Todo lo que necesita saber sobre una red PROFIBUS y cómo utilizarla con servicios IIoT

PROFIBUS es una red digital diseñada para garantizar la comunicación entre los sensores de campo con el sistema de control o con los distintos controladores. La idea inicial durante su desarrollo era que las soluciones PROFIBUS se aplicaran primero en la automatización de fábricas y, posteriormente, en industrias de procesos, fabricación y otros sectores.

Al principio, el grupo de interés desarrolló PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Se trataba un protocolo complejo que ya no se utiliza hoy en día. Posteriormente crearon el protocolo PROFIBUS DP (Decentralised Peripherals, Periféricos Descentralizados) y en 1998 se lanzó PROFIBUS PA (Process Automation, Automatización de Procesos).

Hoy en día, cuando hablamos de PROFIBUS, distinguimos entre PROFIBUS DP y PROFIBUS PA. Además, también se ha desarrollado PROFINET, una tecnología basada en Ethernet que ya se ha implementado ampliamente en múltiples áreas y aplicaciones.

Como ya se ha mencionado, en el mercado encontrará PROFIBUS DP y PROFIBUS PA. Veamos ahora cómo funcionan PROFIBUS DP y PA y en qué aplicaciones se utilizan con más frecuencia.

La red PROFIBUS DP se desarrolló como una solución rápida basada en una capa física RS485 y la norma europea EN-50170. La capa física no tiene por qué ser de cobre: también puede ser inalámbrica o de fibra óptica. El nombre de PROFIBUS DP hace referencia a "periferia descentralizada". Se refiere a las conexiones de E/S, que utilizan una comunicación serie de alta velocidad completamente descentralizada para conectarse a un controlador central.

También es importante señalar que el protocolo PROFIBUS DP se fundamenta en el modelo de Interconexión de Sistemas Abiertos (OSI), definido por la norma ISO 7498, y que cada una de sus capas cumple funciones específicas. La red PROFIBUS DP es una red multimaestro basada en token, lo que significa que, cuando existen dos o más maestros en el sistema, el token que otorga el derecho a comunicarse con los equipos de campo se va transfiriendo entre ellos, de modo que cada maestro dispone de una parte del tiempo de comunicación.

Hay dos clases de maestro. Master Class 01 transmite información cíclica para controlar el proceso. Master Class 02 (opcional) transmite información acíclica y se utiliza en los diagnósticos, las alarmas y la configuración de equipos. En cuanto a la velocidad, la red funciona a 9,6 kbp/s hasta 12 Mbp/s en un sistema de 100 a 1000 metros. En cuanto a la topología, las redes PROFIBUS DP son lineales y se utilizan puertas de enlace, repetidores y terminadores. Por último, las redes DP pueden incluir un perfil ProfiSafe y utilizarse en aplicaciones de seguridad SIL3.

Inicialmente, el protocolo PROFIBUS PA se desarrolló como una evolución de la comunicación HART. Está diseñado para aplicaciones de campo en las que se precisa que exista una comunicación entre los instrumentos de medida y el sistema de control. PROFIBUS PA utiliza pares trenzados apantallados tanto para la alimentación como para la transmisión de datos. Su estructura física de red cumple la norma IEC-61158-2 y la velocidad de transmisión de datos en la red es de 31,25 kbit/s. En realidad, es prácticamente idéntico a FOUNDATION Fieldbus H1: ambos se basan en la misma norma.

En el momento de su desarrollo, 31,25 kbit/s era más que suficiente (y sigue siéndolo) para el tipo de información que envían y reciben los instrumentos de campo. Los equipos PROFIBUS PA no se conectan directamente al controlador. En su lugar, se integran en la red PROFIBUS DP, que opera a mayor velocidad, y se accede a ellos a través de un acoplador o enlace. Este acoplador/enlace actúa como interfaz de red y, además, suministra la alimentación al bus.

Los equipos PROFIBUS PA no se conectan directamente al controlador. En su lugar, se integran en la red PROFIBUS DP, que opera a mayor velocidad, y se accede a ellos a través de un acoplador o enlace. Este acoplador/enlace actúa como interfaz de red y, además, suministra la alimentación al bus. Lo mejor de las redes PA es que pueden diseñarse para ser intrínsecamente seguras, lo que permite que los instrumentos conectados puedan operar en áreas de peligro.

Por lo general, un bus intrínsecamente seguro admite menos equipos que una red convencional, si bien depende de varios factores que determinan el número óptimo de equipos en cada caso. Se trata, por ejemplo, de la corriente de consumo de los instrumentos, la longitud del bus, el tipo de cable, etc.

Es importante señalar que en este artículo no profundizaremos en PROFINET, ya que, aunque también está mantenido por el grupo de interés PROFIBUS, se trata de un protocolo distinto.

Podemos decir que PROFINET puede considerarse una evolución del protocolo PROFIBUS. Hoy en día, en la industria se utilizan protocolos basados en Ethernet (IEEE 802.3) y en el modelo OSI. PROFINET puede aplicarse desde los niveles de control hasta la comunicación en campo, proporcionando una red uniforme y vertical, además de incorporar todas las ventajas de las tecnologías de la información en las áreas de producción de la empresa.

Actualmente, numerosos fabricantes ya ofrecen instrumentos de campo con un protocolo nativo basado en Ethernet. Otra ventaja que ofrece su adopción es que este tipo de protocolo resulta sencillo de implementar, ya que se apoya en un modelo ampliamente conocido y requiere una infraestructura de bajo coste. PROFINET no debe considerarse como PROFIBUS Ethernet PROFINET es un estándar abierto basado en Ethernet y una evolución del protocolo PROFIBUS.

Una ventaja significativa de PROFINET es su coexistencia nativa con TCP/IP, lo que aporta ventajas adicionales. Todos los equipos se integran en una única red en la que se llevan a cabo las funciones de control, diagnóstico y otras tareas relacionadas. Normalmente no se necesitan puertas de enlace. La normativa permite construir la red de muchas formas distintas, por ejemplo, en anillo, línea, árbol, estrella, etc. PROFINET funciona a velocidades de hasta 1.000 megabits por segundo, y los cables pueden tener hasta 100 metros de longitud. Gracias a su funcionamiento a alta velocidad, ofrece un tiempo de respuesta inferior a 1 milisegundo.

Cuando hablamos de PROFIBUS, nos referimos a un protocolo de comunicación digital tradicional y ampliamente reconocido, que se ha implantado en numerosas industrias y aplicaciones. Este protocolo se basa en la comunicación serie y ha aportado numerosas ventajas a la industria.

PROFINET es un protocolo basado en Ethernet Industrial. PROFINET permite una comunicación más rápida y ofrece un mayor ancho de banda. Esto significa que un mensaje intercambiado en una red PROFINET puede transportar mucha más información que un mensaje en PROFIBUS.

A continuación encontrará una tabla de PROFIBUS International en la que se comparan ambas opciones:

Es una de las mejores soluciones disponibles. Sin embargo, sigue siendo fundamental analizar los requisitos de su aplicación para seleccionar el protocolo de comunicación más adecuado para su planta.

PROFIBUS y PROFINET International es una gran comunidad de automatización presente en diferentes partes del mundo. Son responsables de PROFIBUS y PROFINET, dos de los protocolos de comunicación más relevantes del mercado. La organización está trabajando para reducir la brecha de conocimiento sobre el protocolo de campo en las distintas industrias. Organizan actos para hablar de la tecnología y acercar los conocimientos a los usuarios finales.

Algunos usuarios de PROFIBUS implementan la red como si fuera un sistema de 4–20 mA. Sin embargo, es posible aprovechar los datos disponibles en la propia red para entender qué está ocurriendo y actuar antes de que se produzca un problema.

La monitorización tradicional puede resultar bastante compleja en algunos casos. Ahora, los servicios IIoT permiten monitorizar fácilmente el estado de los equipos y acceder rápidamente a la información y los documentos de las bases de datos, incluso de forma remota.

Para recopilar la información de diagnóstico y estado del campo, es necesario disponer de la denominada puerta de campo. Un buen ejemplo es el Fieldgate SFG500. Funcionará como un maestro DP de Clase 02, recopilando todos los datos de los equipos de campo. A continuación, la puerta de campo se conecta a un dispositivo edge, como FieldEdge SGC500.

Toda la información de los equipos se transfiere a la nube utilizando un entorno seguro. Aquí puede utilizar distintos tipos de servicios IIoT, como Netilion Health para monitorizar el estado de salud de los equipos de campo.

Y, a la vez, también puede disponer de Netilion Library para organizar toda la documentación sobre sus equipo de campo, como, por ejemplo, manuales técnicos, informes de calibración, etc.

Por último, pero no menos importante, podrá ejercer un mejor control sobre su base instalada. Netilion Analytics, junto con el dispositivo edge, genera un gemelo digital de su equipo, proporcionando información completa sobre la base instalada, incluyendo tipo de dispositivos, proveedores, criticidad, obsolescencia y muchos otros datos.