. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 30


Variaciones Tipos de Datos      

Coma Flotante IEEE entero 32 bits datos 8 bits tipos de datos mixtos campos de bits en enteros multiplicadores para cambio de datos a/de entero. 10, 100, 1000, 256 ...

Extensiones del Protocolo  

direcciones de esclavo de 16 bits Tamaño de datos de 32 bits (1 dirección = 32 bits de datos devueltos.)

Funcionamiento



Modelo de direccionamiento de MODBUS



Diagrama de transacción de MODBUS



Modbus Plus En la actualidad, se puede encontrar Modbus Plus (Modbus+ o MB+), es una versión extendida del protocolo y privativa de Modicon. Dada la naturaleza de la red precisa un coprocesador dedicado para el control de la misma. Con una velocidad de 1 Mbit/s en un par trenzado sus especificaciones son muy semejantes al estándar EIA /RS-485 /RS-485 aunque no guarda compatibilidad con este. La red también es un medio eficaz para la entrada de servicio / subsistemas de salida. Modicon Modbus Plus E / S distribuidas (DIO) adaptadores de derivación y bloque de terminales de E / S (TIO) Los módulos se pueden colocar en E / S remotas sitios para permitir que la aplicación controle los dispositivos de campo a través del enlace de red.



Características Modbus Plus Tipo de red:

Master / Slave de bus de campo basado en RS485 con paso de testigo

Topología:

Línea de topología con segmentos de hasta 32 estaciones

Instalación:

Cable blindado de par trenzado con 9 polos DSub conector. Longitud del cable por segmento hasta 500 m con repetidores extensible hasta 2.000m.

Velocidad:

2 Mbit / s

max. Estaciones:

64

Datos:

cíclico de E / S y los datos de parámetros acíclicos

Funciones de red:

Master / Slave red de bus de campo para aplicaciones de control en tiempo real.

Manual de Organización: Modbus-IDA de grupo de usuarios



Fieldbus Es un medio estándar de comunicación entre los componentes del sistema de control, incluyendo PLCs, terminales MMI, supervisores, variadores de velocidad, controladores numéricos, básculas, etc. Es adecuado para las arquitecturas diseñadas para el control de piloto y dispositivos de vigilancia a través de un PLC, o arquitecturas utilizado para la interfaz hombre-máquina (MMI) supervisión, etc El bus Uni-Telway requiere una estación principal que gestiona la asignación de derechos de acceso al bus varias estaciones conectadas (conocidas como estaciones esclavas). La tecnología fieldbus (bus de campo) es un protocolo de comunicacio comunicaciones nes digital de alta velocidad creada creada para remplazar la clásica clásica señal de 4-20 4-20 mA que aún aún se utiliza en muchos de los sistemas DCS( DCS(Sistema Sistema de Control Distribuido) y PLC y PLC (Controladores Lógicos Programables), instrumentos de medida y transmisión y válvulas de control. La arquitectura fieldbus conecta estos instrumentos con computadores que se usan en diferentes niveles de coordinación y dirección de la planta. Muchos de los protocolos patentados para dichas aplicaciones tiene una limitante y es que el fabricante no permite al usuario final la interoperabilidad de instrumentos, es decir, no es posible intercambiar los instrumentos de un fabricante por otro similar. Es claro que estas tecnologías cerradas tienden a desaparecer, ya que actualmente es necesaria la interoperabilidad de sistemas y aparatos y así tener la capacidad de manejar sistemas abiertos y estandarizados. Con la mejora de los protocolos de comunicación es ahora posible reducir el tiempo necesario para la transferencia de datos, asegurando la misma, garantizando el tiempo de sincronización y el tiempo real de respuesta determinística en algunas aplicaciones. aplicaciones. La arquitectura de aplicación de Fieldbus se apoya en la distribución de las tareas de automatización a los dispositivos de campo que están interconectados a una red. Las funciones más básicas realizadas por un dispositivo se modelan como bloques. Los bloques cooperan y se interconectan entre sí, apoyando a la propagación de parámetros entre los dispositivos, y el operador. La arquitectura de interconexión Fieldbus se basa en un subconjunto de tres capas de la arquitectura OSI (interconexión de sistemas abiertos), modelo modelode de referencia elaborado por la ISO (International Organization for Standardization). Los modelos de la aplicación OSI, la gestión del sistema, así como también la arquitectura de aplicación de Fieldbus, se basan en conceptos de Programación Orientada a Objetos (POO). Ambas modelos, OSI y OOP se utilizan para simplificar la comprensión de la funcionalidad de fieldbus. Modelo OSI El modelo de referencia OSI es un estándar reconocido internacionalmente internacionalmente para arquitecturas de red en la que se basan las redes abiertas. El estándar se ha desarrollado como un modelo para las telecomunicaciones en todos los niveles. Todas las funciones (tales como: hacer frente a las instalaciones, la comprobación de errores y codificación y codificación y y decodificación) de una red se han agrupado en conjuntos lógicos llamados capas, que en ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 36


total son siete. La parte de la aplicación realizada por el sistema, se realiza en un dispositivo que se llama el proceso de aplicación (AP). Una capa de la pila sólo interactúa con las capas inmediatamente por encima y por debajo.

Uni-Telway aplicación PLC (Serie 7, Modicon TSX Micro, Premium) La mayoría de los dispositivos Telemecanique

Características del protocolo. 

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Basado en RS-485, aunque hay versiones punto a punto basadas en RS-232 con menores capacidades, asi como versiones sobre enlace de corriente de 20 mA. Transmisión sobre un cable doble de par trenzado apantallado con velocidades de hasta 19,2 Kbps. Hasta 28 dispositivos, si se usa el puerto aislado de determinados PLS si se usa el terminal típico TER/AUX. Numero de direcciones de enlace 8 o 96. Un dispositivo puede tener mas de una asignada. Se permite envio de dato no solicitado por parte de cualquier equipo. El maestro puede enviar mensajes broadcast. Físicamente podemos considerar a un bus como un conjunto de conductores que conectan conjuntamente conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos. Contrario a una conexión punto a punto —donde solo dos dispositivos intercambian información—, un bus consta normalmente de un número de usuarios superior, además que generalmente un bus transmite datos en modo serial, a excepción de algún protocolo de bus particular como SCSI o IEEE-488, utilizado utilizado para interconexión de instrumentos de medición, que no es el caso de los buses tratados como buses de campo. Para una transmisión serial es suficiente un número de cables muy limitado, generalmente dos o tres conductores y la debida protección contra las perturbaciones externas para permitir su tendido en ambientes de ruido industrial.

Ventajas de un bus de campo       

El intercambio puede llevarse a cabo por medio de un mecanismo estándar. Flexibilidad de extensión. Conexión de módulos diferentes en una misma línea. Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias. Distancias operativas superiores al cableado tradicional. Reducción masiva de cables y costo asociado. Simplificación de la puesta en servicio.



Desventajas de un bus de campo   

Necesidad de conocimientos superiores. Inversión de instrumentación y accesorios de diagnóstico. Costos globales inicialmente superiores.

Los sistemas de Fieldbus son más complejos, así que los usuarios necesitan ser entrenados más extensivamente o ser calificados más altamente 

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El precio de los componentes del fieldbus es más altos.

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Los dispositivos de prueba de Fieldbus son más complejos.

Los fabricantes de dispositivos tienen que ofrecer diversas versiones de sus dispositivos (e.g. sensores, actuadores) debido al número de diversos d iversos estándares (incompatibles) de fieldbus. 

Unos o más estándares del fieldbus pueden predominar en un futuro y otros o tros pueden llegar a ser obsoletos. Esto aumenta el riesgo de la inversión inversiónal al poner fieldbus en ejecución. 

Clasificación de redes Buses actuadores y sensores

Inicialmente se usan un sensor y un bus actuador en conexión simple, dispositivos discretos con inteligencia limitada, como un fotosensor, un switch limitador o una válvula solenoide, controladores y consolas terminales. Buses de campo y dispositivos calientes

Estas redes se distinguen por la forma como manejan el tamaño del mensaje y el tiempo de respuesta. En general, estas redes conectan dispositivos inteligentes en una sola red distribuida (Delta V de Emmerson). Estas redes ofrecen altos niveles de diagnóstico y capacidad de configuración, generalmente al nivel del poder de procesamiento de los dispositivos más inteligentes. Son las redes más sofisticadas que trabajan con control distribuido real entre dispositivos inteligentes.



Desde la capa 3 a la 6 no se utilizan en Fieldbus. Esta simplificación hace de Fieldbus más rápido y más fácil de implementar en dispositivos con potencia de procesamiento limitada, como instrumentos de campo.

Capas Capa Física (PHL): Sólo reconoce bits individuales. La norma define los tipos de medios medios y y señales, señales, velocidad de transmisión y topología, y topología, incluyendo el número de nodos, y la potencia del dispositivo (sólo en Fieldbus). 

Capa de Enlace de Datos (DLL) : transfiere datos entre entidades de la red; realiza el mantenimiento, la activación y desactivación de los enlaces de las conexiones de datos, agrupación de bits en caracteres y tramas, control de errores, control de acceso al medio y control de flujo ( permitiendo a varios dispositivos compartir la red). La norma define el tipo de control de acceso al medio, formatos de trama, la comprobació comprobación n de errores. 

Capa de Aplicación (APP) : permite la interconexión entre los puntos de acceso y el usuario. El estándar define formatos de mensaje yservicios mensaje yservicios a disposición de los AP. 



Comunicación Los datos se intercambian utilizando una señal serial half-duplex síncrona. Un dispositivo transmite y recibe en el mismo medio, pero no simultáneamente. La señal se autotemporiza, utilizando la codificación Manchester (también conocido como bifásico L). Dado que la transmisión es sincrónica, no se requiere bits de inicio o paro. En la codificación Manchester, el reloj y los datos se combinan para que un flanco de subida represente un 0 lógico (cero), y un flanco de bajada representa un 1 lógico (uno) en los datos.

Codificacion Manchester

Cuando se transmite, primero hay un preámbulo, lo que equivale al timbrado del teléfono, para sincronizar los receptores de otros dispositivos. El principio y final del mensaje se indica con delimitadores de inicio y final. Los delimitadores no se codifican, sólo los datos, por lo que puede ser identificados. Los bits no codificados de los delimitadores se les llama N+ (nondata positivo), y NN - (nondata negativo). El preámbulo y los delimitadores añadidos por la capa física en el dispositivo de transmisión, son descartados en la capa física del dispositivo receptor.



Capa física

Topologías

Topologia de barremiento o BUS



Topología de árbol

Capa de enlace de datos de Fieldbus - FDL La capa de enlace de datos de Fieldbus, capa se compone de dos subcapas: la porción más baja es Fieldbus Media Access Control (FMAC) y la parte superior superi or es Fieldbus Data Link Control (FDLC). Un dispositivo en Fieldbus es uno de los dos tipos de estaciones:  

Estación Maestra Estación Esclavo.

Una estación maestra tiene el derecho de acceso a los medios (iniciar la comunicación). Los esclavos sólo tienen el derecho a responder a una solicitud de un maestro.

Control de acceso al Medio de Fieldbus El medio de acceso a la comunicación es una fusión entre los principios de token y passing and Polling . Varios dispositivos en una red pueden ser estaciones maestras. Sólo la estación que tiene el token se le permite iniciar i niciar la comunicación. El maestro puede solicitar información a los dispositivos esclavos, mientras tengan token. El token se pasa al siguiente maestro en una trma especial. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 42


A los dispositivos se les dan dan las direcciones individuales individuales de estación. Todos los frames contienen la dirección de destino (DA) y la dirección de origen (SA) del mensaje. Fieldbus cuenta con servicios que liberan al usuario de la responsabilidad de asignar y hacer el seguimiento de las direcciones. Un requisito para el control fiable es datos fiables. Una Frame Check Sequence (FCS) de dos Bytes se calcula sobre todos los datos del marco utilizando un polinomio en el dispositivo de transmisión, y se agrega al marco. El dispositivo receptor realiza el mismo cálculo cálculo y y compara el resultado con el FCS, para así detectar cualquier error. El FCS es equivalente a la paridad de bits de redundancia cíclica y controles de los protocolos asíncronos. Hay dos prioridades: alta, por ejemplo, alarmas, y baja, por e jemplo, los datos de configuración y diagnóstico. y diagnóstico. La FDL transmite los mensajes de alta prioridad primero. pri mero.

Datos de Control de Enlace de Fieldbus FDLC El FDLC ofrece varias posibilidades para la capa de aplicación para enviar datos a otras estaciones. Hay dos tipos de mensajes que pueden ser identificados en un sistema de Fieldbus: Operacional. Background. El tráfico de datos operacionales se transfieren entre dispositivos como parte de la estrategia de control, por ejemplo, las variables del proceso. Se caracteriza por ser de bajo volumen, momento crítico y cíclico. El trafico de Background es el tráfico de datos transferidos entre e l dispositivo y la interfaz de usuario, por ejemplo, configuración y diagnóstico. Tiene las características opuestas de tráfico operativos: alto volumen, no de tiempoc tiempocrítico rítico y es acíclico (esporádica).

Capa de Aplicación de Fieldbus. Las conexiones de Fieldbus se modelan en dos formas:  

Modelo Cliente - Servidor. Modelo Editor - Suscriptor.

El modelo de servidor cliente-servidor, se utiliza para describir la transferencia de datos acíclicos. El AP a distancia se llama servidor . Por ejemplo, si el operador de la consola quiere leer un parámetro de ajuste en un regulador en el campo, el AP en la consola es el cliente, y la AP en el controlador es el servidor. El modelo de suscripción-editor se utiliza para describir la transferencia de datos cíclicos. El mando a distancia AP se llama el editor. El editor en realidad edita (edición) los datos, un usuario está consumiendo (suscrito) los datos. Por ejemplo, un transmisor es la publicación de una variable de proceso que se consume por un controlador. El controlador está publicando una salida que es consumida por un actuador. La transmisión es controlada por un tercero, el solicitante , que emite una solicitud al editor para publicar sus datos. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 43


La intención principal de Fieldbus es la construcción de aplicaciones que utilizan bloques de función. Esto se haría en the Function Block Application Process (FBAP). Un transmisor de presión no es un conjunto de sensores de presión con electrónica electrónica y y un housing, sino un nodo de red que contiene los parámetros. Este punto de vista de la red recibe el nombre de dispositivo virtual de campo (VFD, Virtual Field Device ). Un dispositivo (estación) contiene sólo una FBAP. El FBAP puede contener varias VFD. El VFD es la interfaz entre la pila de protocolos y el bloque de AP. El VFD es la parte de la aplicación real que ese visible y accesible a ccesible a través de la red, los objetos de comunicación, tales como variables y bloques, etc. Antes de que un un dispositivo puede tener acceso acceso a objetos de comunicación comunicación (variables) en en otro dispositivo, primero debe saber qué objetos están disponibles y su estructura. Esta información puede ser pre-configurada u obtenida del compañero de comunicación. Hay dos tipos de servicios: servicios operativos para manipular objetos y servicios para la manipulación de sus atributos descriptivos. Todos los objetos (variables, etc.) tienen un índice para una fácil referencia. Todos los parámetros en el sistema se identifican por su índice a más de la conexión. El usuario no tiene que preocuparse por llevar un seguimiento de los índices y las direcciones que se hace por la red y puede ser totalmente transparente para el usuario, dependiendo del tipo de interfaz.

Ejemplos de servicios         

leer el estado del dispositivo. lectura del fabricante del dispositivo, el tipo y la versión. lectura de todo o parte de la configuración. lectura de variables. Escritura variable. notificar un evento. Crear una instancia de bloque. encontrar un índice de la DO de un parámetro. Eliminar el bloque.

Proceso de Aplicación de Bloques de función. En los bloques de función de AP (FBAP) es donde el usuario configura sus aplicaciones de medición medición y y control. Partes del mismo mismo se distribuye distribuye a los distintos distintos dispositivos dispositivos en el campo. No se ejecuta en una sola tarjeta de control. ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 44


La funcionalidad de un dispositivo Fieldbus se modela como objetos. El objeto de bloque tiene tres clases que a su vez tienen subcategorías en las que los distintos bloques se agrupan.               

Objeto de Bloque Función del objeto del bloque Entrada del bloque de función Salida de bloques de función Control de bloques de función Cálculos de bloques de función Transductor de objeto de bloque Entrada del bloque transduct transductor or Salida del bloque transductor Mostrar bloque transductor Bloque objeto físico Alarmas del objeto. objeto. Eventos del objeto. Tendencias del objeto. Visualización de la lista.

FBAP La parte de la FBAP, que está normalizado por Fieldbus, se llama el depósito de bloques de función . Por ejemplo, los algoritmos de bloque no están estandarizados. Por cada bloque hay un conjunto de parámetros que, en cierta medida, definen la funcionalidad mínima que un bloque va a tener. Sin embargo, el fabricante podrá implementar el bloque a su manera. Por ejemplo, en el e l bloque de control PID debe haber un parámetro de ganancia y por lo tanto, el fabricante podrá utilizar este parámetro como ganancia o banda proporcional.

Bloques de Función Los Function Block son pequeños módulos de software sellados, que tienen entradas y salidas y una función (no intervenible) que relaciona ambas. Se distinguen tres tipos: Resource blocks. Relaciona el dispositivo completo (N° serie, Fabricante , Modelo, etc). ROMÁN FRANCISCO LANDERO TOVAR 45


Transducer blocks . Relaciona las partes humedas (wetted) (Sensor, material, estatus). Function blocks . Relacionan las capacidades de control (AI, AO, PID, PI). Foundation Fieldbus define un set de bloques funcionales f uncionales básicos y avanzados, el fabricante decide cuantos incluir. InterOperabilidad: Garantiza que un Function Block es interoperable y opera junto a otros bloques, no garantiza la funcionalidad de (distintos equipos), ya que los algoritmos pueden ser distintos. Otros Bloques desarrollados por otro fabricante, también son interoper ables ya que fieldbus especifica como hacerlo.

Arquitectura FBAP



Bibliografia 

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Profibus

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