PROFIBUS: Qué es y cómo funciona

El protocolo de comunicación de red digital PROFIBUS se ha convertido en poco tiempo en un elemento esencial para una gran variedad de sectores industriales. Su enfoque en la experiencia del usuario, la robustez y la tecnología avanzada se llevan la mayor parte del mérito.

Este artículo contiene todo lo que necesitas saber sobre el protocolo de comunicación PROFIBUS.

¿Qué es PROFIBUS?

PROFIBUS es un estándar de red digital de campo abierto (bus de campo) que se encarga de la comunicación entre los sensores de campo y el sistema de control o los controladores. Es importante conocer que PROFIBUS son las siglas de Process Field Bus.

La primera idea durante su desarrollo fue la de implementar soluciones PROFIBUS en industrias de automatización de fábricas, luego en industrias de procesos, fabricación, etc. Esta red de comunicación es adecuada tanto para aplicaciones rápidas y sensibles como para tareas de comunicación complejas.

En todo el mundo, los usuarios pueden utilizar como referencia un protocolo estándar internacional, cuyo desarrollo tiene como objetivo reducir los costes, ganar flexibilidad, confianza, orientación al futuro, adaptarse a las más variadas aplicaciones, interfuncionalidad y múltiples proveedores.

En cuanto al desarrollo,  la tecnología Process Field Bus es estable y está en constante evolución de desarrollo. Las empresas miembros de PROFIBUS International se reúnen constantemente en grupos de trabajo enfocados en las nuevas demandas del mercado, asegurando nuevos beneficios con la aparición de nuevas características.

Cómo funciona PROFIBUS

La tecnología de la información desempeñó un papel decisivo en el desarrollo de la automatización industrial y cambió las jerarquías y estructuras de las empresas. En la actualidad, ha llegado al entorno industrial y a sus diversos sectores, desde las industrias de proceso y fabricación hasta los edificios y sistemas logísticos.

La posibilidad de comunicación entre los dispositivos y el uso de mecanismos estandarizados, abiertos y flexibles son componentes esenciales del concepto de automatización actual. La comunicación se expande rápidamente en la dirección horizontal a nivel de campo, así como en la dirección vertical integrando todos los niveles jerárquicos de un sistema de automatización.

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De acuerdo con las características de la aplicación y el coste máximo a alcanzar, una combinación gradual de diferentes sistemas de redes de comunicación industrial como Ethernet Industrial, PROFIBUS y AS-Interface son las condiciones de red abierta ideales para los procesos industriales.

En cuanto a los actuadores/sensores, el AS-Interface es el sistema de comunicación de datos perfecto, ya que las señales de datos binarias se transmiten a través de un bus de datos extremadamente sencillo y de bajo coste, junto con la fuente de alimentación de 24Vdc necesaria para alimentar dichos sensores y actuadores.

Otra característica importante es que los datos se transmiten en ciclos, de forma muy eficiente y rápida.

A nivel de campo, los periféricos distribuidos, como módulos de E/S, transductores, accionamientos, válvulas y paneles de operación funcionan en los sistemas de automatización, a través de un eficiente sistema de comunicación en tiempo real, el PROFIBUS DP o PA.

La transmisión de datos de proceso se realiza en ciclos, mientras que las alarmas, los parámetros y los diagnósticos se transmiten sólo cuando es necesario, de forma no cíclica.

En lo que respecta a las células, los controladores programables como los PLC y los ordenadores de ingeniería necesitan comunicarse entre sí,  por lo tanto requieren que se transfiera un gran paquete de datos en varias y potentes funciones de comunicación.

Además, la integración eficiente en los sistemas de comunicación corporativos existentes, como Intranet, Internet y Ethernet es absolutamente obligatoria. Esta necesidad se satisface mediante el protocolo PROFINET.

La revolución de la comunicación industrial en la tecnología juega un papel fundamental en la optimización de los sistemas de proceso y ha hecho una valiosa contribución para mejorar el uso de los recursos.

Tipos de PROFIBUS

En un principio, el grupo de trabajo desarrolló PROFIBUS FMS (Fieldbus Message Specification). Se trataba de un protocolo complejo que ya no se utiliza en la actualidad. Después, trabajaron para crear el protocolo PROFIBUS DP (Periféricos Descentralizados) y en 1998 se lanzó PROFIBUS PA (Automatización de Procesos).

PROFIBUS, en su arquitectura, se divide en tres tipos principales:

PROFIBUS FMS

Ofrece al usuario una amplia selección de funciones en comparación con otras variantes. Es la solución en el estándar de comunicación universal que puede utilizarse para resolver tareas de comunicación complejas entre los PLC y los DCS.

Esta variante soporta la comunicación entre sistemas de automatización, además del intercambio de datos entre equipos inteligentes, generalmente utilizados en el nivel de control. Recientemente, como su función principal es la comunicación entre equipos, está siendo sustituida por el protocolo Ethernet Industrial.

PROFIBUS DP

Es la solución de alta velocidad. Fue desarrollado específicamente para la comunicación entre los sistemas de automatización y los equipos descentralizados. Es aplicable en sistemas de control donde se enfatiza el acceso a dispositivos distribuidos de E/S y sustituye a los sistemas convencionales de 4 a 20 mA, HART o en transmisiones de 24 voltios.

Utiliza la interfaz estándar de la capa física de comunicación RS-485 o fibra óptica. Requiere menos de dos minutos para transmitir 1 Kbyte de E/S y se utiliza principalmente en sistemas de automatización industrial.

En la actualidad, el 90 por ciento de las aplicaciones en las que interviene PROFIBUS utilizan el PROFIBUS DP. Esta variante está disponible en tres versiones: DP-V0 (1993), DP-V1 (1997) y DP-V2 (2002). El origen de cada versión ha sido producido por el avance tecnológico y la creciente demanda de las aplicaciones.

PROFIBUS PA

Cumple con los requisitos de la automatización industrial, donde los sistemas de automatización y los sistemas de control de procesos se conectan con los equipos de campo, como transmisores de presión y temperatura, convertidores, posicionadores, etc. También puede sustituir el estándar de 4 a 20 mA.

Existen ventajas potenciales para el uso de esta tecnología, que conlleva ventajas funcionales como la transmisión de información confiable, manejo de estados variables, sistemas de seguridad de fallas, y la característica de equipo de auto-diagnóstico, medición con alta resolución, integración con control de alta velocidad, etc.

Además de las ventajas económicas propias de las instalaciones (reducción de costes hasta un 40% comparable a los sistemas convencionales en algunos casos), reducción de los costes de mantenimiento (hasta un 25 %. frente a los sistemas convencionales), menor tiempo de puesta en marcha, ofrece un aumento significativo de la funcionalidad y la seguridad.

PROFIBUS PA permite la medición y el control a través de una línea y dos cables individuales. También alimenta los equipos de campo en zonas intrínsecamente seguras. Permite el mantenimiento y la conexión/desconexión de los equipos incluso durante el funcionamiento sin interferir en otras estaciones en zonas.

Ha sido desarrollado en colaboración con la industria de control y procesos (NAMUR), en cumplimiento de los requisitos especiales de esta área de aplicación:

• El perfil de aplicación original para la automatización de procesos y la compatibilidad de equipos de campo de diferentes fabricantes.
• Adición y eliminación de estaciones de bus incluso en áreas intrínsecas sin afectar a otras estaciones.
• Una comunicación transparente a través de los acopladores del segmento entre el bus de automatización PROFIBUS PA y el bus de automatización industrial PROFIBUS DP.
• Transmisión de potencia y datos en el mismo par de cables basado en la tecnología IEC 61158-2.
• Uso en áreas potencialmente peligrosas con pantalla de protección a prueba de explosiones «intrínsecamente segura» o «intrínsecamente insegura».

La conexión de los transmisores, convertidores y posicionadores en una red PROFIBUS DP se realiza mediante un acoplador DP/PA.

El cable de par trenzado se utiliza como fuente de alimentación y comunicación de datos para cada equipo, lo que facilita la instalación y reduce el coste del hardware, lo que se traduce en un menor tiempo de puesta en marcha, un mantenimiento sin problemas, un bajo coste de software de ingeniería y un funcionamiento altamente fiable.

Todas las variantes de PROFIBUS se basan en el modelo de comunicación de red OSI (Open System Interconnection), de acuerdo con la norma internacional ISO 7498. Pero esto ya lo dejamos para otro artículo.