Profibus-DP

INTRODUCCIÓN

Periféricos descentralizados PROFIBUS permite a los dispositivos de distintos fabricantes comunicarse sin adaptaciones especiales de interfaz. PROFIBUS-DP es una opción optimizada para la velocidad y los bajos costes de conexión para el intercambio rápidos de datos en las aplicaciones relevantes. Permite a los dispositivos de control centrales, como SPC (control de programa almacenado)/PC, para comunicarse a través de una conexión rápida y en serie con dispositivos periféricos específicos como motores, válvulas o codificadores rotativos. El intercambio de datos de estos dispositivos periféricos es principalmente cíclico.

Las funciones de comunicación necesarias para esto se definen por las funciones básicas de PROFIBUS-DP según el estándar EN 50 170. PROFIBUS es un estándar de bus de campo abierto e independiente del fabricante para diferentes aplicaciones en la automatización de fabricación, proceso y construcción. La independencia de los fabricantes y su carácter abierto se definen en el estándar EN 50 170.

El AC 58 es un codificador rotatorio absoluto (encoder, codificador de ángulo). En la versión que se describe aquí, este codificador envía su posición actual a otro dispositivo bus a través del medio de transmisión «PROFIBUS-DP» (diseño físico: cable trenzado y apantallado de 2 hilos). El codificador AC 58 permite todas las funciones de clases 1 y 2 enumeradas en el perfil del codificador.

INFORMACIÓN GENERAL

Las funciones básicas de PROFIBUS-DP (DP: periféricos descentralizados) se describen aquí solo parcialmente. Puede encontrar más información en el estándar de PROFIBUS-DP DIN 19245-3 o el estándar EN 50170.

ÁREA DE APLICACIÓN

En los sistemas en los que la posición de un motor o de otra parte de la máquina debe registrarse e informarse a un sistema de control, esta tarea la puede realizar un codificador AC 58.

De este modo se pueden resolver las tareas de posicionamiento, por ejemplo, en los casos en que la respuesta de la posición actual del motor la comunica un codificador AC58 a la unidad de posicionamiento a través de PROFIBUS-DP.

FUNCIONES BÁSICAS DE PROFIBUS-DP

El controlador central (maestro) lee de forma cíclica la información de entrada de los esclavos y escribe la información de salida de forma cíclica a los esclavos. Para este fin, el tiempo de ciclo bus debe ser más corto que el tiempo de ciclo de programa del controlador lógico programable central (PLC), es que de unos 10 milisegundos en muchas aplicaciones.

Además de la transmisión cíclica de datos de usuario, también están disponibles con PROFIBUS-Depth las funciones de alto rendimiento para el diagnóstico y la puesta en marcha, el tráfico de datos se supervisa por las funciones de supervisión del lado del maestro y del esclavo.

La siguiente tabla resuma las funciones básicas de PROFIBUS-DP (periféricos descentralizados)

Tecnología de transmisión:

• Cable de dos hilos trenzado RS-485,
• velocidad en baudios de 9,6 kbit por segundo hasta 12 Mbit por segundo.

Acceso bus:

• Procedimiento de paso de testigo entre los maestros y los procedimientos maestro-esclavo para los esclavos
• Son posibles los sistemas de maestro único o múltiple
• Dispositivos maestro y esclavo, máximo de 126 dispositivos conectados en un bus

Comunicación:

• Tráfico de datos de usuario punto a punto (tráfico de datos de usuario) o multidifusión (comandos de control)
• Tráfico de datos de usuario maestro-esclavo cíclico y transferencia de datos maestro-maestro no cíclica.

Condiciones de operación:

• Operar: transmisión cíclica de datos de entrada y de salida.
• Despejar: Las entradas están leídas, las salidas siguen en estado seguro.
• Parada: solo es posible la transferencia de datos maestro-maestro.

Sincronización:

• Los comandos de control permiten la sincronización de las entradas y las salidas.
• Modo de sincronización: Las salidas están sincronizadas.

Funcionalidad:

• Transferencia de datos de usuario cíclica entre maestro DP y esclavo(s) DP.
• Activación dinámica o desactivación de esclavos DP individuales.
• Comprobando la configuración de los esclavos DP.
• Funciones de diagnóstico de alto rendimiento, 3 niveles clasificados de diagnóstico de mensajes.
• Sincronización de entradas y/o salidas. Asignación de dirección para los esclavos DP (periféricos descentralizados) a través de bus.
• Configuración del maestro DP (DPM1) a través de bus.
• Es posible un máximo de 246 bytes de datos de entrada y salida por esclavo DP.

Funciones de protección:

• Todos los mensajes se transmiten con distancia de Hamming HD = 4.
• Supervisión de respuesta para los esclavos DP.
• Protección de acceso para entradas/salidas de los esclavos DP.
• Supervisión del tráfico de datos con un temporizador de supervisión ajustable para el maestro.

Tipos de dispositivos:

• Maestro DP clase 2 (DPM2), por ejemplo, dispositivos de programación/configuración;
• maestro DP clase 1 (DPM1), por ejemplo, dispositivos de automatización central como un controlador PLC;
• esclavo PC DP, por ejemplo, dispositivos con entradas/salidas binarias o analógicas, motores, válvulas.

FUNCIONES BÁSICAS/VELOCIDAD

Para la transmisión de datos de entrada y salida de 512 bit enviados a 32 dispositivos conectados, PROFIBUS-DP solo necesita cerca de 1 milisegundo a 12 Mbit por segundo.

La siguiente figura muestra el tiempo de transmisión típico para PROFIBUS-DP dependiendo del número de dispositivos conectados y la velocidad de transmisión. La alta velocidad se debe sobre todo al hecho de que la transmisión de los datos de entrada y salida se realiza en un ciclo de mensaje usando el servicio SRD (servicio de envío y recepción de datos) de la Capa 2.

Funciones de diagnóstico:

DLas amplias funciones de diagnóstico de PROFIBUS-DP permiten la rápida localización de fallos. Los mensajes de diagnóstico se transmiten a través de bus y cotejan con el maestro. Se dividen en tres niveles:

Mensajes de diagnóstico específicos de la ubicación sobre la disponibilidad operativa general de un dispositivo conectado, como un exceso de temperatura o baja tensión.

Diagnóstico específico de módulo

Estos mensajes muestran que es necesario realizar un diagnóstico en una determinada sección de entrada/salida (por ejemplo un módulo de salida de 8 bit) o un dispositivo conectado.

Diagnóstico específico de canal:

Aquí se especifica la causa del error, identificando un único bit de entrada/salida (canal), como un cortocircuito en la salida 7.

El tiempo de ciclo bus de un sistema de maestro único PROFIBUS-DP, condiciones límite: cada esclavo tiene 2 bytes de datos de entrada y 2 bytes de datos de salida; el intervalo de tiempo mínimo de esclavo es 200 microsegundos; repositorio de datos de series de tiempo (TSDR, por sus siglas en inglés) = 11 bit.

CONFIGURACIÓN DEL SISTEMA Y TIPOS DE DISPOSITIVOS

Con PROFIBUS-DP se pueden configurar sistemas de maestro único o múltiples. Esto permite un alto grado de flexibilidad en la configuración del sistema. Se pueden conectar un máximo de 126 dispositivos (maestros o esclavos) a un bus. Las especificaciones de configuración del sistema incluyen el número de dispositivos, la asignación de la dirección del dispositivo a las direcciones de entrada/salida, consistencia de los datos de entrada/salida, formato de los mensajes de diagnóstico y los parámetros bus usados.

Cada sistema PROFIBUS-DP consta de diferentes tipos de dispositivos. Podemos clasificar los dispositivos en tres tipos:

Maestro DP (periféricos descentralizados) clase 1 (DPM1)

Este es un controlador central que intercambia información con los dispositivos descentralizados (esclavos DP) en un ciclo de mensajes definido. Los dispositivos típicos son, por ejemplo, controladores lógicos programables (PLC), PC o sistemas VME (entorno de máquina virtual).

Maestro DP clase 2 (DPM2)

Los dispositivos de este tipo son dispositivos de programación, planificación de proyectos o operación. Se usan durante la puesta en marcha para crear la configuración del sistema DP o para la operación del sistema cuando el sistema está en uso.

Esclavo DP

Un esclavo DP es un dispositivo periférico (entrada/salida, motores, interfaz HMI, válvulas) que lee información de entrada y transmite información de salida a dispositivos periféricos. También es posible que el dispositivo solo proporcione datos de entrada o datos de salida. La cantidad de datos de entrada y salida depende del dispositivo y no puede superar los 246 bytes de datos de entrada y 246 bytes de datos de salida.

Sistema PROFIBUS-DP de maestro único

Con los sistemas de maestro único solo hay un maestro activo en el bus cuando el sistema está en operación. La figura anterior muestra la configuración de sistema de un sistema de maestro único.

El controlador PLC es el componente central de control. Los esclavos DP están conectados como periféricos al controlador PLC a través del medio de transmisión.

Con este sistema se consigue el mínimo tiempo de ciclo bus. En una operación de maestros múltiples hay varios maestros en un solo bus. Conforman o bien subsistemas independientes unos de los otros, cada uno con un maestro DPM1 y sus esclavos DP, o dispositivos adicionales de planificación de proyecto y diagnóstico (consulte la figura a continuación). Todos los maestros DP pueden leer las imágenes de entrada y salida de los esclavos DP. Solo un maestro DP puede escribir los datos de salida (el DPM1 asignado durante la configuración). Sistemas con maestros múltiples consiguen un tiempo de ciclo bus medio.

PROFIBUS-DP Multi-Master System

CONDICIONES DEL SISTEMA

Con el fin de lograr una amplia intercambiabilidad de dispositivos, el comportamiento del sistema de PROFIBUSDP también ha sido estandarizado. Está esencialmente determinado por el estado de funcionamiento del DPM1. Esto puede ser controlado localmente o a través del bus desde el dispositivo de configuración. Se hace una distinción entre los siguientes tres estados principales.

Stop

No hay tráfico de datos entre el DPM1 y los esclavos DP.

Clear

El DPM1 lee la información de entrada de los esclavos DP y mantiene las salidas de los esclavos DP en un estado seguro.

Operate

El DPM1 está en la fase de transferencia de datos En el tráfico de datos cíclicos, las entradas son leídas por los esclavos DP y la información de salida se transfiere a los esclavos DP.

El DPM1 envía su estado local cíclicamente a todos los esclavos DP asignados en un intervalo de tiempo configurable con un comando multicast.

La reacción del sistema tras la aparición de un error en la fase de transferencia de datos del DPM1, como el fallo de un esclavo DP, viene determinada por el parámetro de funcionamiento "Auto- Clear".

Si este parámetro se ajusta a True, el DPM1 pone en estado seguro las salidas de todos los esclavos DP asociados tan pronto como un esclavo DP ya no esté listo para la transmisión de datos de usuario.

Después el DPM1 cambia al estado claro.

Si este parámetro = Falso, entonces el DPM1 permanece en el estado operacional incluso en el caso de un error, y el usuario puede determinar la respuesta del sistema por sí mismo.

TRANSFERENCIA DE DATOS CÍCLICOS ENTRE DPM1 y el DP-SLAVES

El tráfico de datos entre el DPM1 y los esclavos DP asignados a él es manejado automáticamente por el DPM1 en una secuencia fija y recurrente. Al configurar el sistema de bus, el usuario define la asignación de un esclavo DP al DPM1. Además, se define qué esclavos DP deben ser incluidos o excluidos del tráfico cíclico de datos de usuario.

El tráfico de datos entre los esclavos DPM1 y DP se divide en las fases de parametrización, configuración y transferencia de datos. Antes de incluir un esclavo DP en la fase de transferencia de datos, el DPM1 comprueba en la fase de parametrización y configuración si la configuración del valor de consigna configurado se corresponde con la configuración real del dispositivo.

El DPM1 se utiliza entonces para transferir los datos al esclavo DP.

Para esta comprobación, la información sobre el tipo de dispositivo, el formato y la longitud, así como el número de entradas y salidas deben coincidir. Esto proporciona al usuario una protección fiable contra los errores de parametrización. Además de la transferencia de datos de usuario, que se realiza automáticamente por el DPM1, es posible enviar nuevos datos de parametrización a los esclavos DP a petición del usuario.

transmisión de datos de usuario con PROFIBUS-DP

TRANSFERENCIA DE DATOS ENTRE DPM1 Y DISPOSITIVOS DE PROYECCIÓN

Además de las funciones entre maestro y esclavos DP, las funciones de comunicación maestro-maestro están disponibles, ver tabla. Permiten que los dispositivos de configuración y diagnóstico configuren el sistema a través del bus.

Además de las funciones de carga y descarga, las funciones de maestro-maestro ofrecen la posibilidad de activar o desactivar dinámicamente la transferencia de datos de usuario entre el DPM1 y cada uno de los esclavos DP y de cambiar el estado de funcionamiento del DPM1.

P: Deber, O: Option
Resumen de funciones para el maestro Funciones con PROFIBUS-DP

SYNC MODE

Además del tráfico de datos de usuario relacionado con el abonado, que es manejado automáticamente por el DPM1, el maestro puede enviar comandos de control a uno, a un grupo o a todos los esclavos simultáneamente. Estos comandos de control se transmiten en multidifusión. Habilitan los modos de operación Sync y Freeze para la sincronización controlada por eventos de los esclavos DP. Los esclavos comienzan el modo de sincronización cuando reciben un comando de sincronización del maestro asignado.

Las salidas de todos los esclavos dirigidos son entonces congeladas en su estado actual. Durante las siguientes transmisiones de datos de usuario, los datos de salida se almacenan en los Esclavos, pero los estados de salida permanecen inalterados. Los datos de salida almacenados sólo se conmutan a las salidas después de recibir el siguiente comando de sincronización. Con Unsync la operación de sincronización se termina.

MECANISMOS PROTECTORES

Por razones de seguridad es necesario dotar a PROFIBUS-DP de funciones de protección eficaces contra la parametrización incorrecta o el fallo del equipo de transmisión. Con este fin, se implementan mecanismos de monitoreo en el Maestro DP y los Esclavos DP en forma de monitoreo de tiempo. El intervalo de vigilancia se define durante la planificación del proyecto.

El maestro de DP

El DPM1 monitoriza el tráfico de datos de los esclavos con el Data_Control_Timer Se utiliza un temporizador separado para cada esclavo. La vigilancia del tiempo responde si no se produce una transferencia adecuada de datos del usuario dentro de un intervalo de vigilancia. En este caso se informa al usuario. Si se ha activado la respuesta automática de error (Auto_Borrar = Verdadero), el DPM1 deja el estado de funcionamiento, cambia las salidas de los esclavos asociados al estado seguro y pasa al estado de borrado.

El esclavo DP

El esclavo lleva a cabo una vigilancia de la respuesta para detectar errores del amo o de la transmisión. Si no hay tráfico de datos con el maestro dentro del intervalo de monitorización de respuesta, el esclavo cambia automáticamente las salidas al estado seguro.

Se requiere protección adicional de acceso para las entradas y salidas de los esclavos DP cuando operan en sistemas multi-master. Esto garantiza que el acceso directo sólo lo conceda el maestro autorizado. Para todos los demás amos, los esclavos proporcionan una imagen de las entradas y salidas que también puede ser leída sin autorización de acceso.

INTERFAZ DE COMUNICACIÓN

La interfaz de comunicación corresponde al perfil del codificador PROFIBUS-DP clase 2.

incluye las funciones de la clase 1.