PROFINET: el estándar de comunicación seguro para las redes industriales

Principios básicos de PROFINET

Con PROFINET, se pueden implantar soluciones de automatización en el ámbito de la automatización de fábricas, de procesos y de edificios. Además, se utilizan este tipo de soluciones tanto en las aplicaciones relacionadas con la seguridad y en toda la gama de productos de tecnología de actuadores, como en el control de movimientos isócronos.

El estándar abierto Ethernet industrial

PROFINET (Process Field Network) es un estándar de comunicación basado en Ethernet industrial con un amplio espectro de aplicación. El bus de campo utiliza estándares TCP/IP e IT, funciona en tiempo real y permite la integración de sistemas de bus de campo. PROFINET ha sido desarrollado por Siemens y por las empresas pertenecientes a la asociación de usuarios de PROFIBUS (PNO), y se utiliza en combinación con los sistemas de control de Siemens.PROFINET se ha estandarizado con respecto a las normas IEC 61158 e IEC 61784 y, como tecnología de comunicación universal, cubre todas las necesidades dentro de la tecnología de automatización.

La compatibilidad de los equipos PROFINET en todo el mundo está garantizada por una certificación expedida por la asociación de usuarios PNO.

¿Por qué PROFINET es la elección correcta para la automatización de su instalación?

Gracias a su comunicación continua, basada en Ethernet, PROFINET cumple con los requisitos más variados. Desde la parametrización de grandes volúmenes de datos hasta la transferencia extremadamente rápida de datos de E/S: PROFINET permite una automatización en tiempo real y una integración IT con un solo sistema. A través de su diseño modular, el usuario podrá seleccionar un paquete PROFINET específico personalizado (perfil de aplicación) e implantarlo en su instalación.

La arquitectura abierta de PROFINET permite, además, una integración sencilla y fluida de soluciones de campo establecidas, por ejemplo mediante el uso de proxys y pasarelas. PROFINET ofrece adicionalmente conceptos de diagnóstico para equipos de campo y redes de trabajo. A ese respecto, los datos de diagnóstico acíclicos ofrecen información importante acerca del estado de los equipos PROFINET y sus comunicaciones, y permiten representar su interconexión de forma intuitiva para el usuario.

La gama de funciones de PROFINET

Para poder satisfacer las diferentes necesidades de los sistemas de automatización, se definieron en PROFINET cuatro Conformance Classes (CC) interrelacionadas entre sí, con unas gamas de funciones destinadas a los ámbitos de aplicación más comunes. Todas ellas reúnen unas características básicas orientadas a su aplicación:

• CC-A incluye las funciones básicas y está orientada, por ejemplo, al uso en la automatización de edificios
• CC-B amplía la gama de funciones con el diagnóstico de red y la información sobre la topología; en el caso de la clase CC-B(PA) para la automatización de procesos se incluyen funciones relevantes como, por ejemplo, la redundancia y la «Dynamic Reconfiguration» (cambios en la configuración del controlador durante el funcionamiento)
• CC-C es otra ampliación para llevar a cabo una comunicación IRT (isócrona en tiempo real), por tanto es la base de las aplicaciones isócronas
• CC-D amplía la clase C con la diferencia de que estos servicios se prestan a través de los mecanismos de los estándares TSN (Time-Sensitive Networking) definidos por el IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos)

La estructura del protocolo de comunicación

PROFINET reduce el conocido modelo OSI de 7 capas a un modelo TCP/IP de solo 4 capas. De ese modo, PROFINET utiliza el protocolo TCP/IP para el transporte de datos, al igual que otras tecnologías de comunicación basadas en Ethernet. Las cuatro capas específicas del modelo TCP/IP son: enlace de datos, internet, transporte y aplicaciones.

Transferencia de datos y topología de PROFINET

Intercambio de datos y funcionamiento en tiempo real

Para el intercambio de datos entre los participantes de la red, PROFINET se adhiere al principio del proveedor/consumidor. Quiere decir que tanto el controlador como el equipo de campo (dispositivo de E/S) envían sus propios datos cíclicos de forma autónoma siempre que deben hacerlo debido a una solicitud o a una avería. Además, existe la posibilidad de realizar una solicitud programada, por ejemplo haciendo que se envíen los datos automáticamente cada x milisegundos.

Para poder cumplir con los estrictos requisitos en tiempo real, PROFINET ofrece los correspondientes mecanismos, que permiten una comunicación en paralelo tanto estándar como en tiempo real. Por eso la comunicación con PROFINET se puede escalar mediante tres niveles de rendimiento interrelacionados entre sí:

• La transferencia de datos de diseño e independientes del tiempo se produce a través de TCP/IP. Esta comunicación estándar es posible entre todos los equipos de automatización.
• Para la transferencia de datos de proceso está disponible el canal en tiempo real RT (Real-Time).
• Para aplicaciones isócronas como el control de movimiento (Motion Control), se utiliza la comunicación isócrona en tiempo real (IRT), que ofrece una exactitud de 1 μs e inferior en la fluctuación del retardo (jitter) con una frecuencia de ciclo inferior a 1 milisegundo.

Topología de red

PROFINET ofrece una topología de red flexible que permite cumplir perfectamente con los requisitos referentes al alcance geográfico y la disponibilidad, pudiendo así adaptarse sin problemas a las particularidades de la instalación. Es compatible con las topologías:

• Lineal, que conecta sobre el terreno a los dispositivos terminales más importantes con switchs integrados
• En estrella, con un interruptor central principalmente instalado en un armario eléctrico
• En anillo, principalmente para la redundancia de medios, y
• En árbol, como combinación de las topologías anteriores

Tecnología de conexión

La conexión de los equipos PROFINET se produce exclusivamente mediante switchs. Para que la instalación resulte sencilla y económica,, muchos de los equipos PROFINET llevan ya integrado en la red un switch con 2 o más puertos como componentes. Como medio de transferencia se pueden utilizar cables de fibra óptica o de cobre.

Puesto que PROFINET utiliza la misma interface física que Ethernet, se pueden usar switchs Ethernet estándar y un cableado adecuado para crear o para ampliar una red.

Estructura del sistema PROFINET-IO

La red PROFINET-IO (Input/Output) consta de tres componentes de sistema (categorías de equipo). Está el controlador de E/S, que inicia el intercambio de información y lo administra a través de un controlador lógico programable (PLC). El dispositivo de E/S, que está asignado a un controlador de E/S (un equipo de E/S asignado de forma descentralizada) y el supervisor de E/S (dispositivo programador o PG, un ordenador personal o PC o una interface hombre-máquina o MHI), que permite la configuración y diagnóstico de una red PROFINET-IO.

PROFINET: Un desarrollo posterior de PROFIBUS

PROFIBUS es un sistema de bus de campo consolidado que se basa en la comunicación en serie. En cambio, PROFINET es un desarrollo posterior de PROFIBUS, y engloba aplicaciones adicionales basadas en Ethernet industrial.

El desarrollo de PROFINET se definió mediante el número de participantes en la red, el uso de un cable de Ethernet industrial, la velocidad de transferencia, el tamaño de los paquetes de datos y la posible coexistencia con otros protocolos que aceptan PROFINET.

Puesto que ambos estándares de comunicación han sido desarrollados y mantenidos por la misma organización, existen similitudes en los conceptos de diseño y en el uso de datos GSD (General Station Description) para la descripción de las propiedades y funciones de los equipos PROFINET, incluyendo sus módulos y submódulos.

Las competencias de Bürkert

Desde hace varios años somos su socio de confianza dentro de la industria, y le ofrecemos soluciones tecnológicas de alto valor cualitativo. Esto también se puede aplicar al ámbito de la tecnología de automatización. Un componente esencial de los modernos conceptos de automatización es la comunicación digital. Por esta razón, expertos internos prueban cada uno de nuestros productos con el protocolo PROFINET-IO y realizan una certificación previa a la que realiza la asociación de usuarios PNO. La certificación principal de los productos PROFINET-IO garantiza, por tanto, una compatibilidad global. Bürkert pertenece a la PNO desde hace muchos años

Para poder ayudarle de mejor manera posible en la automatización de sus plantas de producción, le ofrecemos el protocolo de comunicación PROFINET-IO en muchas de nuestras aplicaciones y productos.

Ejemplos de aplicación con PROFINET

Los productos Bürkert con PROFINET IO se encuentran mayoritariamente en la automatización de procesos, donde se utilizan para controlar y regular fluidos (gases, líquidos), si bien cada vez se usan en otros ámbitos como:

• Alimentación de gases de combustión
•  Las instalaciones de proceso para la fabricación de productos alimentarios y la industria de las bebidas, además de las centrales lecheras
•  Automatización y control para el tratamiento de aguas/aguas residuales

Our PROFINET-compatible products

Regulador de posición digital electroneumático para una instalación integrada en válvulas reguladoras de proceso

Tipo 8692

• Diseño compacto y robusto en acero inoxidable
• Sencilla puesta en marcha con función X-Tune automática
• Sistema de detección de posición sin contacto
• Circulación integrada de aire de control y ventilación de la cámara de resortes
• EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 o bus de sistema de Bürkert (büS)

Regulador de posición digital electroneumático para una instalación integrada en válvulas reguladoras de proceso

Tipo 8693

• Diseño compacto y robusto en acero inoxidable
• Sencilla puesta en marcha gracias a su función Tune (ajuste) para reguladores de posición y de proceso
• Sistema de detección de posición sin contacto
• Circulación integrada de aire de control y ventilación de la cámara de resortes
• PROFIBUS DP-V1, EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP o büS (Bürkert System Bus)

Posicionador electroneumático digital SideControl

Tipo 8792

• Diseño robusto y compacto
• Puesta en marcha sencilla gracias a su función Tune
• Funciones de diagnóstico integradas para la monitorización de las válvulas
• Sistema de posicionamiento dinámico sin consumo de aire en estado regulado
• EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 o bus de sistema de Bürkert (büS)

Regulador de proceso digital electroneumático SideControl

Tipo 8793

• Diseño robusto y compacto
• Puesta en marcha a través de la función Tune (ajuste) de los reguladores de posición y de proceso
• Funciones de diagnóstico integradas para la monitorización de las válvulas
• Sistema de posicionamiento dinámico sin consumo de aire en estado regulado
• EtherNet/IP, PROFINET, Modbus TCP, PROFIBUS DP-V1 o bus de sistema de Bürkert (büS)

Caudalímetro SAW FLOWave

Tipo 8098

• Sin ninguna pieza en el tubo medidor
• Conforme a las exigencias higiénicas de sistemas CIP/SIP
• Ideal para líquidos con conductividad baja o nula
• Comunicación analógica, parametrización a través del software Communicator, pantalla y Wi-Fi
• Compacto, ligero y con consumo energético reducido

Controlador de caudal másico (MFC)/medidor de caudal másico (MFM) para gases

Tipo 8745

• Rangos de caudal nominal de 20 lN/min a 2500 lN/min
• Gran precisión y repetibilidad
• Comunicación por señal estándar o Ethernet industrial
• Disponibles accionamientos de válvula electromagnético y con motor eléctrico
• Sustitución de dispositivos más sencilla gracias a la memoria de configuración

AirLINE: isla de válvulas optimizada para automatización de procesos

Tipo 8652

• Posibilidad de desconexión de seguridad de las válvulas
• Fácil diagnóstico mediante la pantalla LCD
• Seguridad en los procesos gracias a las funciones neumáticas
• Optimizado para montaje en parte inferior de armarios eléctricos
• Versiones protegidas frente a explosiones de acuerdo con la normativa ATEX/IECEx zona 2

Sistema de automatización electroneumático AirLINE SP

Tipo 8647

• Conexión directa con sistemas E/S SIMATIC ET 200SP y ET 200SP HA
• Se puede integrar completamente en un sistema de control de procesos PCS 7
• Combinación de bus de campo, válvula de pilotaje y módulos de E/S
• Diagnóstico sencillo a través de una pantalla LCD
• Posibilidad de cierre de seguridad de las válvulas