Conceptos básicos sobre PROFIBUS y su papel en la automatización industrial

 

El legado del estándar de 4-20 mA en los procesos industriales

El estándar de 4-20 mA ha sido durante mucho tiempo la piedra angular de la medición y el control en los procesos industriales, venerado por su robustez y fiabilidad. Este método de transmisión de señales analógicas sigue siendo la primera opción en diversas aplicaciones industriales, lo que demuestra su perdurable relevancia.
 
 

Transición a las tecnologías Fieldbus

En los últimos años se ha producido un cambio significativo con la introducción de las tecnologías Fieldbus, que han transformado la comunicación en los entornos industriales.

Fieldbus es una red digital que conecta dispositivos como sensores, transmisores y actuadores con sistemas de control, lo que permite un control distribuido inmediato en tiempo real.


 

Conceptos básicos sobre PROFIBUS

A la vanguardia de la tecnología Fieldbus se encuentra PROFIBUS (Process Field Bus), líder mundial en soluciones de bus de campo. PROFIBUS es alabado por su eficacia y por las numerosas ventajas que ofrece, entre las que destacan:
 

  • Rentabilidad: Reduce significativamente los costes de cableado al eliminar la necesidad de conexiones directas entre los dispositivos de campo y los sistemas de control.
  • Fiabilidad: Los tramos de cable más cortos aumentan la fiabilidad del sistema.
  • Diagnóstico: Ofrece funciones avanzadas de diagnóstico para el mantenimiento del sistema.
  • Inmunidad a las interferencias: Proporciona robustez frente al ruido eléctrico.


El amplio uso de PROFIBUS ha creado una gran red de dispositivos compatibles, que ofrecen una buena compatibilidad y adaptabilidad en la automatización industrial.
 
 

Conceptos básicos sobre las variantes DP y PA de PROFIBUS

PROFIBUS DP (periféricos descentralizados) 

PROFIBUS DP optimiza la conectividad de los dispositivos de campo mediante un enfoque descentralizado. Al situar el sistema de entrada/salida (E/S) más cerca de las mediciones de campo, se elimina la necesidad de cablear individualmente cada dispositivo hasta el sistema de control.

Esta red maestro/dispositivo, que funciona con una capa física RS-485, admite varios dispositivos maestros mediante un protocolo token ring. Distingue entre dispositivos maestros de Clase 1 y Clase 2 para la comunicación regular de datos y bajo demanda, respectivamente. Este enfoque permite velocidades de transmisión y configuraciones de red flexibles para adaptarse a las distintas necesidades.

Los dos tipos de dispositivos maestros: Clase 1 y Clase 2

  • Maestros de Clase 1: son los controladores primarios responsables de solicitar cíclicamente datos a cada dispositivo. Esto garantiza la comunicación en tiempo real para el control de procesos.

  • Maestros de Clase 2: suelen encargarse de la configuración o el diagnóstico. Se comunican de forma acíclica (no cíclica) y no suelen estar conectados permanentemente a la red.


Las velocidades de transmisión son configurables por el maestro de Clase 1, y van de 9,6 kbps a 12 Mbps. La longitud máxima del cable depende de la velocidad de transmisión elegida: las velocidades más bajas permiten distancias más largas (hasta 1200 metros) y las más altas ofrecen distancias más cortas (hasta 100 metros).

PROFIBUS DP está limitado a un máximo de 32 dispositivos en una configuración en cadena; sin embargo, si se utilizan repetidores, se pueden instalar más dispositivos.

A continuación se muestra una instalación PROFIBUS DP típica:: 

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PROFIBUS PA (automatización de procesos) 

Diseñado específicamente para la industria de procesos, PROFIBUS PA se adapta a los intercambios de datos más lentos típicos de la automatización de procesos. 

Con tecnología MBP (Manchester encoded Bus Powered) para su capa física, PROFIBUS PA garantiza seguridad intrínseca en entornos peligrosos.

PROFIBUS PA ofrece un diseño de red flexible, que suele emplear configuraciones troncales y de derivación para una conexión segura y eficiente de los dispositivos de campo a través de barreras de campo o protectores de segmento.

Hay dos limitaciones en la longitud del segmento PROFIBUS PA:
 

  • La longitud total del segmento no puede superar los 1900 metros.

  • En aplicaciones intrínsecamente seguras, las longitudes de derivación están limitadas a 30 metros.

     

A continuación se muestra una instalación PROFIBUS PA típica:

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Descripción general técnica de PROFIBUS

Conocer las especificaciones técnicas permite a ingenieros y técnicos diseñar, implantar y solucionar problemas en redes PROFIBUS de forma eficaz. Esto garantiza una comunicación fiable y eficaz en los sistemas de automatización industrial. 

Estructura de la red

  • PROFIBUS DP suele utilizar una estructura de bus lineal, en la que cada dispositivo está conectado en serie a lo largo de un único cable.

  • PROFIBUS PA admite estructuras en bus, estrella y anillo, lo que ofrece flexibilidad en el diseño de redes para satisfacer las necesidades de los entornos de automatización de procesos.


Protocolo de comunicación 

PROFIBUS utiliza un protocolo de paso de testigo para controlar la comunicación entre los dispositivos de la red. Esto garantiza una transferencia de datos estructurada y predecible.

También admite la comunicación maestro-dispositivo, en la que uno o varios dispositivos maestros controlan el intercambio de datos con los dispositivos.
 

Transmisión de datos 

PROFIBUS puede funcionar a distintas velocidades de transmisión, de 9,6 Kbps a 12 Mbps. La velocidad real depende de las condiciones de la red y de la longitud del cable.

La longitud máxima del cable cambia con la velocidad de transmisión: las velocidades más altas requieren cables más cortos, mientras que las velocidades más bajas pueden utilizar cables más largos, de hasta 1200 metros a 9,6 Kbps.

Soportes y conectores 

PROFIBUS DP: Suele emplear cables de par trenzado apantallados con niveles de señal RS-485, adecuados para entornos industriales por su robustez.

PROFIBUS PA: Está diseñado para industrias de procesos y utiliza la tecnología Manchester Bus Powered (MBP), que permite la seguridad intrínseca en atmósferas potencialmente explosivas.
 

Direcciones de dispositivos 

Las redes PROFIBUS admiten hasta 126 dispositivos por segmento, y a cada dispositivo se le asigna una dirección única para la comunicación.
 

Tratamiento de errores 

PROFIBUS incorpora completos mecanismos de comprobación de errores, incluida la comprobación de redundancia cíclica (CRC) para garantizar la integridad de los datos durante la transmisión.


El futuro de PROFIBUS en la automatización industrial

PROFIBUS representa un avance clave en la automatización industrial, ya que fusiona el rendimiento fiable del estándar de 4-20 mA con las modernas ventajas de las tecnologías Fieldbus.

Su uso generalizado y sus continuas mejoras demuestran su capacidad para adaptarse a las necesidades cambiantes de las operaciones industriales. Al adoptar PROFIBUS, las industrias obtienen un sistema de comunicación sólido y escalable que aumenta la eficiencia, reduce los costes y mejora el diagnóstico y la seguridad.




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