En el modelo de referencia ISO / OSI, el nivel 1 define el método de la "física" de transmisión de datos, es decir, el eléctrico y el mecánico. Esto incluye el tipo de codificación y el estándar de transmisión utilizado (RS485). Nivel 1 se llama al nivel físico.
PROFIBUS ofrece diferentes versiones del nivel 1 como una tecnología de transmisión (ver Tabla 4). Todas las versiones se basan en estándares internacionales y se les asigna a PROFIBUS tanto en la norma IEC 61158 como en la IEC 61784.
La tecnología de transmisión RS-485 es simple y rentable, y utilizada sobre todo para tareas que requieren altas velocidades de transmisión. Se utiliza un par trenzado de cobre con un par de conductores con apantallamiento.
La tecnología de transmisión RS485 es fácil de usar. No son necesarios conocimientos expertos para la instalación del cable. La estructura del bus permite la adición o eliminación de las estaciones o la puesta en marcha paso a paso del sistema, sin influir en otras estaciones. Las ampliaciones posteriores (dentro de límites definidos) no tienen ningún efecto en las estaciones que ya están en funcionamiento.
Una nueva opción es la capacidad de RS-485 para operar en áreas de seguridad intrínseca (RS485-IS, ver explicación al final de esta sección).
Características de RS485
Se pueden seleccionar varias velocidades de transmisión, entre 9,6 kbits/s y 12 Mbit/s. En la puesta en marcha del sistema se selecciona una velocidad constante para todos los dispositivos en el bus. Hasta 32 estaciones pueden ser conectadas. La longitud máxima permitida de línea depende de la velocidad de transmisión. Éstas y otras propiedades se resumen en la Tabla 4.
Instrucciones de instalación para RS485
Topología
Todos los dispositivos están conectados en una estructura de bus (línea). Hasta 32 estaciones (maestros o esclavos) se pueden conectar en un solo segmento. El principio y el final de cada segmento están equipados con un bus activo terminador (fig. 6). Tanto terminadores de bus tiene una fuente de alimentación permanente para garantizar un funcionamiento sin errores. El terminador de bus se conmuta en los dispositivos o en los conectores. Si hay más de 32 estaciones o hay una necesidad de ampliar el área de la red, los repetidores se deben utilizar para unir los segmentos de bus individuales.
Cables y Conectores
Diferentes tipos de cable (designación del tipo A - D) para diferentes aplicaciones están disponibles en el mercado para conectar dispositivos ya sea entre sí o con elementos de la red (acopladores de segmento, enlaces y repetidores). Cuando se utiliza la tecnología de transmisión RS-485, PI recomienda el uso de un tipo de cable. (Ver datos de la Tabla 3)
Los cables "PROFIBUS" se ofrecen en una amplia gama de fabricantes, PI recomienda en particular el sistema de conexión rápida que, cuando se utiliza con un cable adecuado y una herramienta de extracción especial, permite un cableado rápido, fiable y extremadamente simple
Al conectar las estaciones, asegúrese siempre de que las líneas de datos no se revierten. Siempre use una línea de datos con apantallamiento (el tipo A está con apantallamiento) para garantizar inmunidad a interferencias del sistema frente a las emisiones electromagnéticas. El apantallamiento debe estar conectado a tierra en los lados donde sea posible y abrazaderas de pantalla de amplia zona se deben utilizar para la conexión a tierra para garantizar una buena conductividad. Además, asegurar siempre que la línea de datos se presenta por separado y, cuando sea posible, lejos de todos los cables de alimentación. Nunca utilice cables de derivación de velocidad de transmisión ≥ 1,5 Mbit/s.
Conectores disponibles comercialmente soportan la conexión directa del cable de datos entrante y saliente en el conector. Esto elimina la necesidad de cables de derivación y el conector de bus se pueden conectar y desconectar el bus en cualquier momento sin interrumpir las comunicaciones de datos. El tipo de conector adecuado para la tecnología de transmisión RS485 depende del grado de protección. Un 9-pin D-Sub se utiliza principalmente para la protección IP 20. Para IP 65/67 hay tres alternativas más comunes:
• M12 conector circular de acuerdo con la norma IEC 947-5-2
• Han-Brid conector de acuerdo con la recomendación de DESINA
• Siemens conector híbrido
El sistema de conector híbrido también ofrece una versión para la transmisión de datos mediante fibra óptica y 24 V de tensión de trabajo de los periféricos a través de cable de cobre en un cable híbrido común.
Problemas con la transmisión de datos en redes PROFIBUS por lo general se puede atribuir al cableado o instalación incorrecta. Estos problemas a menudo se puede resolver utilizando los dispositivos del bus de prueba, que son capaces de detectar muchos errores de cableado típicos incluso antes de la puesta en marcha.
Para obtener una lista de los proveedores de los conectores de diversos cables, repetidores, dispositivos de bus de ensayo mencionados aquí, por favor consulte el catálogo de productos en línea PROFIBUS (www.profibus.com [1]).
RS485-IS
Ha habido una gran demanda entre los usuarios para apoyar el uso RS485 con sus rápidas tasas de transmisión en las zonas de seguridad intrínseca.
La PNO se ha ocupado de esta tarea y elaboraron una guía para la configuración de soluciones de seguridad intrínseca RS485 con dispositivo simple de intercambio.
La especificación de los detalles de la interfaz de los niveles de corriente y el voltaje que se deben mantener por todas las estaciones con el fin de garantizar el funcionamiento seguro durante la operación. Un circuito eléctrico permite corrientes máximas en un nivel de tensión especificado. Al conectar las fuentes activas, la suma de las corrientes de todas las estaciones no debe superar la corriente máxima permitida.
Una innovación de la RS485-IS es que, en contraste con el modelo FISCO que sólo tiene una fuente de seguridad intrínseca, todas las estaciones representan en la actualidad las fuentes activas. Las continuas investigaciones de la agencia de pruebas nos llevan a esperar que sea posible conectar hasta 32 estaciones de autobús al circuito de seguridad intrínseca.
El término MBP es sinónimo de tecnología de transmisión con los siguientes atributos
• "El Manchester Coding (M)", y
• "Bus Powered", (BP).
Este término sustituye los términos que antes eran comunes para la seguridad intrínseca de transmisión "Física de acuerdo con la norma IEC 61158-2", "1158-2", etc. La razón de este cambio es que, en su versión definitiva, la norma IEC 61158-2 (Nivel físico) describe varias tecnologías de conexión diferentes, incluyendo la tecnología de MBP, no siendo por lo tanto inambiguos.
MBP es una transmisión síncrona con una tasa de transmisión definida de 31,25 Kbit/s, y la codificación Manchester. Esta tecnología de transmisión se utiliza con frecuencia en la automatización de procesos, ya que satisface las demandas clave de las industrias químicas y petroquímicas para la seguridad intrínseca y la alimentación del bus utilizando la tecnología twowire. Las características de esta tecnología de transmisión se resumen en la Tabla 4. Esto significa que PROFIBUS también se puede utilizar en zonas potencialmente explosivas y seguridad intrínseca.
Instrucciones de instalación de MBP
Tecnología de conexión
La tecnología de transmisión MBP de seguridad intrínseca se limita a un segmento específico (los dispositivos de campo en zonas de riesgo) de una planta, que están conectados con el segmento RS485 (sistema de control y los dispositivos de ingeniería en la sala de control) a través de un acoplador de segmento o enlaces (fig. 7).
Los acopladores del segmento son convertidores de señales que modulan las señales RS485 al nivel de señal MBP y viceversa. Ellos son transparentes desde el punto de vista del protocolo de bus.
Por el contrario, los enlaces tienen su inteligencia intrínseca. Se asignan a todos los dispositivos de campo conectados al segmento MBP como un solo esclavo en el segmento de RS485. No hay límite a la velocidad de transmisión en el segmento RS485 utilizando enlaces, de modo que las redes de alta también se puede implementar utilizando dispositivos de campo con relación MBP.
Topologías de red con MBP
Estructuras de árbol o de la línea (y cualquier combinación de los dos) son las topologías de red con el apoyo de PROFIBUS con transmisión MBP.
En una estructura de líneas, las estaciones están conectadas al cable principal el uso de adaptadores de la te. La topología de árbol es comparable con el método de instalación de campo clásico. El cable maestro multi-núcleo se sustituye por el cable de bus de dos hilos maestro, el distribuidor de campo conserva su función de conectar los dispositivos de campo y la detección de la impedancia terminación del bus. Cuando se utiliza una topología de árbol, todos los dispositivos de campo conectados al segmento de bus de campo se conectan en paralelo en el distribuidor de campo. En todos los casos, las longitudes máximas permitidas por línea derivada se deben tener en cuenta al calcular la longitud de la línea general. En las aplicaciones de seguridad intrínseca, una línea de derivación tiene una longitud máxima permitida de 30m.
Medio de transmisión
Un cable de dos hilos con apantallamiento se utiliza como medio de transmisión, véase la fig. 6. El cable tiene un tronco de bus pasivo de terminador de línea en cada extremo, que comprende un elemento RC conectado en serie con R = 100 Ω y C = 2mF. La terminación del bus ya está integrada en el acoplador de segmento o vínculo. Cuando se utiliza la tecnología de MBP, la conexión incorrecta de un dispositivo de campo (es decir, inversión de polaridad) no tiene ningún efecto sobre la funcionalidad del bus ya que estos dispositivos son generalmente equipados con una función de la polaridad de detección automática.
Número de estaciones, longitud de línea
El número de estaciones que puede ser conectado a un segmento está limitado a 32. Sin embargo, este número puede ser además determinado por el tipo de protección seleccionado y la alimentación del bus (si existe).
En las redes de seguridad intrínseca, tanto la tensión de alimentación máxima como la corriente máxima de alimentación se definen dentro de límites estrictos. Pero la salida de la fuente de alimentación es limitada, incluso para las redes no intrínsecamente seguras.
Como regla general para determinar la longitud de línea máxima, es suficiente calcular los requisitos de potencia de los dispositivos de campo conectados, y para especificar una unidad de suministro y la longitud de la línea para el tipo de cable seleccionado. La corriente necesaria (=Σ requerimientos de energía) se deriva de la suma de las corrientes básicas de los dispositivos de campo conectados en el segmento respectivo más, si procede, una reserva de 9 mA por segmento para el funcionamiento actual de la FDE (Electrónica de desconexión de fallo ). El FDE evita que los dispositivos defectuosos bloqueen de forma permanente el bus.
Las operaciones conjuntas de los dispositivos alimentados por bus y alimentados externamente está permitido. Note que externamente los dispositivos alimentados también consumen una corriente de base sobre la terminación del bus, que debe ser tenida en cuenta en el cálculo de la corriente de alimentación máxima disponible actual.
El modelo FISCO simplifica considerablemente la planificación, instalación y expansión de las redes PROFIBUS en atmósferas potencialmente explosivas (véase el capítulo 3.1.4).
Algunas condiciones del bus de campo de aplicación imponen restricciones a la tecnología de transmisión con espiral, como los ambientes con interferencias electromagnéticas muy alta o cuando la distancia que deben ser cubierta es particularmente grande. La transmisión de fibra óptica sobre conductores de fibra óptica es adecuada en tales casos. La directriz de PROFIBUS (2.022) para la transmisión de fibra óptica especifica la tecnología disponible para este propósito. Al determinar estas especificaciones, se tomó gran cuidado, naturalmente, para permitir sin problemas la integración de los actuales dispositivos PROFIBUS en una red de fibra óptica sin necesidad de cambiar el comportamiento del protocolo de PROFIBUS (nivel 1). Esto asegura la compatibilidad con las instalaciones existentes de PROFIBUS.
Los tipos de fibras ópticas compatibles se muestran en la Tabla 5. Las características de transmisión debe soportar no sólo las estructuras de las topologías de estrella y anillo, sino también la estructura en línea.
En el caso más simple, una red de fibra óptica se implementa utilizando transformadores eléctricos / ópticos que están conectados al dispositivo y a la fibra óptica a través de una interfaz RS485. Esto le permite cambiar entre RS485 y transmisión por fibra óptica.
El modelo FISCO (concepto de bus de campo intrínsecamente seguro) simplifica considerablemente la planificación, instalación y expansión de las redes PROFIBUS en zonas potencialmente explosivas.
Este modelo fue desarrollado en Alemania por el PTB (Physikalisch Technische Bundesanstalt - Instituto Técnico Federal de Alemania) y ahora es reconocido internacionalmente como el modelo básico para la operación de buses de campo en zonas potencialmente explosivas.
El modelo se basa en la especificación de que una red es intrínsecamente segura y no requiere de cálculos individuales de seguridad intrínseca, cuando los cuatro componentes relevantes de bus (los dispositivos de campo, cables, adaptadores y terminadores segmento de bus) caen dentro de los límites predefinidos, con lo que se refiere a la tensión, la corriente de salida, , la inductancia y la capacidad. La prueba correspondiente se puede proporcionar por la certificación de los componentes a través de las agencias de acreditación autorizadas, tales como el PTB (Alemania) o UL (EE.UU.) y otros.
Si los dispositivos aprobados por FISCO se utilizan, no sólo es posible operar más dispositivos en una sola línea, sino que además los dispositivos se pueden reemplazar en tiempo de ejecución por medio de dispositivos de otros fabricantes y la línea el se puede ampliar - todo ello sin la necesidad de que consuman mucho tiempo los cálculos o el sistema de certificación. Así que usted puede simplemente Plug & Play - incluso en áreas peligrosas! Usted sólo necesita asegurar el cumplimiento de las normas antes citadas (véase "Instrucciones de instalación para MBP) cuando se selecciona la unidad de alimentación, la longitud de línea y la terminación del bus.
La transmisión de acuerdo con MBP y el modelo FISCO se basa en los principios siguientes:
• No hay alimentación se introduce en el bus cuando una estación está enviando.
• Cada segmento tiene una sola fuente de energía la unidad de alimentación.
• Cada dispositivo de campo consume una corriente constante básica de al menos 10mA en estado estacionario.
• Los dispositivos de campo actúan como un sumidero de corriente pasiva.
• La terminación de línea pasiva se lleva a cabo en ambos extremos de la línea troncal de bus.
• Redes con topología en línea, en árbol y en estrella son compatibles.
Con la alimentación del bus, la corriente de base de al menos 10mA por dispositivo sirve para suministrar energía al dispositivo de campo. Las señales de comunicación son generadas por el dispositivo de envío, que modula ± 9 mA a la corriente de base.
Condiciones de contorno para la aplicación de FISCO
• Una sola fuente de alimentación permitida por segmento
• Todas las estaciones deben ser aprobadas de acuerdo con FISCO
• La longitud del cable no debe superar los 1000 m (clase de protección de encendido I, categoría a) / 1900 m (clase de protección de encendido I, categoría b)
• El cable debe cumplir los siguientes valores:
R' = 15 ... 150 Ω / km
L '= 0,4 ... 1mH/km
C' = 80 ... 200 nF/km
• Todas las combinaciones de fuente de alimentación y dispositivos de campo deben garantizar que las variables de entrada admisibles de cualquiera de los dispositivos de campo (Ui, Ii y Pi) deben estar por encima de, en el caso de un fallo , un máximo de variables de salida posibles y aprobadas (U0, I0 y P0; en los EE.UU.: Vmax, Imax y Pmax) de la unidad de suministro de referencia.
Ventajas para el usuario de FISCO
• Plug & Play compatible, incluso en áreas peligrosas
• No existe un sistema de certificación
• Intercambiabilidad de dispositivos o ampliación de la planta sin demora en cálculos
• Maximización del número de dispositivos conectados
El protocolo de comunicación DP (Periferia Descentralizada) ha sido diseñado para el intercambio rápido de datos a nivel de campo. Aquí es donde centrales de controladores programables, tales como autómatas programables, ordenadores o sistemas de control de procesos, se comunican con los dispositivos de campo distribuidos, tales como E / S, unidades de disco, válvulas, sensores o dispositivos de análisis, sobre una conexión serie rápida. El intercambio de datos con los dispositivos distribuidos principalmente es cíclica. Las funciones de comunicación necesarios para este se especifica a través de las funciones básicas DP (versión DP-V0). Orientada a las demandas especiales de las distintas áreas de aplicación, estas funciones básicas de DP se han ampliado paso a paso con funciones especiales, por lo que DP ya está disponible en tres versiones; DP-V0, DP-V1 y DP-V2, donde cada versión tiene sus propias características especiales clave (ver fig. 8). Esta ruptura en las versiones refleja en gran medida la secuencia cronológica de trabajo de especificación como resultado de las crecientes demandas de aplicaciones. Las versiones V0 y V1 contienen "las características" (vinculante para la aplicación) y las opciones, mientras que la versión V2 sólo especifica las opciones.
El contenido clave de las tres versiones es el siguiente:
DP-V0 proporciona la funcionalidad básica de DP, incluyendo el intercambio cíclico así como diagnósticos de estación, diagnósticos de módulo y diagnósticos de canal específico.
DP-V1 contiene mejoras orientadas hacia los procesos de automatización, en particular en la comunicación de datos acíclica para asignación de parámetros, operación, visualización y manejo de alarma de dispositivos de campo inteligentes, paralelo a comunicación cíclica de datos de usuario. Esto permite el acceso en línea a las estaciones usando herramientas de ingeniería. Además, DP-V1 define alarmas. Ejemplos de diferentes tipos de alarmas son alarma de estado, alarma de actualización y alarma específica del fabricante.
DP-V2 contiene mejoras adicionales orientadas principalmente hacia la tecnología de accionadores. Debido a las funciones adicionales, tales como modo esclavo isócrono y comunicación esclavo-esclavo (DXB, Data eXchange Broadcast) etc., el DP-V2 puede ser implementado como un controlador de bus para el manejo de secuencias rápidas de movimientos en los ejes del accionador.
Las distintas versiones de DP están especificadas en detalle en la norma IEC 61158. A continuación se explica las características fundamentales.
El controlador central (maestro)
El ciclo temporal del bus tiene que ser menor que el ciclo temporal del programa del sistema central de automatización, que es aproximadamente de 10 ms para la mayoría de las aplicaciones. Sin embargo, únicamente una transferencia de datos no es suficiente para una correcta implementación de un sistema de bus. Manejo sencillo, buenas capacidades de diagnóstico y tecnologías de transmisión a pruebas de interferencias son también factores clave. DP provee una óptima combinación de estas características (ver el sumario en tabla 6).
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Acceso al bus |
· Procedimiento de traspaso de testigos entre maestros e intercambio de datos entre maestros y esclavos · Opción de sistema de un único maestro o varios maestros · Máximo 126 estaciones en un bus, repartidos en maestros y esclavos |
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Comunicación |
· Punto a punto (comunicación de datos de usuario) o multidifusión (comandos de control) · Comunicación cíclica de datos de usuario maestro-esclavo |
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Estados de operación |
· Operativo: transmisión cíclica de datos de entrada y salida · Seguro: las entradas se leen, pero las salidas permanecen en estado a prueba de fallos · Parada: Asignación de parámetros y diagnósticos, no hay transmisión de datos de usuario |
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Sincronización |
· Los comandos de control habilitan la sincronización de entradas y salidas · Modo de sincronización: las salidas son sincronizadas · Modo de congelación: las entradas son sincronizadas |
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Funcionalidad |
· Transferencia cíclica de datos de usuario entre el maestro DP y los esclavos · Activación/desactivación dinámica de esclavos de forma individual; comprobación de la configuración de los esclavos · Potentes funciones de diagnóstico, 3 niveles de mensajes de diagnóstico · Sincronización de entradas y/o salidas · Asignación opcional de direcciones para esclavos en el bus · Máximo 244 bytes de entrada/salida por esclavo |
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Funciones de protección |
· Transmisión de mensajes con Distancia Hamming HD=4 · Control de watchdog en esclavos DP detecta fallos del maestro asignado · Protección del acceso para las salidas de los esclavos · Monitorización de las comunicaciones de datos de usuario con tiempo de monitoreo ajustable en el maestro |
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Tipos de dispositivos |
· DP maestro de clase 1 (DPM1), por ejemplo controladores programables centrales, tales como PLCs, PCs · DP maestro de clase 2 (DPM2), por ejemplo herramientas de ingeniería o diagnóstico · DP esclavo, por ejemplo dispositivos con entradas/salidas analógicas o binarias, controladoras, válvulas… |
DP sólo requiere aproximadamente 1 ms a 12 Mbit/s para la transmisión de 512 bits de entrada y 512 bits de salida de datos distribuidos entre 32 estaciones.
La figura 9 muestra los tiempos de una transmisión DP típica, dependiendo del número de estaciones y la velocidad de transmisión. Cuando se usa DP, los datos de entrada y salida se transmiten en un único ciclo de mensaje. Con DP, los datos de usuario se transmiten usando los Servicios SRD (Send and Receive Data Service, servicio de envío y recepción de datos) de la capa 2.
Las exhaustivas funciones de diagnóstico de DP posibilita la rápida localización de fallos. Los mensajes de diagnóstico son transmitidos sobre el bus y recogidos en el maestro. Esos mensajes se dividen en tres niveles:
Mensajes en la preparación general para el servicio de una estación, tales como “Sobrecalentamiento”, “Baja tensión” o “Interfaz no definida”.
Estos mensajes indican si un diagnóstico está pendiente dentro de un subdominio I/O específico de una estación (por ejemplo un módulo de 8-bits de salida).
Estos mensajes indican la causa de fallo relacionada a un bit concreto de entrada/salida (canal) tales como “Cortocircuito a la salida”.
DP soporta implementación de sistemas tanto de un único maestro como múltiples maestros. Esto aporta un alto grado de flexibilidad durante la configuración del sistema. Un máximo de 126 dispositivos (maestros o esclavos) pueden conectarse al bus. Las especificaciones para la configuración del sistema definen lo siguiente:
Cada sistema DP está compuesto por 3 tipos diferentes de dispositivos.
Es el controlador central que intercambia información cíclicamente con las estaciones distribuidas (esclavos) al ciclo de mensajes especificado. Normalmente, los dispositivos DPM1 son controladores lógicos programables (PLCs) o PCs. Un DPM1 tiene acceso activo al bus mediante el cual puede leer datos de medida (inputs) de los dispositivos de campo y escribir valores de referencia (salidas) a los actuadores en tiempos fijados. Este ciclo repetido continuamente es la base de la función de automatización.
Este tipo de dispositivos son de ingeniería, configuración o de operación. Estos se implementan durante la puesta en marcha y para mantenimiento y diagnóstico con el fin de configurar los dispositivos conectados, evaluar los valores y parámetros medidos y solicitar el estado del dispositivo.
Un esclavo es un periférico (dispositivos I/O, controladoras, HMIs, válvulas, transductores, dispositivos de análisis), el cual lee información del proceso y/o usa información de salida para intervenir en dicho proceso. Hay también dispositivos que únicamente procesan información entrante o información saliente. En el ámbito de comunicación, los esclavos son dispositivos pasivos que sólo responden a peticiones directas. Este comportamiento es simple y de implementación económica (en el caso de DP-v0 está ya implementado completamente en el hardware).
En el caso de sistemas de un único maestro, solamente un maestro está activo en el bus durante la operación del sistema de bus. La figura 10 muestra la configuración del sistema de un sistema con un solo maestro. El PLC es el componente central de control. El esclavo está acoplado de forma descentralizada al PLC a través del medio de transmisión. Esta configuración del sistema habilita el menor tiempo de ciclo en el bus.
En la operación con múltiples maestros, varios maestros están conectados a un único bus. Estos representan o subsistemas independientes, que comprende un DPM1 y sus esclavos asignados, o una configuración adicional y dispositivos de diagnóstico. Las imágenes de las entradas y salidas de los esclavos pueden leerse por todos los maestros DP, mientras que solamente un maestro DP (el DPM1 asignado en la configuración) puede escribir en las salidas.
Para asegurar un alto grado de intercambiabilidad entre dispositivos del mismo tipo, el comportamiento del sistema de DP también ha sido estandarizado. Este comportamiento está determinado principalmente por el estado de operación del DPM1.
Esto puede controlarse localmente o a través del bus usando la configuración del dispositivo. Existen tres estados principales:
No hay comunicación de datos entre el DPM1 y los esclavos.
El DPM1 lee la información de entrada de los esclavos y mantiene las salidas en un estado a prueba de fallos (salida a “0”).
El DPM1 se encuentra en la fase de transferencia de datos. En la comunicación de datos cíclica, las entradas se leen de los esclavos y la información de salida se escribe en los esclavos.
El DPM1 envía cíclicamente su estado a todos sus esclavos asignados en intervalos configurables usando un comando de multidifusión.
La reacción del sistema ante una falla durante la fase de transmisión de datos del DPM1, por ejemplo un fallo en esclavo, está determinado por el parámetro de configuración “auto clear” (entrada automática en el estado seguro).
Si este parámetro está puesto en Verdadero, el DPM1 cambia las salidas de todos los esclavos asignados a un estado a prueba de fallos el momento en el que un esclavo no es está disponible para la trasmisión de datos de usuario. El DPM1 cambia después al estado seguro.
Si este parámetro está puesto en Falso, el DPM1 mantiene su estado de operación incluso en un evento de fallo y el usuario puede controlar la reacción del sistema.
La comunicación de datos entre el DPM1 y sus esclavos asignados está controlada de forma automática por el DPM1 en una secuencia recurrente definida (ver figura 11). El usuario define las asignaciones de los esclavo(s) al DPM1 cuando configura el bus. El usuario también define qué esclavos están incluidos o excluidos en ciclo de comunicación de usuario.
La comunicación de datos entre el DPM1 y los esclavos está divido en tres fases: parametrización, configuración y transferencia de datos. Antes de que el maestro incluya un DP esclavo en la fase de transferencia datos, se inicia una comprobación durante la fase de parametrización y configuración para asegurar que los valores configurados corresponden con la configuración actual del dispositivo. Durante esta prueba, el tipo de dispositivo, formato y longitud de la información y el número de entradas y salidas deben también corresponder. Esto proporciona al usuario una protección fiable frente a errores de parametrización. Además, a la transferencia de datos de usuario, la cual es automáticamente ejecutada por el DPM1, el usuario puede también requerir que la nueva parametrización se envíe a los esclavos.
Además, a la comunicación de datos de usuario relacionada a la estación, la cual está manejada de forma automática por el DPM1, el maestro puede también enviar comandos de control a todos los esclavos o a grupos de esclavos de manera simultánea. Estos comandos de control se transmiten como comandos de multidifusión y habilitan los modos de sincronización y congelación para la sincronización controlada por eventos de los esclavos.
Los esclavos entran en el modo de sincronización cuando reciben un comando de sincronización desde los maestros asignados. Las salidas de todos los esclavos direccionados se congelan en su estado actual. Durante la subsiguiente transmisión de datos de usuario, la salida de datos se almacena en el esclavo mientras los estados de las salidas se mantienen constantes. Las salidas almacenadas no son enviadas a los puertos de salida hasta que el siguiente comando de sincronización se reciba. El modo de sincronización termina con un comando de desincronización.
De la misma forma, un comando de congelación fuerza la entrada en el modo de congelación a los esclavos direccionados. En este modo, se congela el estado de las entradas en el valor actual. La entrada de datos no se actualiza hasta que el maestro envía el siguiente comando de congelación. El modo de congelación termina con el comando de “descongelación”.
Por razones de seguridad, es necesario asegurar que DP tiene protecciones efectivas contra la incorrecta parametrización o fallo en los equipos de transmisión. Para este propósito el maestro DP y los esclavos se equipan con mecanismos de monitorización en la forma de monitores de tiempo. El intervalo de monitorización queda definido durante la configuración.
El DPM1 usa un “Data_Control_Timer” (temportizador de control de datos) para monitorizar la comunicación de los eslavos. Un temporizador independiente se emplea para cada esclavo. El monitor de tiempo se activa si no se ejecuta una transferencia de datos de usuario correctamente dentro del intervalo de monitorización. En este caso, el usuario queda notificado. Si el control automático de errores (Auto_Clear = 1) está activado, el DPM1 sale del estado de operación, cambia las salidas de los esclavos asignados al estado a prueba de errores y pasa al modo seguro.
El esclavo emplea el control por wacthdog (perro guardián) para detectar errores en el maestro o en la transmisión. Si no existe comunicación entre el maestro dentro del intervalo de control del watchdog, el esclavo cambia sus salidas al estado a prueba de fallos de manera automática.
Además, se requiere protección de acceso para las salidas de los esclavos cuando se opera en sistemas de múltiples maestros. Esto asegura que sólo el maestro autorizado tiene acceso directo. Para todos los demás maestros, los eslavos proporcionan una imagen de sus entradas que puede leerse sin los permisos de acceso.
La característica clave de la versión DP-V1 es la función extendida para comunicaciones de datos acíclicas. Esto conforma los requerimientos para la parametrización y calibración de los dispositivos de campo a través del bus durante el tiempo de ejecución y para la introducción de mensajes de alarma confirmados. De forma paralela a la comunicación de datos cíclica, pero con menor prioridad, se ejecuta la transmisión de datos acíclica. La figura 13 muestra algunos ejemplos de secuencias de comunicación. El maestro de clase 1 tiene el testigo (token) y puede enviar mensajes o recuperarlos desde el esclavo 1, esclavo 2, etc. en una secuencia fijada hasta que este alcance el último esclavo de la lista (canal MS0); éste transfiere entonces el testigo al maestro de clase 2. Este maestro puede usar el tiempo restante disponible (“gap”) del ciclo programado para iniciar una conexión acíclica a cualquier esclavo (en la figura 13 esclavo 3) para intercambiar archivos (canal MS2); al final del tiempo del ciclo actual éste devuelve el testigo al maestro de clase 1. El intercambio acíclico de archivos puede durar varios ciclos de exploración o sus “gaps”; al final, el maestro de clase 2 utiliza el “gap” para terminar la conexión. De forma similar, al igual que el maestro de clase 2, el maestro de clase 1 también puede ejecutar intercambios de datos acíclicos con los esclavos (canal MS1).
En la tabla 7 se muestran servicios adiciones disponibles.
Como una función adicional, el diagnóstico específico del dispositivo de el DP-V1 ha sido mejorado y divido en las categorías de alarmas y mensajes de estado (ver figura 12).
Esta función habilita la comunicación directa y de ahorro de tiempo entre los esclavos usando comunicaciones de difusión sin desviarse a través del maestro. En este caso el esclavo actúa como “publicador”, es decir, la respuesta del esclavo no pasa por el maestro coordinador, sino directamente a los demás esclavos involucrados en la secuencia, los llamados “subscriptores” (ver la figura 15). Esto permite a los esclavos leer datos directamente desde otros esclavos y usarlos como entradas propias. Esto abre nuevas posibilidades de aplicaciones, además de reducir los tiempos de respuesta en el bus hasta un 90%.
Esta función habilita el control de reloj síncrono en el maestro y los esclavos, con independencia de la caga del bus. Esta función permite procesos de posicionamiento de alta precisión con una desviación de reloj de menos de un microsegundo. Todos los ciclos de los dispositivos participantes están sincronizados al ciclo del maestro del bus a través de un mensaje de difusión de “control global”. Una señal especial de vida (número consecutivo) permite monitorizar la sincronización. La figura 14 muestra los tiempos disponibles para el intercambio de datos (DX, verde), acceso de un maestro de clase 2 (amarillo) y reserva (blanco). La flecha roja identifica la ruta desde la adquisición de datos actual (TI) pasando por el control (RX) hasta la referencia de la salida de datos (TO), el cual generalmente emplea dos ciclos de bus.
Esta función sincroniza todas las estaciones al tiempo del sistema con una desviación de menos de un milisegundo (un maestro en tiempo real envía una marca de tiempo a todos los esclavos sobre el nuevo servicio MS3 sin conexión). Esto permite el seguimiento con precisión de eventos. Esto es particularmente útil para la adquisición de funciones de tiempo en redes con numerosos maestros. Esto facilita el diagnóstico de fallos así como la planificación cronológica de eventos.
Esta función permite la carga de datos de cualquier tamaño en un dispositivo de campo con unos pocos comandos. Esto permite, por ejemplo, que los programas sean actualizados o que los dispositivos sean remplazados sin necesidad de procesos de carga manuales.
El servicio de invocación de funciones permite controlar (iniciar, parar, devolver, reiniciar) programas o llamadas a funciones (por ejemplo la adquisición de valores medidos) en un esclavo DP.
Cuando se direccionan datos, PROFIBUS asume que la estructura física de los esclavos es modular o puede ser estructurada internamente en unidades de funciones lógicas, también llamadas módulos. Este modelo también es usado en las funciones básicas de DP para las comunicaciones de datos cíclicas, donde cada módulo tiene un número constante de bytes de entradas/salidas que se transmiten en una posición fijada en el telegrama de usuario. El procedimiento de direccionamiento está basado en identificadores, los cuales caracterizan el tipo de módulo como entrada, salida o una combinación de ambos. Todos los identificadores combinados conforman la configuración del esclavo, que también es comprobada por el DPM1 cuando el sistema se inicia.
La comunicación acíclica de datos está también basada en este modelo. Todos los bloques de datos habilitados para el acceso de lectura/escritura también son considerados como asignados a los módulos y pueden ser direccionados usando número de slot y un índice. El número de slot direcciona al módulo y el índice direcciona el bloque da datos asignado al módulo. Cada bloque de datos puede ser de hasta 244 bytes (ver la figura 16). En el caso de dispositivos modulares, el número de slot está asignado al módulo. Los módulos comienzan en el 1 y son numerados de forma ascendente en una secuencia contigua. El número de slot 0 es para el propio dispositivo.
Los dispositivos compactos se consideran como una unidad de módulos virtuales. Estos pueden también ser direccionados con un número de slot y un índice.
A través de la especificación de la longitud en la petición de lectura/escritura también es posible leer/escribir partes del bloque de datos. Cuando el acceso al bloque de datos es satisfactorio, el esclavo envía una respuesta positiva de lectura/escritura o puede, en otro caso, ser capaz de clasificar el problema mediante su respuesta negativa.
Tabla 7: Servicios para comunicación de datos acíclica
Figura 16: Direccionando con espacio e índice
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[1] http://www.profibus.com/