El sistema de control de procesos

© Siemens AG 2008
Comunicación rápida y segura
con PROFIBUS para el nivel de campo
Industrial Ethernet
Controlador
Grandes distancias
con fibra óptica
PROFIBUS DP
OLM
OLM
PROFIBUS PA
DP/PA Link
Componentes para arquitectura en anillo PROFIBUS PA
En el nivel de campo, los periféricos descentralizados, tales
como estaciones de E/S remotas con sus módulos de E/S,
transmisores, actuadores, válvulas o terminales de operación,
se comunican en tiempo real con los controladores a través de
un potente sistema de bus. Esta comunicación se caracteriza
por:
• Transmisión cíclica de datos de proceso
• Transmisión acíclica de alarmas, parámetros y datos de
diagnóstico
PROFIBUS que, con un protocolo de comunicación, permite rápidas comunicaciones con estaciones periféricas descentralizadas inteligentes (PROFIBUS DP) así como comunicación y, al
mismo tiempo, alimentación para transmisores y actuadores
(PROFIBUS PA), es perfecto para estas tareas.
Es sencillo, robusto y fiable. Puede ampliarse en línea con nuevos componentes descentralizados y utilizarse tanto en entornos seguros como en atmósferas potencialmente explosivas.
Los servicios de comunicación normalizados garantizan la
intercambiabilidad de dispositivos dentro de una familia de
perfiles y la coexistencia de dispositivos de diferentes fabricantes (interoperabilidad) en una línea PROFIBUS SPA, así
como la parametrización a distancia de los dispositivos durante el funcionamiento.
Gracias a estas propiedades, hoy en día está afianzado en todos los sectores de la industria manufacturera y de procesos,
así como en las industrias híbridas, y se ha convertido en uno
de los buses de campo abiertos con mayor éxito en todo el
mundo. Esto lo demuestran los más de 20 millones de nodos
PROFIBUS instalados; 3,3 millones de ellos en la industria de
procesos, donde la proporción de nodos PROFIBUS PA es de
aprox. 630 000 (última actualización: julio de 2007).
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Comunicación
Separación ATEX
y repetidor
PROFIBUS DP-iS
Acoplador RS 485-iS
Tecnologías de transmisión PROFIBUS
Además de las propiedades ya mencionadas, para la automatización de procesos son de gran importancia las siguientes
funciones de PROFIBUS:
• Integración de instrumentos HART ya instalados
• Redundancia
• Comunicación de seguridad con PROFIsafe hasta SIL 3 según
IEC 61508
• Sincronización horaria
• Etiquetado con fecha y hora
PROFIBUS DP permite que los controladores (Controller)
se comuniquen con periféricos descentralizados de la familia
ET 200 (Remote I/Os) y también con dispositivos de campo y
de proceso, con CPU/CP y con terminales de operación que dispongan de una interfaz PROFIBUS DP. Con ayuda de un amplificador aislador de bus de campo (acoplador RS 485-iS) y la
tecnología de transmisión RS 485-iS, PROFIBUS DP puede utilizarse como bus de campo de seguridad intrínseca en zonas
Ex (incluso en zona 1 ó 21).
PROFIBUS PA, la solución ideal para integrar actuadores neumáticos, electroválvulas y sensores en entornos operativos
con riesgo de explosión (hasta la zona 1/21 ó 0) directamente
en el sistema de control de procesos, se conecta al controlador
a través de PROFIBUS DP. La transición entre redes DP/PA se
lleva a cabo mediante un acoplador DP/PA o mediante un
DP/PA Link (variante preferente). Si se emplea el DP/PA Link, la
velocidad de transferencia en PROFIBUS DP es independiente
de los segmentos PROFIBUS PA subordinados.
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Tecnologías de transmisión PROFIBUS
Conexión directa al bus de campo
PROFIBUS DP
• RS 485:
Tecnología de transmisión por Cu sencilla y económica empleando cable bifilar apantallado.
• RS 485-iS:
Tecnología de transmisión por Cu de seguridad intrínseca
con una velocidad de 1,5 Mbits/s implementada por cable
bifilar apantallado para atmósferas potencialmente explosivas (hasta zona 1).
• Fibra óptica:
Tecnología de transmisión con fibras ópticas de vidrio o
plástico para una transmisión rápida de grandes cantidades
de datos en entornos con fuertes perturbaciones electromagnéticas o para salvar grandes distancias.
PROFIBUS PA
• MBP (Manchester Coded; Bus Powered):
Tecnología de transmisión que, por cable bifilar, permite
canalizar simultáneamente la transmisión digital de datos y
la alimentación de dispositivos de campo. Es apta para la
conexión directa de dispositivos en áreas potencialmente
explosivas (hasta zona 0, 1 ó 21).
Arquitecturas PROFIBUS PA para alta disponibilidad
y seguridad
Arquitectura en línea con acoplador individual
Cada línea PROFIBUS PA se conecta con un acoplador DP/PA
Ex [i] (línea PA hasta zona Ex 1/21) o FDC 157-0 (línea PA hasta zona Ex 2/22) de una transición entre redes DP/PA. Esta
transición entre redes puede operar con PROFIBUS DP redundante o no.
Topología en línea con redundancia de acoplador
El distribuidor de campo activo AFS (Active Field Splitter)
conecta una línea PROFIBUS PA con dos acopladores DP/PA
FDC 157-0 de una transición entre redes DP/PA, operativa en
un PROFIBUS DP redundante o no. El distribuidor AFS conmuta
la línea PROFIBUS PA al acoplador activo de los dos acopladores redundantes.
AS 414FH/
AS 417FH
DP/PA Link
PROFIBUS PA
DP/PA Link
con acopladores DP/PA redundantes
Active Field
Splitter
PROFIBUS PA
DP/PA Link
con acopladores DP/PA redundantes
PROFIBUS DP
Active Field Distributors
PROFIBUS PA
Arquitecturas PROFIBUS PA
Ventajas de la topología en anillo:
• Máxima disponibilidad
• Gestión transparente de redundancia del acoplador DP/PA
inteligente para el sistema superpuesto
• Los finales de bus activos para terminación automática de
bus en los acopladores DP/PA y en los AFD hacen posible lo
siguiente:
- Aislamiento automático y sin discontinuidades de subsegmentos defectuosos en caso de cortocircuito o rotura
de hilo
- Modificación de la configuración en anillo y de la instrumentación durante el funcionamiento; incorporación o
eliminación de segmentos de anillo
• Aplicaciones de seguridad y tolerantes a fallos con escaso
gasto en dispositivos y cableado
Topología en anillo
Los distribuidores de campo activos AFD (Active Field Distributors), mediante 4 conexiones de cable de derivación resistentes a cortocircuitos, integran dispositivos de campo PROFIBUS
PA en un anillo PROFIBUS PA con terminación automática de
bus. El anillo PROFIBUS PA se conecta a dos acopladores DP/PA
FDC 157-0 de una transición entre redes DP/PA que opera en
un PROFIBUS DP sencillo o redundante.
Comunicación
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PROFIBUS
Datos técnicos
PROFIBUS DP
Transmisión de datos
RS 485
RS 485-iS
Fibra óptica
MBP
Velocidad de transferencia
9,6 kbits/s... 12 Mbits/s
9,6 kbits/s... 1,5 Mbits/s
9,6 kbits/s... 12 Mbits/s
31,25 kbits/s
Cable
bifilar apantallado
bifilar apantallado
Fibra óptica de plástico y
de vidrio multi y monomodo
bifilar apantallado
Modo de protección
Topología
1)
PROFIBUS PA
EEx(ib)
Línea, árbol
EEx(ia/ib)
Línea
1)
Anillo, estrella, línea
Línea, árbol, anillo
–
32
Estaciones por segmento
32
32
Estaciones por red
(con repetidor)
126
126
126
–
Longitud del cable por segmento según la velocidad de
transferencia
1 200 m con máx.
93,75 kbits/s
1 000 m con 187,5 kbits/s 1)
400 m con 500 kbits/s 1)
200 m con 1,5 Mbits/s 1)
Máx. 80 m (plástico)
2-3 km (fibra de vidrio multimodo)
>15 km con 12 Mbits/s (fibra de vidrio monomodo)
1 900 m: Estándar
1 900 m: EEx(ib)
1 000 m: EEx(ia)
Repetidor para regenerar señales en redes RS 485
máx. 9
máx. 9 1)
no aplicable
no aplicable
1 000 m con 187,5 kbits/s
400 m con 500 kbits/s
200 m con 1,5 Mbits/s
100 m con 12 Mbits/s
según la especificación de instalación PROFIBUS 2.262
Conexión de equipos con GSD y EDD
Los controladores (maestro PROFIBUS) y el Process Device
Manager, como SIMATIC PDM, se comunican con los dispositivos de campo y los componentes de periferia descentralizada
(esclavos PROFIBUS) en base a una descripción exacta y completa de los datos específicos de los equipos y funciones, p. ej.:
•
•
•
•
•
GSD
EDD
Parámetros de
comunicación
de GSD
Sistema de ingeniería
con SIMATIC PDM
Tipo de función de aplicación
Parámetros de configuración
Unidades de medida
Valores límite y predeterminados
Rangos de valores
Maestro PROFIBUS
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Comunicación
Parámetro de
dispositivo de EDD
PROFIBUS DP/PA
El fabricante proporciona esta descripción en la siguiente
forma:
• Archivos de datos básicos de dispositivos (GSD) para el intercambio cíclico de datos entre el maestro PROFIBUS y los
esclavos PROFIBUS
• Opcionalmente: Electronic Device Description (EDD) con
propiedades estandarizadas y específicas del fabricante
para la comunicación acíclica, p. ej. para configuración
avanzada, puesta en marcha, diagnóstico, observación de
valores medidos, gestión de activos o documentación.
Datos de descripción
de dispositivos
suministrados
por el fabricante
Fabricante A
Fabricante B
Fabricante C
Los archivos GSD y EDD específicos de los dispositivos o están
ya integrados en los catálogos de las herramientas de configuración o pueden integrarse fácilmente importando los archivos al efecto. Los fabricantes publican los nuevos archivos GSD
y EDD en Internet, tanto a través de su propio sitio como a través de PROFIBUS & PROFINET International:
www.profibus.com
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Amplias posibilidades de diagnóstico con PROFIBUS
Diagnóstico de comunicación y línea
Las herramientas de diagnóstico de diferentes fabricantes
(p. ej. Amprolyzer) conectadas directamente a una red PROFIBUS vía una interfaz de PC ofrecen amplias funciones para el
diagnóstico y análisis del bus; entre otras:
• Registros e interpretaciones de telegramas
• Reconocimiento automático de la velocidad de transferencia
• Lista "lifelist" de todas las estaciones del bus
• Estados operativos de todas las estaciones del bus
• Evaluación estadística de todos los eventos en el bus
El repetidor de diagnóstico destinado para la conexión de segmentos PROFIBUS DP con tecnología RS 485 dispone también
de funciones para la supervisión online de fallos de los segmentos conectados. Transmite al maestro PROFIBUS la causa
del fallo (p. ej., interrupción del cable, cortocircuito, falta de
resistencia terminadora, demasiadas estaciones o demasiado
alejadas entre sí), así como informaciones detalladas sobre el
lugar del fallo.
Los acopladores DP/PA Koppler FDC 157-0 configurados como
esclavo de diagnóstico PROFIBUS envían a través de PROFIBUS
múltiples datos de diagnóstico y de estado para localizar y
subsanar los fallos rápidamente:
•
•
•
•
•
•
Datos I&M (Identification & Maintenance)
Valores de intensidad y tensión en el cable principal
Estado de redundancia
Rotura del hilo
Cortocircuito
Nivel de señal
Para ello, este acoplador DP/PA FDC 157-0 necesita una dirección PROFIBUS propia.
PROFIBUS, a destacar
■
Bus de campo sencillo y resistente
■
Menos tiempo y trabajo de planificación e ingeniería
y bajos costes de puesta en marcha
■
Óptima estructura descentralizada de la instalación,
necesitando poco hardware y poco espacio
■
Alta disponibilidad y seguridad en el nivel de campo
■
Mínimo gasto de cableado, interconexión, distribución, alimentación y montaje en campo
■
Flexible Modular Redundancy compatible con arquitectura PROFIBUS
■
Rápida comunicación y gran precisión de las mediciones
■
Eficiente ingeniería, interoperabilidad e intercambiabilidad de los dispositivos gracias a datos descriptivos
independientes del fabricante
■
Poco tiempo requerido para la puesta en marcha, gracias
a breves tests de circuitos de medición, una parametrización sencilla y la supresión de trabajos de calibración
■
La comunicación bidireccional y la gran cantidad de
información disponible facilitan extensos diagnósticos para determinar y eliminar rápidamente los fallos
■
Gestión óptima del ciclo de vida gracias al procesamiento y evaluación de la información de estado y diagnóstico mediante un sistema de gestón de activos
Diagnóstico de los dispositivos de campo inteligentes
El mecanismo de diagnóstico estandarizado del PROFIBUS
permite reconocer y eliminar rápidamente fallos de los dispositivos conectados al bus.
Los avisos de diagnóstico de los dispositivos de campo se pueden usar también para el mantenimiento preventivo, es decir,
para lanzar operaciones de mantenimiento como consecuencia de irregularidades detectadas mucho tiempo antes de un
posible fallo del equipo. En el caso de que en el equipo de
campo se produzca un fallo o que sea necesario el mantenimiento, p. ej., a causa de una incrustación en un sensor de nivel capacitivo, se transmite una información de diagnóstico
que tiene como efecto el envío de un aviso correspondiente a
la estación de operador y de mantenimiento.
En base a una EDD, proporcionada por el fabricante a través de
SIMATIC PDM, pueden ser facilitadas informaciones de diagnóstico avanzadas que proporcionan informaciones detalladas sobre los equipos conectados a PROFIBUS (p. ej., fecha de
fabricación, horas de funcionamiento o informaciones sobre
el fabricante).
Comunicación
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