PROFIBUS

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Dpto. IngenieraDiv. Ingeniera de Sistemas y Automtica

ProfibusProfibusISA-UMH

Sistemas Industriales

Tema 4. Profibus

PROCESS FIELD BUSPROCESS FIELD BUS

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ndice

n Introduccinn Mtodo de acceso

n Principio de funcionamienton Recepcin del testigon Emisin del testigon Aadir y eliminar estacionesn Tiempo de rotacin de testigo. Parmetros de bus

n Tecnologa de transmisinn Transmisin RS485 para DP y FMSn Transmisin segn IEC 1158_2 para PAn Transmisin por Fibra ptica

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ndice

n Modos de transmisin. Servicios de comunicacinn Arquitectura del protocolo

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Introduccin

n PROFIBUS es el lder mundial en redes multi-funcionales de clula y campo

n Existen ms de 35 millones de dispositivos PROFIBUS instalados en ms de 350,000 aplicaciones (datos de finales de 1.999)

n PROFIBUS Internacional es una organizacin que rene todas las asociaciones de usuarios de PROFIBUS (PNO) zonales, para la promocin de PROFIBUS

n Estndar internacional EN 50170 e IEC 61158

PROFIBUSE N 5 0 1 7 0

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Introduccin

n Nmero 1 en Europa,lder mundial

n Organizaciones de Usuarios PROFIBUS en los cinco continentesn Ms de 900 miembros en 23 pases de todos el mundo

n Hoy en da hay ms de 1.900 productos disponibles de ms de 260 fabricantes diferentes

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Introduccin

n PROFIBUS Internacional (PI)n La organizacin de usuarios de PROFIBUS

ha establecido una certificacin cualificadade los sistemas mediante test de interoperatibidad

n Hay ms de 1.900 productos certificadosn Los laboratorios de test estn establecidos

tanto en Europa como en USAn Todo producto certificado aparece en la gua

de productos PROFIBUS con su nmero de certificado

Equipo

Certificacin porla organizacin de

usuarios de PROFIBUS

OK ?

No

Si

Test en laboratorio

de test

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Introduccin

n Espectro de productos PROFIBUSn 1.900 productos y servicios de 260 compaasn El 27 % de fabricantes de fuera de Alemanian El 25 % de slo 5 fabricantesn Ms del 50 % de pequeas y medianas empresas

Siemens 11,3 %

Beckhoff 4,3 %WAGO 3,9 %

Bosch 3 %

Un gran nmero de fabricantes Un gran nmero de fabricantes soportan PROFIBUSsoportan PROFIBUS

Fuente: Catlogo de productos Electronic PI con 1.900 productos (2/99).

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Introduccin

n La familia Profibus est formada por tres versiones compatibles entre s, a saber:n Profibus-DPn Profibus-FMSn Profibus-PA

n Profibus-DP (Periferia Descentralizada, DIN E 19245, Parte 3), perfil de protocolo para el acoplamiento de la periferia descentralizada, p. ej. ET 200 con rpidostiempos de reaccin. El intercambio de datos es cclico. El tiempo de ciclo del bus ha de ser menor que el tiempo de ciclo del programa del controlador central.

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Introduccin

n Profibus-PA (Process Automation) es la ampliacin de Profibus-DP compatible en comunicacin con una tecnologa que permite aplicaciones en el rea Ex. El sistema de transmisin de Profibus-PA cumple la normativa internacional IEC 1158-2.

n Profibus-FMS (Fieldbus Message Specification, DIN 19245 T.2) es aplicable para la comunicacin de autmatas en pequeas clulas y para la comunicacin con dispositivos de campo con interfase FMS. En Profibus-FMS la funcionalidad es ms importante que conseguir un sistema con tiempo de reaccin pequeo. En la mayor parte de aplicaciones, el intercambio de datos es fundamentalmente acclicoen base a la demanda del proceso del usuario.

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Introduccin

CNCPC/VME

VME/PCPLC DCS

ControladorArea

Ethernet/TCP/IP TCP/IP/Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Nivel de fbrica

Tiempos deciclo bus < 1000 ms

Nivel del celda

Tiempos deciclo bus < 100 ms

Nivel de campo

Tiempos de ciclo bus < 10 ms

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Introduccin

n Profibus especifica las caractersticas tcnicas y funcionales de un sistema de bus de campo serie al cual pueden conectarsecontroladores digitales descentralizados desde el nivel de campo hasta el nivel de clula.

n En Profibus se distingue entre dispositivos maestros y esclavos:n MAESTROS.

n Determinan la comunicacin de datos en el bus. Un maestro puedeenviarmensajes, sin necesidad de una peticin o solicitud externa, cuando posee los derechos de acceso al bus (token). A los maestros tambin se les da el nombre de estaciones activas en el protocolo Profibus.

n ESCLAVOS.n Son elementos de periferia. Los esclavos tpicos incluyen dispositivos de

entrada/salida, vlvulas, transmisores de medida y accionamientos.stos no tienen derechos de acceso al bus y slo pueden acusar los mensajes recibidos o enviar mensajes al maestro cuando ste as lo requiere. A los esclavos tambin se les da el nombre de estaciones pasivas. Dado que slo les es necesaria una pequea parte del protocolo del bus, su aplicacin es especialmente econmica y sencilla.

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Introduccin

n La velocidad de transmisin puede oscilar desde los 9.6 Kbits/s hasta alcanzar un mximo de 12 Mbits/s en algunos elementos de Profibus-DP.

n Tambin la longitud mxima de la red es variable, dependiendo del medio fsico utilizado:n hasta 9km con medio elctricon hasta 90km si se utiliza fibra ptica de vidrio).

n El nmero mximo de estaciones es 127 (direcciones de la 0 a la 126).

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Introduccin

n Estndar PROFIBUS segn EN 50 170

n Mtodo de acceso Paso por testigo con maestro-esclavo

n Velocidad de transmisin 9.6 kbit/s - 12 Mbit/s

n Medio de transmisin elctrico: cable de dos hilos apantalladoptico: cables de FO (cristal y plstico)sin hilos: infrarrojos

n Mx. n de nodos 127

n Tamao de la red elctrica: mx. 9.6 km (depende de velocidad)ptica: 150 km (depende de velocidad)

n Topologas Bus, rbol, estrella, anillo, anillo redundante

n Aplicaciones Comunicacin de proceso, campo o datos

Resumen

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Mtodo de acceso: Principio de funcionamiento

n El acceso a red de Profibus se controla en base a la combinacin de dos mtodos de acceso:n paso de testigo (Token Bus), definido en la norma EN

50170, Vol.2, en sistemas distribuidosn el principio del maestro-esclavo (Master-Slave) para

sistemas centralizadosn El mtodo de acceso es independiente del medio de

transmisin. n 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 slo bajo previa peticin de envo o recepcin.

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PROFIBUS

Estaciones activas, equi.maestros

Estaciones pasivas, los esclavos son consultados

PLCPLCPC

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n Todas las estaciones activas constituyen, en un orden definido, el anillo lgico con paso de testigo.n Cada una de ellas conoce a los restantes usuarios activos, as

como su orden en el anillo lgico, que es independiente de la disposicin topolgica de las estaciones activas en la red.

n La autorizacin de acceso al medio, es decir, el testigo, ficha o token, se pasa de una estacin activa a la siguiente en orden numrico ascendente de direccin de estacin usando el token frame (trama de testigo). n Slo la estacin con direccin ms alta pasa el testigo a aquella

con menor direccin, cerrndose de este modo el anillo lgico.

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n Cuando una estacin recibe el testigo queda autorizada para transmitir telegramas (recuerde que la iniciativa en la comunicacin siempre recae sobre las estaciones activas).

n Para que el paso de testigo se lleve a cabo de una forma ordenada, cada estacin debe conocer:

n la estacin previa (PS, Previous Station), de la que recibe el testigo,

n la prxima estacin (NS, Next Station), a la que pasar el testigo, y

n su propia direccin (TS, This Station).n Las direcciones de PS y NS se verifican primero independientemente

para cada estacin activa despus de la inicializacin de los parmetros de funcionamiento, y de ah en adelante se actualizarn dinmicamente.

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Mtodo de acceso: Recepcin del Testigo

n Cuando una estacin activa (TS) recibe una trama de testigo (token frame) direccionada para ella, procedente de la estacin 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 ciclosde mensajes.

n La estacin activa genera su LAS en la fase de escucha (estadoListen_Token) despus del arranque y, a partir de ese momento, se comprueba y se corrige su estado, si fuese necesario, cuando se recibe una trama de testigo.

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n Si el transmisor del testigo no est registrado como PS, el receptor inicialmente considera que se ha producido un error y no acepta el testigo. n No lo acepta hasta que la misma PS lo intente de nuevo, porque el receptor asume

entonces que se ha producido un cambio en el anillo lgico. Es entonces cuando se reemplaza por la estacin nueva la PS que se registro originalmente en la LAS.

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n El tiempo durante el que puede transmitir viene definido por el llamado tiempo de retencin del testigo.

n Una vez expirado el mismo, el usuario slo puede emitir un mensaje de prioridad alta. Si no tiene que emitir ningn mensaje, pasa el testigo a la estacin que le siguedirectamente en el anillo lgico.

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Mtodo de acceso: Emisin del Testigo

n Cuando la estacin activa ha completado sus ciclos de mensaje, incluyendo cualquier actualizacin de la lista GAP, pasa el testigo a la prxima estacin (NS) mediante el envo de la trama de testigo. La estacin debecomprobar que su transceiver est preparado (estado Pass_Token, paso de testigo).

n Si el emisor del testigo recibe una trama vlida, esto es, una cabecera de trama pausible sin errores, tras el syntime en el slot time 1 , considera que su NS ha cogido el testigo y est ejecutando sus ciclos de mensaje.n El slot time es el tiempo especfico en el que debe llegar el

acuse o respuesta

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n Si por el contrario recibe una trama defectuosa, interpretaque otra estacin est enviando. En ambos casos, detiene la comprobacin del paso de testigo y va a su estado Active-Idle (activa en reposo).

n Si el emisor del testigo no detecta ninguna actividad en el bus en el slot time, enva la trama de testigo de nuevo y espera otro slot time. Si detecta actividad en el bus en el segundo slot time, deja de intentarlo. Si no es as, enva una ltima vez la trama de testigo a su NS. Si detecta actividad en el bus en el slot time en este segundoreintento, deja de insistir.

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n Si tras ese tercer intento todava no hay actividad en el bus, el emisor del testigo intentarpasar el mismo a la estacin posterior a la NS. Se repite este proceso hasta que encuentrauna NS en su LAS. Si no tiene xito, interpreta que es la nica estacin que queda en elanillo lgico y mantiene el testigo para s mismo si no se solicitan ciclos de mensaje.

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Mtodo de acceso: Aadir y eliminar estaciones

n Todas las estaciones activas que constituyen el anillo lgico son responsables de aadir nuevas estaciones y eliminar las viejas. Cada estacin es responsable del rea comprendida entre su propia direccin y la de su prxima estacin (NS). Este rea de direcciones se denomina lista de estacin GAP (GAPL).

n A intervalos correspondientes con el tiempo de actualizacin del GAP, cada estacin activa del anillo lgico comprueba cclicamente si se han producido cambios en estaciones activas y pasivas en su rea de direcciones (todas las direcciones GAP).

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n Cuando una estacin posee el testigo comienza a actualizar el GAP inmediatamente despus de haber procesado todos los ciclos de mensaje previamente pendientes, suponiendo que an disponga de tiempo para enviar.

n Si no es as, la actualizacin del GAP tendr lugar laprxima ocasin en la que la estacin reciba el testigo, tras los ciclos de mensaje, teniendo prioridad alta.

n Las direcciones GAP se comprueban en orden numricamente ascendente. Si una estacin responde con un acuse positivo y el estado no preparada o estacin pasiva, se introduce en la GAPL como tal, y se interroga a la prxima estacin.

n Si una estacin responde con preparada para el anillo, el poseedor del testigo modifica su GAPL y pasa el testigo a la nueva prxima estacin (NS).

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n La estacin aadida recientemente al anillo lgico con paso de testigo ya habr creado su Lista de Estaciones Activas (LAS) y puede, de este modo, determinar su propio rea GAP o GAPL y su prxima estacin (NS).

n Las estaciones pasivas introducidas en la GAPL que no respondan a repetidas Peticiones de estado FDL se eliminarn de dicha lista y se tratarn como direcciones de estacin sin asignar. La consulta sobre stas no se repetir.

n La LAS no se considera vlida hasta que la estacin haya escuchado dos rotaciones de testigo idnticas.

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n Inicializacin del anillo lgico. El sistema Profibus es inicializado por la estacin con menor direccin. sta se enva una trama de testigo a s misma (DA=SA=TS) e informa al resto de estaciones activas de que actualmente es la nica en el anillo lgico.

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n A continuacin enva la llamada Peticin Estado FDL a las siguientes direcciones en orden ascendente, con objeto de registrar otras estaciones. Si una estacin activa o pasiva realiza un acuse del tipo No preparada, se introduce automticamente en la GAPL.

n La primera estacin activa que responda con Preparada para el anillo lgico se introducir en la LAS como la NS y, de este modo, concluye el rea GAP del poseedor de testigo. Es entonces cuando el testigo se pasa a la NS.

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Mtodo de acceso: Tiempo de rotacin de testigo. Parmetros de bus

n Tan pronto como una estacin activa recibe el testigo comienza la medicin del tiempo de rotacin del testigo. Cuando la misma estacin acepta el testigo de nuevo se detiene la medicin del tiempo para el ciclo ejecutado, y el resultado es el Tiempo de Rotacin Real, TRR. La medicin del siguiente tiempo de rotacin se inicia inmediatamente.

n Un factor clave en la ejecucin de los ciclos de mensaje de prioridad baja es el Tiempo terico de Rotacin de Testigo, TTR, en el anillo lgico. Es el tiempo mximo disponible para una rotacin del mismo. Tras este tiempo todas las estaciones han recibido una vez el derecho de emisin (testigo).

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n Cuando recoge el testigo, una estacin activa siempre puede ejecutarn un ciclo de mensaje de prioridad alta, con independencia del

tiempo real de rotacin.n Slo pueden ejecutarse ciclos de mensaje de prioridad baja si

el tiempo de rotacin real es menor que el terico.n La diferencia entre ambos determina el tiempo de que

disponen las estaciones activas para enviar telegramas de datos a estaciones pasivas.

n De no ser as, cualquier ciclo de mensaje de prioridad baja pendiente deber esperar hasta que se produzca esa situacin.

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n Se denomina Tiempo de Respuesta del Sistema al intervalo mximo entre dos ciclos de mensaje de prioridad alta sucesivos en una estacin activa usando el interfase FDL,habiendo empleado toda la capacidad del bus.


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n El tiempo de rotacin de testigo terico mnimo de un sistema depende del nmero de estaciones activas (na), del tiempo de ciclo de testigo (TTC) derivado, y de la longitud de los ciclos de mensaje de prioridad alta (alta TMC). El tiempo de rotacin de testigo especificado tambin debe incluir tiempo suficiente para los ciclos de mensaje de prioridad baja y un margen de seguridad para posibles reintentos.

TTRmn = na * (TTC + alta TMC) + k * baja TMC + mt * RET TMCna. Nmero de estaciones activas.k. N probable de ciclos de mensaje de prioridad baja por rotacin.TTC . Tiempo de ciclo de testigo.TMC . Tiempo de ciclo de mensaje, funcin de la longitud de la trama.mt. N de ciclos de reintento de mensaje por rotacin.RET TMC. Tiempo de un ciclo de reintento de mensaje.


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n Para mantener el tiempo de rotacin de testigo lo ms pequeo posible se recomienda declarar slo eventos importantes o infrecuentes como ciclos de mensaje de prioridad alta y reducir su longitud al mnimo (es decir, menos de 20 bytes por UNIDAD DE DATOS).

n En el momento en que una estacin activa tiene el testigo, siempre procesa todos sus ciclos de mensaje de prioridad alta antes que los de prioridad baja. Si el tiempo real de rotacin, TRR, es mayor o igual al tiempo terico de rotacin de testigo, TTR, cuando se recibe el testigo, puede ejecutarse un ciclo de mensaje de prioridad alta, incluido reintento en caso de error. El testigo debe pasarse entonces a la NS inmediatamente.


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n La regla general al recibir el testigo o despus de ese primer ciclo de mensaje de prioridad alta es la siguiente: tanto los ciclos de mensaje de prioridad alta como los de prioridad baja slo pueden ejecutarse si TRR es menor que TTR, es decir, si todava se dispone de tiempo de retencin de testigo, TTH = TTR TRR.

n Una vez ha comenzado un ciclo de mensaje, sea cual sea su prioridad e incluyendo reintentos, siempre se completa, incluso si el TRR alcanza o supera el valor de TTR durante el procesamiento.

n La prolongacin del tiempo de retencin de testigo, TTH, automticamente acorta el tiempo de envo para ciclos de mensaje la prxima vez que se recibe el testigo.


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n A continuacin se enumeran una serie de parmetros de tiempo comnmente utilizados en Profibus:n Tiempo de espera a la recepcin (slot time). Determina el

tiempo mximo que espera el emisor a recibir una respuesta de su interlocutor.

n Tiempo mximo de procesamiento del protocolo (TSDRmx). Determina el tiempo tras el cual tiene que haber respondido el interlocutor.

n Tiempo mnimo de procesamiento de protocolo (TSDRmn). Determina el tiempo mnimo que requiere el interlocutor receptor para procesar el protocolo.

n Tiempo de preparacin (setup time). Tiempo que transcurre entre la recepcin de un telegrama y la reaccin a ste.


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n Tiempo de desactivacin del modulador (Quiet-Time for Modulator). Tiempo necesario para cambiar del modo de Emisin al modo de Recepcin.

n Factor de actualizacin GAP. Determina despus de cuntas rotaciones del testigo se aceptar una nueva estacin en el anillo lgico.

n Lmite de repeticin de llamadas. Determina el nmero mximo de intentos que pueden realizarse para comunicar con una estacin.

n Tiempo de disponibilidad (ready time). Tiempo para acuse o respuesta.

n Tiempo de reposo 1 (idle time). Determina el retardo despus de recibir una respuesta.

n Tiempo de reposo 2. Determina el retardo despus de emitir una llamada sin recibir respuesta.

n Tiempo de supervisin de respuesta (watch-dog). Determina el tiempo tras el cual se tiene que acceder a un interlocutor.


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Tecnologa de transmisin: Transmisin RS485 para DP y FMS

n El mtodo de transmisin RS 485 responde a la transmisin simtrica de datos segn el EIA Standard RS 485, y tambin se conoce con el nombre de H2.

n Este mtodo de transmisin est prescrito con carcter obligatorio en la norma Profibus EN 50170 para la transmisin de datos por lneas bifilares.

n Su rea de aplicacin incluye todas aquellas aplicaciones en las que se precisa una alta velocidad de transmisin y una instalacin sencilla y econmica. El medio fsico utilizado es un cable bifilar de cobre trenzado y apantallado.

n La combinacin del trenzado de conductores, el apantallamiento de lmina y el apantallamiento de malla lo hace especialmente apropiado para el tendido en entornos industriales con fuertesinterferencias electromagnticas.

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n La tecnologa de transmisin RS 485 es muy sencilla de implementar. n Su instalacin no requiere de un conocimiento experto. La

estructura de bus hace posible la adicin y eliminacin de estaciones o un tratamiento por etapas del sistema sin influencia en el resto de participantes.

n Las expansiones posteriores no afectan a las estaciones que ya estn operativas.

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n Independientemente de la velocidad de transmisin, todos los segmentos del bus han de terminar por ambos extremos con la impedancia caracterstica.n Esta terminacin de lnea est integrada en los repetidores RS

485, en los terminales de bus RS 485 y en los conectores de bus, y puede conectarse en caso necesario. Para que la terminacin de lnea resulte eficaz es necesario abastecerla de tensin.

n En el caso del terminal de bus RS 485 y de los conectores de bus, esto tiene lugar a travs de los terminales de datos conectados (DTEs), y en el caso del repetidor a travs de su fuente de alimentacin de tensin.

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n La longitud de cable mxima es funcin de la velocidad de transmisin, el tipo de cable utilizado, el nmero de usuarios del bus y de la clase y nmero de los elementos de proteccin contra sobretensin utilizados.

n Se pueden conectar un mximo de 32 estaciones (maestros o esclavos) por segmento.n Cuando se requiere un mayor nmero de participantes o aumentar la

longitud de cable entre dos usuarios, es posible enlazar segmentos por medio de repetidores RS 485, formando una red. En tal caso deber tenerse en cuenta tanto que el nmero mximo de estacionesintegrados en una red est limitado a 127, como que pueden instalarse como mximo 9 repetidores entre dos usuarios, pudiendo materializarse tanto estructuras en lnea como en rbol.

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n Repetidorn Interconexiona dos segmentos de PROFIBUS o de MPI

con tcnica RS 485n Para la ampliacin del nmero de participantes y de la

distancian Separacin galvnica de los segmentosn Ayuda para la puesta en servicio

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Repetidor

RepetidorTerminal de bus

OP S7-400

TD

ET 200

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n Conexionado rpido

n 4 x

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Tecnologa de transmisin: Transmisin segn IEC 1158_2 para PA

n La tecnologa de transmisin acorde con la IEC 1158_2 cumple los requisitos de las industrias qumicas y petroqumicas. Permite seguridad intrnseca y hace posible que se alimente a los dispositivos de campo a travs del bus. Esta tecnologa consta de un protocolosncrono al bit con transmisin libre de corriente continua.

n La transmisin se fundamenta en los siguientes principios:n Cada segmento tiene slo una fuente de alimentacin, la

llamada unidad de suministro de potencia.n Cuando una estacin est enviando no se alimenta el bus.n Cada dispositivo de campo consume una corriente bsica

constante en rgimen permanente.

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n Los dispositivos de campo se comportan como sumideros de corriente pasivos.

n La terminacin pasiva de lnea se dispone en ambos extremos de la lnea de bus principal.

n Son posibles configuraciones en lnea, rbol y estrella.n Para aumentar la fiabilidad, pueden disearse segmentos de

bus redundantes.

n Para la modulacin se considera que cada estacin del bus, para alimentar al dispositivo, requiere una corriente base de al menos 10 mA. Las seales de comunicacin las genera el dispositivo emisor a travs de una modulacin de la corriente bsica entre 9 mA.


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n Ambos extremos del cable de bus principal estn equipados con un terminador de lnea pasivo consistente en un elemento RC conectado en serie (R=100 y C=1 mF).


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Tecnologa de transmisin: Transmisin por Fibra ptica

n La variante ptica de la red Profibus se materializa con los componentes Optical Link Module (OLM) y Optical Link Plug (OLP). Con OLMs se pueden conseguir topologas de red con estructura de lnea, estrella o anillo. Con OLPs se logrn, adems, estructuras de anillo monofibra.

n Como soporte se utilizan fibras pticas de vidrio o plstico.

n OLM es similar en concepto al Repetidor RS-485.

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n Caractersticas:n Son posibles grandes distancias entre dos terminales de datos

(enlaces OLM-OLM hasta 15.000 m, dependiendo del tipo de las fibras y los OLMs. Con fibras de plstico: de 0 m a 80 m entre OLMs, de 1 m hasta 25 m con OLPs.).

n Separacin galvnica entre los usuarios del bus y el soporte de transmisin.

n Inmune frente a interferencias electromagnticas.n No se requieren elementos de proteccin contra descarga de

rayos.

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n Tendido sencillo de las lneas de fibra ptica.n Gran disponibilidad de la LAN gracias a la topologa en anillo

de dos fibras.n Tcnica de conexin extremadamente sencilla utilizando fibras

pticas de plstico en el mbito de corta distancia.n Velocidad de transmisin OLMs: 9.6 kBit/s, 19.2 kBit/s,

93.75kBit/s, 187.5 kBit/s,500 kBit/s, 1.5 MBit/s.n Velocidad de transmisin OLPs: 93.75 kBit/s, 187.5 kBit/s,

500 kBit/s, 1.5 MBit/s.

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Modos de transmisin. Servicios de comunicacin

n Los mensajes se intercambian cclicamente.n Un ciclo de mensaje est constituido por una trama de llamada,

Send y/o Request (Envo y/o Peticin), elaborada por una estacin activa

n y el correspondiente acuse o trama de respuesta procedente de una estacin activa o pasiva.

n Tanto las tramas de Envo como las de Respuesta pueden contener datos de usuario, mientras que en la trama de Acuse no es as.

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n Todas las estaciones, excepto aquella que actualmente posee el testigo (iniciador), tienen que escuchar todas las llamadas.n Pero slo elaboran un acuse o respuesta si son ellas las

direccionadas. n El acuse o la respuesta debe llegar en un tiempo especificado,

el ya mencionado tiempo de espera a la recepcin o slot time, y de no ser as el iniciador repetir la llamada.

n Pero el iniciador no podr repetir la llamada o realizar una nueva hasta que haya transcurrido un cierto tiempo de espera, el llamado tiempo de reposo o idle time.

n Si el interlocutor encargado de responder no materializa un acuse o una respuesta tras el nmero de reintentos permitido se designar como estacin no operativa.

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n La secuencia cronolgica de los ciclos de mensaje es funcin del modo de transmisin.n Existen cuatro modos diferentes:

n Gestin del testigo.n Peticin o Envo/Peticin Acclico.n Envo/Peticin Cclico, polling.n Registro de Estaciones (lista LIFE).

n Envo/Peticin Acclico.n En el modo Envo y/o Peticin acclico se ejecutan ciclos de

mensaje espordicos y separados.

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n En la recepcin del testigo, el controlador FDL de la estacin activa dispara el funcionamiento en este modo en respuesta a una peticin procedente del usuario (usuario de la estacin activa). Si hay varias peticiones, el funcionamiento puede continuar en este modo hasta que expire el mximo tiempo derotacin de testigo permisible.

n Dentro de este modo de funcionamiento se distinguen tresservicios de comunicacin diferentes, a saber:n SDN (Send Data with No Acknowledgement). Envo de datos a

una estacin o a todas (broadcast) sin acuse.

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n SDA (Send Data with Acknowledgement). Envo de datos a una estacin con acuse inmediato.

n SRD (Send and Request Data with Reply). Envo de datos a una estacin y, al mismo tiempo, peticin de datos a la misma,esperando una respuesta con datos inmediata.

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n Envo/Peticin Cclico.n En el modo polling (sondeo), la estacin activa direcciona

otras estaciones cclicamente mediante una llamada Envo y Peticin de Datos de prioridad Baja segn una secuencia especfica definida en la lista de polling.

n El usuario de la estacin activa pasa dicha lista al controlador FDL. Todas las estaciones pasivas y activas que debensondearse se definen en esta lista.

n Las estaciones que no responden durante el proceso de pollinga pesar de llevar a cabo varios intentos se marcan como no operativas.

n En ciclos de llamada subsiguientes, estas estaciones son interrogadas de nuevo pero sin reintentos. Si las estaciones responden entonces, se registrarn como operativas.

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n Cuando se recibe el testigo el procesamiento de la lista de polling no comienza hasta que se hayan ejecutado todas las peticiones de ciclos de mensaje de prioridad alta.

n Si fuese necesario, otros ciclos de mensaje de prioridad baja, como pueden ser los envos/peticiones acclicos, el registro de estaciones (lista LIFE) o la actualizacin del GAP, pueden subordinarse al polling.

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n Despus de cada lista de escrutinio completa ejecutada se atendern de forma ordenada los ciclos de mensaje de prioridad baja solicitados. La secuencia de ejecucin viene gobernada por las siguientes reglas:n Si la lista de escrutinio se ejecuta durante el tiempo de retencin del

testigo o, dicho de otro modo, si todava queda suficiente tiempo de posesin de testigo como para procesar al menos un ciclo de mensaje, los ciclos de mensaje de baja prioridad solicitados se ejecutan lo antes posible en el tiempo de retencin de testigo restante.La prxima vez que se reciba el testigo y se disponga de suficiente tiempo de retencin del mismo para los ciclos de mensaje de prioridad baja se ejecutar una nueva lista de polling.

n Si no queda tiempo de retencin de testigo al finalizar la ejecucin de la lista de polling, los ciclos de mensaje de prioridad baja solicitados se ejecutarn lo antes posible la prxima vez que se reciba el testigo y haya an suficiente tiempo de retencin para dichos ciclos. Entonces se ejecutar una nueva lista de polling.

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n Si la ejecucin de una lista de polling requiere varios tiempos de retencin de testigo se procesa en segmentos, pero sin insertar los ciclos de mensaje de baja prioridad solicitados. Dichos ciclos no se realizarn hasta haber sido completada lalista de polling.

n Los ciclos de mensaje de prioridad baja subordinados al polling se ejecutan en el mismo orden en que se reciben. En el caso de la actualizacin del GAP, no se comprueba ms de una direccin en la GAPL entre la ejecucin de dos listas de polling.

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n El tiempo de ciclo de polling por lista ejecutada, o el mximo tiempo de respuesta de la estacin dependen de:n la longitud del ciclo de mensaje, del tiempo de rotacin de

testigo, de la longitud de la lista de polling y de los ciclos de mensaje de baja prioridad subordinados.

n La prioridad de la llamada de ciertas estaciones en la lista de polling puede incrementarse y sus tiempos de respuesta ser reducidos consecuentemente introducindolas en ms de una ocasin.

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n Registro de estaciones (lista LIFE).n Si el usuario solicita una lista de las estaciones actuales (lista

LIFE) va FMA (Fieldbus Management Layer), el controlador FDL lleva a cabo un registro de las estaciones.

n Entre la ejecucin de listas de polling, se implementa una Peticin de estado FDL cclica. Puede direccionarse un rango de direcciones FDL posibles entre 0 y 126, a partir de las estaciones activas en la LAS. Si la estacin direccionadaenva un acuse positivo, se introduce automticamente en la lista LIFE, como las estaciones en la LAS.

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n Estructura de la lista LIFE

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n En Profibus-FMS, DP y PA, el subconjunto de servicios de nivel 2 mencionados son llamados por los niveles superiores a travs de los puntos de acceso al servicio (SAPs) de la capa 2.

n En Profibus-FMS estos puntos de acceso al servicio se utilizan para direccionar las relaciones lgicas de comunicacin.

n En Profibus-DP y PA, se asigna a cada punto de acceso al servicio una funcin definida con precisin.

n Varios SAPs pueden utilizarse simultneamente para todas las estaciones activas y pasivas. Se hace una distincin entre punto de acceso al servicio fuente (SSAP, Source Service Access Point) y punto de acceso al servicio destino (DSAP, Destination Service Access Point).

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n Servicios de comunicacin de nivel 2 en profibus

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Arquitectura del protocolo

Perfiles PA

FMSDevice

Profiles

IEC Interface*

FMS

IEC 1158-2

Usuario

Niv

el

(3)-(6)

Aplicacin(7)

Enlace(2)

Fsico(1)

No usado

PA

EN 50 170 Perfiles PROFIBUS

DP

DP-Extensiones

Fieldbus Data Link (FDL)

Fieldbus MessageSpecification (FMS)

Perfiles DP

RS-485 / Fiber ptica

Funciones bsicas DP

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n Profibus-DP n emplea las capas o niveles 1 y 2, adems de la interfase de

usuario. Los niveles del 3 al 7, ambos inclusive, no estn definidos. La optimizacin de esta arquitectura asegura una transmisin de datos rpida y eficiente. El Direct Data Link Mapper (DDLM) permite a la interfase de usuario un acceso sencillo al nivel 2.

n En la interfase de usuario se especifican las funciones de aplicacin que estn disponibles para el usuario as como el comportamiento del sistema y de los distintos tipos dedispositivos de Profibus-DP.

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n Para la transmisin se dispone tanto de la tecnologa RS 485 como de la fibra ptica.

n Profibus-DP es una variante optimizada para una conexin econmica y a alta velocidad, diseada especialmente para la comunicacin entre sistemas de control automatizado yentradas/salidas distribuidas en el nivel de dispositivos. Puedeemplearse como alternativa a la transmisin de seal en paralelo de 24V o de 0 a 20mA.

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MaestroUn sistema tpico PROFIBUS-DP consiste en: Un PLC o PC como sistema de control Varios dispositivos E/S como: E/S digitales o analgicas Accionamientos AC o DC Vlvulas magnticas o neumticas

Esclavo Esclavo Esclavo Esclavo

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n En Profibus-FMS n estn definidos los niveles 1, 2 y 7. El nivel de aplicacin se

compone de FMS (Fieldbus Message Specification) y LLI (Lower Layer Interface).

n FMS contiene el protocolo de aplicacin y otorga al usuario una amplia seleccin de potentes servicios de comunicacin.

n LLI implementa las distintas relaciones de comunicacin y proporciona a FMS, con independencia del dispositivo, un acceso al nivel 2.

n El nivel 2 de Profibus, denominado FDL (Fieldbus Data Link) implementa el control de acceso al bus y la seguridad en los datos.

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n Como ocurra en Profibus-DP, para la transmisin en FMS se dispone tanto de la tecnologa RS 485 como de la fibra ptica. Puesto que DP y FMS comparten tecnologa de transmisin y disponen de un mismo protocolo de acceso al bus, ambas pueden operar simultneamente en el mismo cable.

n Profibus-FMS es una solucin de propsito general para tareas de comunicacin en el nivel de clula. La potencia de los servicios FMS abre un amplio abanico de aplicaciones yproporciona una enorme flexibilidad. Tambin puede utilizarse para tareas de comunicacin complejas y extensas.

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Un sistema tpico de PROFIBUS-FMSest compuesto por varios equipos de automatizacin inteligentes: PC PLC como sistema de control Terminales de operador inteligentes

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n Profibus-PAn usa el protocolo de Profibus-DP, pero ampliado, para la

transmisin de datos.n Adicionalmente se utiliza el perfil PA, en el que se define el

comportamiento de los dispositivos de campo. La tecnologa de transmisin, acorde con la normativa IEC 1158-2, permite su uso en zonas de seguridad intrnseca y tambin hace posible la alimentacin de dicho dispositivo a travs del propio bus. De este modo, los dispositivos para Profibus-PA se integran fcilmente en redes de Profibus-DP empleando un acoplador.

n Profibus-PA est diseada especialmente para laautomatizacin de procesos. Permite la conexin de sensores y actuadores en una lnea de bus comn incluso en reas con seguridad intrnseca.

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"SpliTConnectcomo hub"

Segmento

PROFIBUS-PA

DP/PA Link

24 V

x+

PROFIBUS-DP

"SpliTConnectcon resistencia de cierre"

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n Cundo se utiliza PROFIBUS-FMS/DP/PA?

PROFIBUS-FMS PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

Aplicacin Nivel de clula Nivel de campo Nivel de campo

Estndar EN 50 170/IEC 61158 EN 50 170 /IEC 61158 IEC 1158-2

Dispositivos PLC, PG/PC, PLC, PG/PC, Dispositivos de campo conectables Dispositivos de Dispositivos de campo para reas con riesgo de

campo binarios y analgicos, explosin y 31.25 kbit/saccionamientos, OPs

Tiemp. respuest. < 60 ms 1 - 5 ms < 60 ms

Tamao red

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