3.1.1 Tecnología de Transmisión RS485

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.

3.1.2 Transmisión de acuerdo con MBP

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).

3.1.3 Tecnología de transmisión de fibra óptica

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.

3.1.4 El modelo FISCO

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