Práctica 4: Profibus

Abstract

Una de las formas de comunicación muy utilizada en la industria es mediante cable Profibus. En esta práctica se manejará en indicará el modo de uso de este medio de comunicación, así como aplicaciones que se le puede dar.

Marco Teórico

Una forma de comunicación entre sistemas, además del Ethernet, es una comunicación Profibus, estandarizada por la norma IEC 61158 secciones 2 a la 6.

Existen tres tipos de Profibus:

-Fieldbus Message Specification (FMS): tiene un amplio rango de aplicaciones a nivel célula y es una comunicación orientada a objetos. Sirve para automatización de procesos en general.

-Process Automation (PA): envía datos y alimentación sobre un cable. Útil para automatización de procesos.

-Descentralized Periphery (DP): Se aplica para automatización de planta ya que maneja grandes velocidades en tiempos pequeños, además de ser eficiente y barato.

A partir de este punto se hablará únicamente de la red Profibus DP.

La red Profibus se caracteriza por ser una red del tipo bus lineal que puede transmitir información de forma asíncrona, o sincronizarse por start/stop. Los accesos al bus son del tipo híbridos, es decir, los maestros pueden accesar a otros maestros o también esclavos a maestros y maestros a esclavos. Tienen un direccionamiento de 7 bits. La transferencia de datos puede ser tanto cíclica como acíclica. Este tipo de conexión permite que se envíen los datos sin peligro de que se pierdan o se multipliquen mediante una secuencia especializada. Permite que 32 estaciones se conecten por segmento, y este número se puede incrementar a 127 implementando repetidores. La velocidad de transmisión de datos depende del medio y de la longitud del tramo, siendo de 500kbits/s en tramos menores a 200 m y llega a 9.6 kbits/s en tramos que superan los 2000m.

Las comunicaciones que se desarrollan con el Profibus son generalmente del tipo maestro-esclavo.

Un maestro es aquel PLC que inicia las comunicaciones entre los esclavos o con otros maestros. Para los sistemas Profibus DP de Siemens existen dos tipos de maestros: los maestros Clase 1, que son controladores centrales que intercambian datos con los esclavos, determinan la velocidad de la comunicación, pueden generar sistemas testigos denominados Tokens para vigilar el proceso y se permiten tener varios dentro de una red; los maestros Clase 2 sirven de herramienta de configuración del sistema, así como herramienta también de diagnosis y de arranque.

Los esclavos no permiten que se controle el bus y únicamente reciben y procesan información del maestro.

Para generar una red Profinet se necesitan 3 componentes básicos: el maestro clase 1que envíe señales e inicie la comunicación, el esclavo que la reciba y el cable Profibus para que dicha información pueda ser enviada. Adicionalmente se pueden añadir repetidores que permitan extender la distancia a la que llega la señal.

El cable utilizado para esta comunicación es un cable bifilar apantallado y trenzado de sección circular. Como tienen doble apantallamiento pueden soportar fuertes interferencias electromagnéticas. Dependiendo de la industria en la que se quiera aplicar hay distintos cables de profibus:

-Profibus FC Standard Cable: tiene entrada especial para conexión rápida.

-Profibus FC Robust Cable: útil en ambientes de cargas químicas y mecánicas pesadas.

-Profibus FC Food Cable: especial para la industria alimenticia por su revestimiento de PE.

-Profibus FC Ground Cable: lleva una cubierta adicional haciéndolo útil para el tendido bajo tierra.

-Profibus FC Trailing Cable: está especializado para aplicaciones en las que hay un guiado forzoso del cable.

-Profibus FC FRNC Cable: De las siglas en inglés Fire Retardent Non Corrosive, es de difícil combustión.

Para las conexiones es importante destacar que en los dos conectores de inicio y final de línea, se pondrán las resistencias de final de línea a ON. El cable que une los conectores entrará a ellos por donde se indica mediante la flecha de entrada. El cable a utilizar cumplirá las siguientes especificaciones:

Imagen. Especificaciones del conector del cable Profibus.

Dentro de la programación de una red Profibus existen dos bloques de organización de suma importancia:

-El OB82 es un bloque interrupción de diagnóstico que se llama cuando algún componente envía una señal de fallo.

-El OB86 que se llama cuando se presenta una falla en el rack, es decir, una falla en los módulos del PLC.

Entre las diversas aplicaciones que se le han dado a este tipo de conexiones están:

1.               Se ha utilizado para implementar soluciones de comunicación en tiempo real (RTCS_PROFIBUS), donde los usuarios pueden monitorear en tiempo real la información que está circulando en el sistema operativo xPC Target por medio de LabVIEW en la PC Host. Esta comunicación se basa en el protocolo TCP/IP. Esto se ha aplicado al monitoreo de un motor activo en un sistema de control industrial y se ha demostrado que RTCS_PROFIBUS satisface los requerimientos de transferencia de data en tiempo real.
2.          Otra aplicación es en un sistema de control eléctrico del proyecto Fengchan River en Tianjin, donde una tarjeta PROFIBUS-Dp se diseñó para convertir data de un protocolo PROFIBUS a protocolo MODBUS. Con una IPC como maestro y el multigrupo ProfbusDp como esclavo y utilizando fibra óptica para la comunicación, se realizó con éxito el monitoreo y control centralizado del proceso
3.       Formación de una red de control de una plataforma Maglev, que por las características y confiabilidad de una red Profibus, se ha aplicado para coordinar una plataforma maglev triangular dando como resultados una buena estabilización y precisión en la posición aún cuando se aplican cargas externas al sistema. Este registro de datos  para la coordinación se capturan y envían cada 20 ms.

Objetivos

Al terminar esta práctica, el alumno:

a) Conocerá los principales componentes de la red de comunicación industrial

PROFIBUS DP.

b) Podrá configurar una red de comunicación mediante el protocolo PRFIBUS DP,

tanto las conexiones, configuraciones y programación.

c) Evaluará las ventajas de utilizar esta comunicación en dispositivos de campo, como

PLC maestros, esclavos, ya sean pasivos o inteligentes.

Procedimiento

a. Configuración de la red PROFIBUS

Primero se debe hacer el HC de las estaciones a utilizar. En el slot donde aparezca DP dar un clic y crear una red PROFIBUS. En Modo de Operación se debe seleccionar al CPU como esclavo o maestro, según sea el caso. Una vez realizada la configuración se deben acoplar los esclavos a la red PROFIBUS, una vez realizada esta acción se observará la dirección del esclavo en la red. Después se podrá configurar la transferencia de datos entre el esclavo y el maestro. En PROFIBUS solo se transfieren entradas y salidas. Al terminar la HC se deben introducir los bloques OB82 y OB86 para asegurar el funcionamiento correcto de la red, ya que estos se encargan de detectar errores de los dispositivos y el rack respectivamente. Una vez terminada esta acción se procede a programar el OB1 y las demás funciones necesarias para realizar el programa.

b. Programa

c. Video

Conclusiones

Alejandro Castañeda Montero A01163013

El protocolo Profibus Dp me pareció un poco tedioso, pero muy complejo y completo para las necesidades de la industria, además de que soporta tener conectados hasta 127 dispositivos conectados, lo que me pareció bastante sorprendente. La estructura maestro-esclavo fue algo nuevo para mí, se me hizo sencilla y fácil de usar una vez terminada la configuración. Me llamó la atención que no tuviéramos que diferenciar el tipo de maestro que íbamos a utilizar. Quisiera volver a hacer otra práctica con Profibus Dp pero ahora con más estaciones conectadas, y así darle una mejor aplicación al protocolo y verlo de forma más realista con mis ojos.

Carlos Alberto Núñez Goya A01162868

Esta práctica ha sido la de mayor relevancia para este curso ya que es la primera vez que utilizamos una red abierta de gran peso en la industria. Su configuración es parecida a la MPI ya que se mandan datos por medio de bytes, words, etc. Pero la configuración en Simatic es más compleja. La idea de solo utilizar un cable hace de esta red una forma de comunicación muy atractiva aparte de que con repetidores tiene un alcance que satisface a la mayoría de la industria. Creo que es primordial conocer todos los beneficios que nos trae este bus así como abarcar lo mayor que podamos del mismo, ya que en nuestra carrera las redes de comunicación son de gran importancia. 

Jorge Francisco Mejía Quiroz A01163123

Utilizando Profibus con este sistema se encontró un parecido con la red MPI en la forma en la que se programa, con el envío y recepción de bits en diferentes estaciones. Esta red ahorra un cableado muy tedioso y hasta cierto punto, estorboso, al querer comunicar dos o más estaciones, simplificando la comunicación a un sólo cable. 

A nivel industrial sería interesante ver cómo se interconectan más estaciones y cómo se configuran entre ellas, así como ver la manera en la que se mezclan dos o más sistemas de comunciación.