ArtículosMirko Torrez

PROFIBUS/PROFINET: Estrategias de Comparación y Migración

Versión en español de un paper escrito por Nelly Ayllon para PI Norteamérica y publicado en Profinews en Enero de 2018.
Publicado con autorización de PI Norteamérica
Introducción

PROFIBUS y PROFINET son dos diferentes protocolos de comunicación para uso en automatización industrial ampliamente implementados y desarrollados por la misma organización, PI (PROFIBUS & PROFINET International). PROFIBUS es un bus de campo en serie clásico basado en RS-485 y PROFINET es un estándar de Ethernet industrial. Comparten similitudes debido a su origen común, pero PROFINET tiene capacidades adicionales que le permiten ofrecer una comunicación más rápida y más flexible. Este documento técnico explorará las diferencias entre ellos y explicará las estrategias de migración de PROFIBUS a PROFINET.

Resumen de las similitudes y diferencias entre PROFIBUS y PROFINET: 

Ambos protocolos fueron creados y son administrados por la misma organización: PROFIBUS & PROFINET International (PI). Los archivos de descripción general de estación (GSD) definen el hardware PROFIBUS y PROFINET, estos archivos emplean ASCII y XML, respectivamente. PROFIBUS y PROFINET también comparten los mismos perfiles de aplicación. Los perfiles de aplicación son estándares existentes dentro de familias de dispositivos que definen cómo usar datos PROFIBUS o PROFINET para garantizar la interoperabilidad e intercambiabilidad. Estos perfiles de aplicación garantizan un planeamiento rápido y sin inconvenientes, el commissioning y la operación de dispositivos y sistemas de automatización modernos de diversos fabricantes.

Algunos de los perfiles más usados son:

  • PROFIsafe: Seguridad funcional
  • PROFIenergy: Administración de energía
  • PROFIdrive: Drives y motores
  • Process Automation: Procesos continuos

PROFIBUS fue creado en 1989; fue uno de los principales impulsores para la transición de toda la industria de la tecnología de señales analógicas de 4-20 mA a los buses de campo digitales (RS-485). La transición posterior de RS-485 a Ethernet también fue un cambio similar a una tecnología más moderna. Hoy en día Ethernet es omnipresente.

Como PROFINET usa Ethernet estándar, es una solución a prueba de futuro. A medida que se avanza en mejoras a Ethernet comercial, PROFINET las aprovecha. Por ejemplo, PROFINET comenzó a funcionar en Ethernet de 100 Mbit/s, hoy en día PROFINET puede ejecutarse en Gigabit Ethernet (y aún en velocidades superiores). La conversión a una comunicación basada en Ethernet proporciona un ancho de banda mayor, un tamaño de mensaje más grande y un espacio de direcciones ilimitado.El espacio de direcciones ilimitado puede ser limitado por controladores individuales basados en su procesador y memoria.

La velocidad de PROFINET mejoró gracias a su modelo de proveedor / consumidor y aprovechando el soporte de comunicación full dúplex completo disponible en Ethernet.

En un modelo proveedor / consumidor, es decir cualquier nodo se puede comunicar cuando sea necesario y dado que las redes Ethernet son redes conmutadas, no existen colisiones de mensajes. Full dúplex significa que los dispositivos pueden enviar y recibir información en líneas separadas, sin necesidad de esperar que el medio físico este disponible. PROFIBUS evitó colisiones utilizando un enfoque maestro / esclavo; la comunicación maestro / esclavo es eficiente, pero más lenta.

El maestro administra la red y los nodos solamente pueden transmitir datos cuando son encuestados por el maestro.

PROFIBUS puede transmitir mensajes de forma inalámbrica, pero a menudo requiere radios propietarias del mismo fabricante en ambos extremos. PROFINET, al usar el estándar Ethernet, usa Wi-Fi y Bluetooth. De nuevo, a medida que Wi-Fi o Bluetooth evolucionan, PROFINET evoluciona aprovechando las últimas especificaciones disponibles.

Muchas empresas individuales han desarrollado gateways (pasarelas) para hacer las traducciones de otras redes a PROFIBUS. PROFINET ha ido un paso más allá al definir el uso de proxies en sus propias especificaciones. Los proxies funcionan como pasarelas que traducen un protocolo a otro, pero a diferencia de las pasarelas, se definen en un estándar abierto. PROFINET cuenta con proxies disponibles para PROFIBUS DP, PROFIBUS PA, AS-i, IO-Link, DeviceNet, Foundation Fieldbus, CANopen, Modbus, HART, etc. Por ejemplo, los proxies IO-Link y AS-i permiten la comunicación con dispositivos inteligentes sin requerir de un puerto Ethernet.

 Adopción actual

PI lleva a cabo una auditoría anual con el fin de cuantificar los nuevos nodos PROFIBUS y PROFINET instalados. Según la auditoría de 2016, PROFIBUS y PROFINET agregaron 2.4M y 3.6M de dispositivos respectivamente. 2016 fue el primer año en que PROFINET vendió más nodos que PROFIBUS, pero todavía existen más de 56.1M nodos PROFIBUS instalados en todo el mundo.

Figura 1 Numero de nodos PROFINET instalados 

Figura 2 relación entre nodos PROFINET y PROFIBUS  

Migración de PROFIBUS a PROFINET

PROFINET aprovecha las tecnologías PROFIBUS existentes para garantizar una migración fluida y económicamente rentable entre ellos. Dependiendo del estado de la planta y de la tecnología de red actualmente disponible, hay dos enfoques de migración: instalación totalmente nueva (Greenfield) o mejora sobre una existente (Brownfield).

  • Instalación Greenfield: en networking, este tipo de instalaciones tiene lugar cuando no existe una red en primer lugar. La nueva red está diseñada de acuerdo con todas las especificaciones y necesidades de la futura planta.
  • Instalación Brownfield: en este tipo de instalaciones, ya existe una red instalada de algún tipo. En una instalación brownfield, se pueden seguir los siguientes dos enfoques:
  • Migración progresiva: los buses de campo heredados se pueden preservar actualizando áreas específicas en la fábrica a tecnología basada en Ethernet industrial. Los operadores de la planta pueden programar las actualizaciones durante paradas de planta, periodos de baja actividad, paradas de mantenimiento, tareas de mantenimiento preventivo, etc. Esto evita interrupciones potencialmente costosas para la producción de la planta, y facilita la administración de proyectos al dividirlos en etapas.
  • Extracción y reemplazo: en el caso de que el hardware esté muy desactualizado o en instalaciones de bus de campo que cumplieron con su ciclo de vida deseado, este hardware se retira y reemplaza. Es un proceso disruptivo y un desafío de gestión, pero ofrece todos los beneficios de Ethernet industrial de inmediato. Las instalaciones de extracción y reemplazo también se pueden programar estratégicamente para evitar costosas interrupciones en la producción de plantas

En muchos casos, será necesario establecer comunicaciones entre el bus de campo y las redes Ethernet. Los proxies PROFIBUS y PROFINET permiten una comunicación fluida entre ellos.

La Figura 3 muestra el diagrama de un proxy instalado entre un backbone PROFINET y los dispositivos PROFIBUS. El Proxy funciona como un dispositivo PROFINET más en la red y representa todos los componentes PROFIBUS conectados al mismo. Los datos proporcionados por los esclavos PROFIBUS son traducidos dentro del Proxy al protocolo PROFINET. El proxy actúa también como el Master dentro del protocolo de comunicaciones master/slave de PROFIBUS. Los Proxies también se usan en las redes PROFINET en casos en los cuales se presentan atmósferas de tipo clasificado en las cuales la tecnología Ethernet no puede ser instalada. El uso de PROFIBUS PA u otros buses es recomendable en dichos casos.

Resumen

Existen diferencias sustanciales entre PROFIBUS y PROFINET, especialmente en lo relativo a su performance.  Aun cuando la adopción de PROFINET haya sobrepasado a la de PROFIBUS durante el 2016, PROFIBUS no está desapareciendo, sino que están migrando lentamente hacia nuevas tecnologías como PROFINET.

Las redes PROFIBUS son ampliamente usadas en la industria de automatización de procesos y de hecho son un requerimiento en ambientes clasificados. Existen diversas estrategias de migración, pero las tecnologías desarrolladas por PI aseguran un proceso de migración fluido y eficiente en el factor de costo.

PROFINET es una tecnología nueva y más flexible a prueba del futuro, puesto que usa el estándar Ethernet. PROFINET también permite la posibilidad de preservar la inversión en equipos existentes al hacer posible la integración de los buses de campo seriales mediante el uso de proxies cuando sea necesario.

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