5.1 PROFIdrive

El perfil PROFIdrive define el comportamiento del dispositivo y el procedimiento de acceso a la unidad de datos para las unidades eléctricas de PROFIBUS, desde convertidores de frecuencia simples hasta  servo-controles de alta dinámica.

La integración de unidades en soluciones de automatización depende en gran medida de la tarea de la unidad. Por esta razón, PROFIdrive define seis clases de aplicaciones, que abarcan la mayoría de las aplicaciones.

Con las unidades estándar (clase 1), la unidad se controla por medio de un valor de consigna principal (por ejemplo velocidad de rotación), con lo cual se lleva a cabo el control de velocidad en el controlador de la unidad.

En el caso de las unidades estándar con función tecnológica (clase 2), el proceso de automatización se divide en varios subprocesos y algunas de las funciones de automatización se desplazan desde el autómata programable central hacia los controladores de la unidad. PROFIBUS sirve como la interfaz tecnológica en este caso.

La comunicación esclavo-a-esclavo entre los controladores individuales de unidad es un requisito para esta solución.

La unidad de posicionamiento (clase 3) integra un controlador de posición adicional en la unidad, lo cual se cubrirá un espectro muy amplio de aplicaciones (por ejemplo, el giro dentro y fuera de las tapas de botellas). Las tareas de posicionamiento se pasan al controlador de la unidad a través de PROFIBUS y se inicia.

El control de movimiento central (clases 4 y 5) permite la secuencia de movimiento coordinado de varias unidades. El movimiento está controlado principalmente por un centro de control numérico (CNC). PROFIBUS sirve para cerrar el bucle de control de posición, así como sincronizar el reloj (figura 21). El concepto de control de posición (Servo Control Dinámico) de esta solución también es compatible con aplicaciones muy sofisticadas con motores lineales.

La automatización distribuida por medio de procesos sincronizados y ejes electrónicos (Clase 6) se puede implementar utilizando comunicación esclavo-esclavo y los esclavos isócronos. Ejemplos de aplicación incluyen "equivos eléctricos", "discos en curva" y "procesos sincrónicos angulares".

PROFIdrive define un modelo de dispositivo en forma de módulos funcionales que operan entre sí internamente y que reflejan la inteligencia del sistema de transmisión. Estos módulos se asignan los objetos que se describen en el perfil y define con respecto a sus funciones. La funcionalidad global de un controlador esta descrita por el conjunto de sus parámetros.

Fig. 21: PROFIdrive, positioning with central interpolation and
position control

 

En contraste con otros perfiles, PROFIdrive solo define los mecanismos de acceso a los parámetros y a un subconjunto, de aproximadamente 30 parámetros de perfil, entre los cuales se incluyen: buffer de fallos, control de controlador, identificación del conjunto de dispositivos) estos parámetros son especificaciones de fabricante que proporcionan a los fabricantes de unidades una gran flexibilidad en el control de funciones. A los elementos de un parámetro se acceden acíclicamente a través del canal de parámetros DP-V1.

PROFIdrive V3 usa la versión DP-V2 como protocolo de comunicaciones con su innovadora comunicación “esclavo a esclavo” y modo isócrono, ver capitulo 3.2.

Ambos perfiles de aplicación están disponibles en internet: “PROFIdrive Profile drive Technology”, V3, apartado 3.172

5.2 Dispositivos PA

Los dispositivos de proceso moderno son intrínsecamente inteligentes y pueden ejecutar parte del procesamiento de la información o incluso la funcionalidad global en los sistemas automatizados. Los perfiles de los dispositivos PA definen todas las funciones y parámetros para los diferentes tipos de dispositivos de proceso que son típicos para el flujo de señal -las señales de sensores de proceso a través de variables de proceso pre-procesadas que son leídas en el control del sistema junto con el estado de la variable medida-. Los diferentes pasos del procesado de la información (cadena de señal) y el estado que forma el proceso se muestran en la figura 25.

El perfil de dispositivo PA esta documentado en una parte de requerimientos generales, que contienen las especificaciones validas actualmente para todos los tipos de dispositivos y las hojas de características de dispositivos contienen las especificaciones acordadas para los tipos de dispositivos específicos. El perfil de dispositivos PA está disponible en la versión 3.0 y contiene la hoja de características de los siguientes dispositivos:

 

• Presión y presión diferencial

• Nivel, temperatura y caudal

• Entradas y salidas digitales y analógicas

• Válvulas y actuadores

• Analizadores

 

modelo de bloques:

En la ingeniería de procesos es común usar bloques para describir las características y funciones en un punto de medida o manipulación o en un punto de control y representar una aplicación automatizada mediante una combinación de esos bloques. Esta función de modelos de bloques usa las especificaciones de dispositivos PA para representar secuencias funcionales como se muestran en la figura 22.

 

[1]

Figura 22: Estructura de bloques de un dispositivo de campo (con multifuncionalidad)

 

Se usan los tres tipos de bloques siguientes:

o Bloque físico:

Un bloque físico contiene datos característicos de un dispositivo así como el nombre, fabricante, versión y numero de serie de dicho dispositivo. Solo puede haber un bloque físico por cada dispositivo.

o Bloque transductor:

Un bloque transductor contiene todos los datos requeridos por el proceso, por ejemplo una señal no acondicionada dada por un sensor para pasarlas a un bloque de función. Si no se requiere procesar la señal, el bloque transductor puede omitirse.

Los dispositivos multifuncionales con dos o mas sensores que tienen un numero correspondiente de bloques transductores.

o Bloque de función:

Un bloque de función contiene todos los datos para el procesado final de un valor medido antes de transmitirlo al sistema de control, o a otro lugar, para el procesado de configuración antes de la configuración del proceso.

Se dispone de los siguientes tipos de bloques de funciones:

 Bloque de entrada analógica:

Un bloque de entrada analógica proporciona el valor medido desde el sensor (o bloque transductor) al sistema de control.

 Bloque de salida analógica:

Un bloque de salida analógica proporciona al dispositivo el valor especificado por el sistema de control.
 

 Entrada digital:

Una entrada digital proporciona al sistema de control un valor digital desde el dispositivo.

 Salida digital:

Una salida digital proporciona al dispositivo un valor especificado por el sistema de control.

Los bloques son implementados por los fabricantes como software en los dispositivos de campo que tomados como un todo, representa la funcionalidad del dispositivo. Por regla general, varios bloques trabajan juntos en una aplicación, ver figura 22, en conjunto forma un bloque simplificado de un dispositivo de campo multifuncional.
La configuración corresponde a la división de una cadena de señal en dos subprocesos: 

La funcionalidad del primer subproceso “medida/acción principal” (figura 25- calibración, linealización, escalado) es el bloque transductor, la funcionalidad del segundo subproceso “valor medido pre-procesado/configuración post-procesada” (figura 21- filtro, control del limite del valor, comportamiento “fail-safe”,  selección de modo de operación) es el bloque de función.

Especificaciones en el perfil de dispositivo PA

Solo es posible mostrar una selección de especificaciones resumidas. Para más detalles ver “PROFIBUS PA” (ch. diedrich/ th. Bangemann, oldenbourg-industrieverlag)

Ilustración de la cadena de señal:
El perfil de dispositivo PA especifica las funciones y parámetros que son relativos a cada paso de la cadena de señal, como se muestra en la figura 25 por ejemplo; la figura 23 y la tabla 9 proporcionan detalles del paso de calibración y la figura 24 muestra el paso de comprobación de la limitación del valor:

parametro	descripción de parámetro
LEVEL_HI	Rango de medida de nivel de llenado
LEVEL_LO	Rango de medida de nivel de llenado
CAL_POINT_HI	Selección del rango del sensor que esta midiendo con el rango de nivel que corresponda
CAL_POINT_LO	Selección del rango del sensor que esta midiendo con el rango de nivel que corresponda

Tabla 9: parámetros para la función de calibración.

[2]

Figura 23: especificación de la función de calibración

[3]

Figura 24: especificación del chequeo de la función de limitación de valor.

[4]

Figura 25: cadena de señal en el perfil de dispositivo PA

 

Parámetros de direccionamiento

Los bloques son determinados por el valor de su comienzo de dirección y sus parámetros a través de un índice relativo sin bloque; como regla general, pueden ser seleccionados libremente por el fabricante del dispositivo. Para acceder a los parámetros (por ejemplo usando una herramienta operadora) la estructura del bloque de especificaciones del dispositivo es almacenada en el directorio del dispositivo.

 

 

Conjunto de parámetros de proceso por lotes

​
Para la implementación de dispositivos de campo en lotes de procesos, el perfil permite almacenar varios juegos de parámetros incluso durante la fase de puesta en marcha. Entonces, el lote de procesos actual será cambiado al juego de parámetros asignado durante el tiempo de ejecución.

 

Dispositivos modulares

Con PROFIBUS,  como distinción, es hacer dispositivos compactos pero modulares, donde un bloque de función es un modulo en este contexto. El perfil de dispositivo PA ofrece una selección de bloques de funciones para este propósito. Los dispositivos con una modularidad configurada son descritos como dispositivos multi-variable.

 

Dispositivos con varias variables de proceso

Los dispositivos de procesos hacen que aumenten cada vez más las ofertas de diferentes variables de procesos, por ejemplo usando varios sensores o en la forma de variables derivadas. Esto es puesto en una cuenta dentro del perfil del bloque transductor para diferenciar entre valor primario y valor secundario.

Chequeo de la limitación del valor

Parte de la información de procesamiento transferida al dispositivo es la comprobación del límite del valor. Para este propósito los dispositivos PA ofrecen el correspondiente mecanismo para señales, disponiendo de avisos o alarmas cuando los límites se han excedido o han caído (ver figura 24).

Valor de estado

El artículo de información del valor de estado es añadido al valor medido el cual define un nivel de calidad del valor medido. Hay tres niveles de calidad: mala, incierta y buena, y como información adicional es proporcionada en un sub-estado que está asignado a cada nivel de calidad.

Comportamiento “fail-safe”

El perfil de dispositivo PA también da características “fail-safe”. Si ocurre algún fallo en la cadena de medida, la salida del dispositivo es fijada para un valor elegido por el usuario. Los usuarios pueden seleccionar entre tres diferentes comportamientos “fail-safe”. Para mas información, véase la guía de PROFIBUS (“profiles for process control devices” articulo nº 3042).

 

5.3 Capacidad de Flujo

Este perfil describe el intercambio de formatos de datos y parámetros de válvulas proporcionales, bombas hidrostáticas y otras unidades, y esta estrechamente basado en las definiciones de PROFIdrive. Para el abastecimiento de parámetros de los dispositivos no son usados ni un canal de parámetros en DP-V0 ni una comunicación acíclica a través de DP-V1.

Para más información, ver la guía de PROFIBUS “Profile Fluid Power Technology” orden nº 3112.

5.4 Dispositivos SEMI

Algunos tipos de dispositivos usados en automatización de procesos son, junto con otros, aplicados en la fabricación de semiconductores, así como caudalímetros y bombas de vacío.

La organización internacional de materiales y equipamientos semiconductores especifica un estándar de  dispositivo específico (SECS, Semiconductor Equipment Communication Standard, equipamiento semiconductor de comunicación estándar)  con los que el perfil de aplicación PROFIBUS es compatible.

SEMI se estructura en 4 partes (definiciones generales, controladores de caudal de masas,  indicadores de presiones de vacío y bombas de vacío)

5.5 Perfiles de Sistemas de Identificación

un perfil de sistema de identificación es un perfil para lectores de códigos de barras y sistemas transponedores, ident system esta destinado principalmente para extender la funcionalidad de DP-V1. Mientras se esté usando el canal  de transmisión de datos cíclico para pequeños volúmenes de datos (transmisión de información sobre el estado o el control), el canal aciclico se encarga de la transmisión de grandes volúmenes de datos que provienen del lector de códigos de barras o del transponedor. La definición del bloque de función estándar ha facilitado el uso de estos sistemas y allana el camino para las aplicaciones abiertas en cuanto estándares se refiere, como por ejemplo: ISO/IEC 15962 y ISO/IEC 18000.

5.6 Entradas/Salidas remotas para PA

Debido a su gran diseño modular, los dispositivos de entrada/salida remotas son difíciles de adaptar al modelo ideal de dispositivo PA. Por esta razón, han tenido un lugar especial en el campo de distribución de procesos automáticos. Además, la sensibilidad económica también influye fuertemente en la configuración de los dispositivos seleccionados (módulos, bloques…), fuentes (memoria, archivos,...) y funciones (acceso acíclico). Por esta razón, un modelo simplificado de dispositivos ha sido definido y la cuantización de marcos restringida. El objetivo es ofrecer el máximo apoyo en la base de intercambios cíclicos de formatos de datos.