TUTORIAL REDES PROFIBUS-DP

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1 TUTORIAL REDES PROFIBUS-DP Autor: José María Hurtado Torres Página 1

2 1. INTRODUCCIÓN Los sistemas de automatización para la fabricación y el control de procesos complejos requieren cada vez más de sistemas descentralizados. Esto significa que una tarea de control compleja se divide en tareas de menor envergadura mediante sistemas de control descentralizados. Estas estructuras descentralizadas presentan, entre otras, las siguientes ventajas: Es posible la puesta en servicio independiente y simultanea de partes concretas de la instalación. Programas más pequeños y sencillos. Procesamiento paralelo por sistemas de automatización repartidos. Tiempos de reacción más cortos. Menor solicitud de datos de las distintas unidades de procesamiento. Estructuras supervisoras pueden asumir funciones adicionales de diagnosis y protocolo. Aumenta la disponibilidad de la instalación, ya que en caso de fallar una estación puede seguir trabajando el resto del sistema global. Para adaptarse a los diferentes requisitos de automatización, las empresas del sector ofrecen distintas redes de comunicación standarizadas a nivel internacional. Una de las más utilizadas es la red Profinet que es la que trataremos en este manual. 2. LA RED PROFIBUS 2.1. Características generales En paralelo al desarrollo del BMFT- Proyecto Conjunto del bus de campo, en el que participaron 13 compañías, se desarrolló a principios de 1991 la norma DIN 19245, conocida también como PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). El objetivo del proyecto era desarrollar un sistema de bus de campo que hiciera posible unir una red de dispositivos de automatización del nivel más bajo de campo (nivel de sensores y actuadores) con el control de procesos del nivel de célula. Esta jerarquización se elaboró en la Norma Europea EN 50170, en Con PROFIBUS llegó el estándar de bus de campo, el cual era abierto y transparente a los fabricantes. Dentro de los niveles de comunicación, PROFIBUS es la red destinada a los niveles de célula y de campo. Se utiliza para transmitir pequeñas y medianas cantidades de datos entre los dispositivos que participan en la red. Autor: José María Hurtado Torres Página 2

3 En el caso de los equipos SIMATIC S7 de SIEMENS pueden conectarse los siguientes sistemas: Sistemas de automatización SIMATIC S5/S7/M7 Sistemas periférico descentralizados ET 200 SIMATIC PG/PC Terminales y sistemas de operación y observación SIMATIC HMI SICOMP IPCs Controles CNC SINUMERIK Sensor SIMODRIVE SIMOVERT Master Drives Sistema de regulación digital SIMADYN D SIMOREG Micro /Midimaster Inversores de potencia. Posicionadores SIPOS Reguladores industriales de procesos SIPART Sistemas de identificación MOBY Aparatos de maniobra de baja tensión SIMOCODE Interruptores de potencia Estación compacta de automatización SICLIMAT COMPAS Sistema de control de procesos TELEPERM M Aparatos ajenos con conexión PROFIBUS Etc La red PROFIBUS cumple la norma PROFIBUS EN (1996). Esto significa que todos los productos se ajustan a dicha norma. PROFIBUS se basa en los siguientes estándares, normas y directivas: EN : 1996 General Purpose Field Communication System Volume 2 : Physical Layer Specification and Service Definition Directivas PNO: PROFIBUS Implementierungshinweise zum Entwurf DIN Teil 3 Version 1.0 vom (Indicaciones para implementación de PROFIBUS resp. proyecto DIN 19245, parte 3, versión 1.0 del ) Optische Übertragungstechnik für PROFIBUS Version 1.1 von (Técnica de transmisión óptica para PROFIBUS, versión 1.1 de ) EIA RS 485: 1983 Standard for Electrical Characteristics of Generators and Receivers for Use in Balanced Digital Multipoint Systems Físicamente, PROFIBUS es una red eléctrica que puede ejecutarse mediante: Cable a dos hilos trenzados y/o apantallados (impedancia característica 150 Ω). Fibras ópticas de vidrio y plástico Sistemas de transmisión inalámbrica. Autor: José María Hurtado Torres Página 3

4 La velocidad de la red puede configurarse desde 9,6 Kbit/s a 12 Mbit/s. Podemos conectar a la red un máximo de 127 equipos. No obstante, el número máximo de equipos que pueden estar activos al mismo tiempo es de 32. Existen tres perfiles de protocolo en PROFIBUS que pueden operar juntos en un circuito. PROFIBUS-FMS (especificación de Mensajes de Campo) está diseñado para la comunicación de autómatas en pequeñas células de red, unos con otros, y para la comunicación con elementos de campo con interface FMS. PROFIBUS-PA (Automatización de Procesos) es la comunicación compatible, adicional a PROFIBUS- DP, con la tecnología de transmisión, que permite a los usuarios ir a un área EX. La tecnología de transmisión de PROFIBUS-PA se corresponde con el estándar internacional IEC PROFIBUS-DP (Periferia Distribuida). El protocolo PROFIBUS-DP se ha diseñado para la comunicación rápida con unidades periféricas descentralizadas. Hay numerosos dispositivos PROFIBUS ofrecidos por diversos fabricantes. Dichos dispositivos abarcan desde módulos sencillos de entradas o de salidas hasta controladores de motores y sistemas de automatización. Por lo general, las redes PROFIBUS-DP incorporan un maestro y varios esclavos. La configuración del maestro le permite reconocer cuáles tipos de esclavos están conectados, así como sus respectivas direcciones. El maestro inicializa la red y verifica si los esclavos coinciden con la configuración. Continuamente, el maestro escribe los datos de salida en los esclavos y lee de allí los datos de entrada. Una vez que un maestro DP haya configurado correctamente a un esclavo, éste último le pertenecerá. Si hay otro maestro en la red, tendrá apenas un acceso muy limitado a los esclavos del primer maestro Método de acceso al medio en PROFIBUS Como método de acceso a una red PROFIBUS hay dos tipos: El método bus con paso de token ( Token Bus ), definido en la norma EN 50170, volumen 2, que se usa para acceder a estaciones activas. El método del maestro esclavo ( Master Slave ) por sondeo o polling para acceder a estaciones pasivas Paso de Testigo (Token bus) En este método de acceso, las estaciones (maestros en la red) conforman un anillo lógico de paso de testigo que se pasan unas a otras en orden numérico ascendente según la dirección Profibus asignada. El orden lógico es independiente de la disposición física de las estaciones. La estación que posea el testigo tiene derecho a transmitir información a la red. Dicho testigo se transmite entre las estaciones activas de la red a través de un paquete de datos especial. Para evitar el uso excesivo de la red se establece un tiempo de retención del testigo que es configurable. Trascurrido este tiempo, la estación ya no puede usar la red, y ha de ceder el testigo a otra estación. Si una estación no tiene nada para transmitir, pasa el testigo a la siguiente estación en el anillo lógico. Para poder cerrar el anillo, la estación activa con la dirección Profibus más alta denominada HSA (Highest Station Address), sólo pasa el testigo a la estación con la dirección profibus más baja. Los usuarios pasivos del bus no reciben nunca el paquete token. Autor: José María Hurtado Torres Página 4

5 El método de acceso permite la conexión y desconexión de usuarios del bus durante el servicio y es independiente del medio físico de transmisión utilizado. Ejemplo configuración por paso de testigo entre estaciones maestras en la red Maestro esclavo por sondeo o polling Este método es el utilizado cuando existe solamente una estación activa (estación maestro) y en la red hay varias estaciones pasivas (estaciones esclavas). Ahora, el maestro que siempre posee el testigo tiene acceso a los esclavos que tiene asignados. Por tanto, el maestro es el que puede enviar mensajes a los esclavos o bien recibirlos de estos. En la configuración basada en Profibus-DP estándar, la estación activa (maestro DP) intercambia datos de forma cíclica con las estaciones pasivas (esclavos DP) Protocolo PROFIBUS-DP Ejemplo configuración Maestro-esclavo El protocolo PROFIBUS-DP es seguramente el más utilizado de todos los protocolos PROFIBUS, dado que cumple perfectamente con casi todos los requisitos de tiempo y necesidades que se requieren para el intercambio de datos en el sector de la periferia descentralizada y los dispositivos de campo. La configuración típica en PROFIBUS-DP consiste en un único maestro con varios esclavos trabajando con el principio de maestro-esclavo. El maestro dirige todo el tráfico de datos en el bus, de manera que el esclavo sólo puede actuar en el bus tras solicitarlo el maestro. Entre el maestro DP y el esclavo DP se intercambian datos continuamente de forma cíclica, sin tener en consideración su contenido. Autor: José María Hurtado Torres Página 5

6 2.4. Requisitos de Hardware para Profibus-DP La gama de CPUs de Siemens ofrecen las siguientes posibilidades: S7-200: Esta CPU sólo puede ser esclavo en la red DP. Requieren un modulo de comunicación DP como el EM277, salvo la CPU S7215DP que si dispone de puerto DP integrado. S7-300: S7-400: CPU 31X-2DP. Puertos: 1 MPI y 1 DP integrados Resto CPU 31X Requieren un modulo de comunicaciones DP (CP342-5 o CP343-5). Todas las CPU31x pueden actuar como maestras o esclavas, excepto la CPU 318-2DP que sólo puede ser maestro. CPU 41X-DP (sólo maestros). Puertos: 1 MPI y 1 DP integrados. Resto CPU41X requieren un módulo de comunicaciones DP (IM467 o CP443-5). S Estas recientes CPU pueden participar en Profibus como maestros o esclavos según se configure la red. Requieren un modulo de comunicación DP como los CM Y CM S Al igual que la serie S7-1200, pueden participar en Profibus como maestros o esclavos según se configure la red. Requieren un modulo de comunicación DP como los CM Y CM Configuraciones de la red Profibus-DP Las conexiones de las CPUs a la red Profibus-DP se puede hacer de 2 formas diferentes: A través de una CPU con puerto profibus-dp integrado, por ejemplo S7-314C-2 DP. Mediante una tarjeta específica de comunicaciones CP para las CPU s que no dispongan de dicho puerto. Por tanto, la configuración de la red y de la comunicación en Profibus-DP puede ser muy diversa. EL utilizar una u otra dependerá del hardware disponible y de las necesidades para llevar a cabo nuestro proyecto. Las configuraciones para PROFIBUS-DP que pueden configurarse con STEP 7 son las siguientes: Configuración con esclavos DP "simples" con CPU maestro con puerto DP integrado. Configuración con esclavos DP "simples" con CPU maestro a través de una CP. Configuración con esclavos DP inteligentes. Autor: José María Hurtado Torres Página 6

7 3.1. Configuración con esclavos DP "simples" con CPU maestro con puerto DP integrado Esta configuración también se denomina sistema monomaestro, puesto que en esta red PROFIBUS DP físicamente hay conectados un único maestro DP con sus esclavos DP correspondientes. Es la configuración más sencilla de utilizar y por tanto una de las más usadas. En esta configuración, la comunicación entre el maestro DP y los esclavos DP simples (modulares o compactos) se produce a través del maestro DP. El maestro DP efectúa sucesivamente un sondeo de cada uno de los esclavos DP de su lista de llamada (lista de sondeo), y transfiere los datos de salida o recibe como respuesta sus valores de entrada. Las direcciones de E/S de los esclavos son asignadas automáticamente por el sistema de configuración, y el maestro las verá como propias, accediendo a ellas con las instrucciones normales de la CPU. Para este sistema de periferia distribuida todos los fabricantes disponen de una amplia variedad de dispositivos que actúan como esclavos DP en la red. Puesto que Profibus-DP es un sistema abierto, los fabricantes disponen para su descarga desde la web, de los archivos necesarios (archivos GSD) que permiten integrar dichos dispositivos en las configuraciones realizadas desde el software de cualquier fabricante. Dichos archivos GSD contienen información sobre las capacidades básicas del dispositivo. Página de descarga de archivos GSD para Profibus y Profinet: Algunos de los dispositivos de periferia descentralizada de la marca Siemens son: Familia módulos ET s : ET 200M ET 200X ET200B ET 200U ET200SP ET 200S ET 200L ET 200C ET 200M ET200iSP Autor: José María Hurtado Torres Página 7

8 Ejemplo de configuración Requisitos de Hardware y Software: 1. PC, Sistema Operativo Windows 2. Software STEP 7 V 5.x 3. Interfaz RS232-USB/MPI para PC (p.e. PC- Adapter) 4. Fuente de Alimentación: PS 307 2A 5. CPU: CPU 314C-2DP 6. Esclavo Periferia de E/S distribuidas ET 200L. 7. Esclavo Periferia de E/S distribuidas ET 200S. 8. Esclavo Periferia de E/S distribuidas ET 200iSP 9. Cables Profibus 10. Conectores Profibus Maestro DP CPU S7-314C-2DP STEP 7 V 5.x PC adapter RS232-USB a MPI Esclavo ET200L Esclavo ET200iSP Esclavo ET200S Configuración de la red 1. Insertaremos desde el administrador Step7 los componentes de nuestro sistema. En nuestro caso: Una CPU S7-300 y una red Profibus. Autor: José María Hurtado Torres Página 8

9 2. En HWConfig configuramos el hardware de nuestra CPU 314C-2DP, y desde la posición DP del bastidor de la CPU definiremos a ésta como maestro en la red. Igualmente, configuraremos la dirección de la CPU en la red y las propiedades de ésta. 3. Desde la librería de componentes de HWConfig, seleccionaremos los módulos ET disponibles y los arrastraremos con el cursor hasta quedar colgados sobre la línea que representa la red Profibus. La dirección Profibus asignada a cada dispositivo debe ser diferente. La configuración debe quedar algo así: A partir de ahora las direcciones de las entradas y salidas de los módulos de periferia descentralizada ET s, formaran parte de las áreas PAE y PAA del maestro, y podremos conocerlas desde el menú VER>direcciones. También podemos ver como ha quedado la configuración de la red desde NETPRO. 4. Finalmente Compilaremos y Guardaremos la configuración. Autor: José María Hurtado Torres Página 9

10 3.2. Configuración con esclavos DP "simples" con CPU maestro a través de una CP Una característica importante de esta configuración es que el maestro DP no recibe los datos de E/S directamente de las E/S físicas de los módulos esclavos ET s, sino de una CPU preprocesadora como es la CP, como por ejemplo CP342-5 o CP343-5 para las CPUs S Ahora, las E/S de los esclavos ET s estarán almacenadas en buffers de entradas y salidas que se encuentran en la CP. El programa de usuario de la CPU debe hacerse cargo del intercambio de datos entre estas áreas y la propia CPU y/o los esclavos. Ejemplos de configuración Cuando en una red Profibus se utilizan módulos CP se puedan dar diferentes casos, según si la CPU además disponen o no de puerto DP integrado. Configuración con una CPU SIN PUERTO INTEGRADO En este caso será necesario utilizar un módulo de comunicación CP específico. El módulo CP será el maestro de la red y los esclavos le pertenecerán. La comunicación entre los módulos esclavos y el módulo CP se realizará como hemos explicado antes a través del área de operandos de la CP. Autor: José María Hurtado Torres Página 10

11 Configuración con una CPU CON PUERTO INTEGRADO Si la CPU dispone de puerto DP integrado y además, de un módulo de comunicación CP, la CPU se podrá conectar a dos redes Profibus diferentes. Así por ejemplo, se puede dar la configuración de la figura: En la red Profibus-DP 1, se comunican dos CPU s, una actúa como maestro (CPU-1) y otra como esclavo (CPU-2). El módulo ET200 (1) pertenecerá al maestro, y así habrá de configurase. En la red Profibus-DP 2, la CPU-2 hace de maestro a través del módulo CP y los módulos ET200 conectados a esta red pertenecerán al módulo maestro CP. La configuración en NETPRO quedaría algo así: Autor: José María Hurtado Torres Página 11

12 Configuración del área de operandos del módulo CP Cuando participa un módulo CP, la comunicación entre la CPU y la red se hace a través de dicho módulo. Ahora, las E/S de los esclavos estarán almacenadas en unos buffers o área de operandos de entradas o salidas que se encuentran en la CP. Desde HWConfig o desde NetPro hay que configurar el módulo CP como maestro en la red desde la ventana Propiedades>Modo de operación. Las direcciones de las áreas de E/S se configuran desde la ventana Propiedades>Direcciones. Las direcciones de las áreas de E/S configuradas para el intercambio de datos entre el maestro y los esclavos no podrán estar ocupadas por otros módulos E/S. Deberemos cambiar dichas direcciones si éstas ya estuviesen asignadas a algún otro módulo de E/S. Dirección base del área de entradas Longitud: 16 bytes Dirección base del área de salidas Longitud: 16 bytes En la dirección del área de entradas se depositarán los datos enviados por las entradas de la periferia de los esclavos. La CPU puede leer el buffer mediante la función FC2 (DP_RECV). En la dirección del área de salidas se depositan los datos que ha enviado la CPU hacia las salidas de la periferia de los esclavos. La CPU puede escribir dicho buffer mediante la función FC1 (DP_SEND). Dichas funciones se encuentran la librería Communication Blocks, y tenemos que programarlas desde el bloque de organización OB1. Para más información consulte el manual de funciones FC de SIMATIC. Autor: José María Hurtado Torres Página 12

13 3.3. Configuración con esclavos DP inteligentes Cuando se utilizan esclavos DP inteligentes (dispositivos con CPU y puerto DP ó módulo CP de comunicaciones) las configuraciones y posibilidades pueden ser diversas. He aquí algunas de ellas: Configuración con esclavos DP inteligentes (comunicación esclavo I <> maestro) Configuración con esclavos DP inteligentes (comunicación directa esclavo > esclavo I) Configuración con dos sistemas maestros DP (comunicación directa Esclavo > Maestro) Configuración con dos sistemas maestros DP (comunicación directa esclavo > esclavo I) Configuración con esclavos DP inteligentes (comunicación esclavo <> maestro) En ocasiones, las tareas de automatización requieren la comunicación entre dos o más CPUs. Cuando esto ocurre, las tareas de control se suelen reservar a una CPU de modelo superior que actúa de maestro en la red, quedando el resto relegadas a actuar como esclavos DP inteligentes. Un ejemplo sería la conexión entre una CPU 314C-2DP (maestro) y una CPU S7-313C-2DP (esclavo). En este tipo de configuraciones, la CPU que actúa como maestro DP no puede acceder directamente a los módulos de E/S o a las direcciones físicas de la CPU esclava, pues el maestro no las verá como propias. La comunicación sólo podrá establecerse a través de unas áreas específicas (buffer de E/S) que previamente habrán sido configuradas. Ejemplo 1. Configuración maestro-esclavo entre dos CPU con puerto DP integrado. Un ejemplo de esta configuración sería la comunicación entre una CPU 314C-2DP y una CPU 313C-2DP. Ambas tienen el puerto DP integrado. La primera actuaría de maestro en la red y la segunda como esclavo. Ahora, y según necesidad de nuestro proyecto, la comunicación podrá ser unidireccional o bidireccional según configuremos el sistema, pero siempre utilizando buffers para el intercambio de datos. Autor: José María Hurtado Torres Página 13

14 Las áreas o buffers de intercambio se configurarán editando las propiedades del módulo DP de la CPU esclavo, y una vez hayamos acoplado el esclavo al maestro. En este ejemplo hemos configurado como buffers de E/S las siguientes áreas de memoria: MAESTRO: E100 A100 Área de Entrada de longitud 1 byte, que se corresponde con el byte EB100 de la CPU. Área de Salida de longitud 2 byte, que se corresponde con la palabra AW100 (bytes AB100 y AB101) de la CPU. ESCLAVO: E50 A50 Área de Entrada de longitud 1 byte, que se corresponde con el byte EB50 de la CPU. Área de Salida de longitud 2 byte, que se corresponde con la palabra AW50 (bytes AB50 y AB50) de la CPU. Ventana de propiedades del esclavo. Nos permite configurar los buffers. NOTA IMPORTANTE: Las áreas de E/S para el intercambio de datos sólo se pueden configurar en el S7300 en el rango de Áreas superiores a 128 no las admite. Autor: José María Hurtado Torres Página 14

15 Ejemplo 2. Configuración maestro-esclavo entre varias CPU con puerto DP integrado y dispositivos esclavos de periferia distribuida. En este ejemplo participan varias CPU s en la red, y el maestro a su vez tiene también asignados como esclavos módulos de periferia distribuida no inteligentes, por ejemplo los de tipo ET de Siemens. La configuración entre CPU s se realiza en modo maestro-esclavo, y los módulos de periferia descentralizada ET se configuran como módulos esclavos del maestro, tal como se indica en la figura siguiente. Este es el caso particular de configuración de las maquetas SMC disponibles en el Aula de Regulación y Comunicaciones Industriales. En este caso, la CPU maestro (maqueta nº1), tiene por esclavos al resto de CPUs, y además, 4 módulos de la marca Telemecanica que se utilizan para el control de los sensores y actuadores de las cintas de transporte. Autor: José María Hurtado Torres Página 15

16 Ejemplo 3. Configuración maestro-esclavo entre una CPU con puerto DP integrado y otra CPU con módulo de comunicaciones CP. En este ejemplo configuraremos una CPU 314C-2DP como maestro y una CPU S7-200 de gama inferior como esclavo. El S7-200 puede insertarse como esclavo en la red utilizando un módulo de comunicaciones EM 277. La siguiente figura muestra la configuración del ejemplo. Módulo EM 277 NOTA IMPORTANTE: Para un correcto funcionamiento, el módulo EM277 debe estar pinchado al S7200 antes que cualquier otro módulo de E/S o de comunicación en el bastidor. En caso contrario pueden ocasionarse problemas de comunicación. Configuración del esclavo (S7-200) 1. Desconecte la tensión de alimentación del módulo. 2. Ajuste la dirección PROFIBUS DP preconfigurada en el módulo EM277. Para hacerlo, gire el conmutador inferior de tal forma que la flecha apunte al número deseado (en la configuración del ejemplo es el "3"). Recuerde que esta dirección debe coincidir en la configuración que realicemos posteriormente en Administrador Step7. 3. Vuelva a conectar la tensión de alimentación del módulo. Tenga en cuenta que una dirección PROFIBUS DP configurada de nuevo sólo se reconoce después de conectar la tensión de alimentación. Configuración del maestro (S7-300) 1. Cree un nuevo proyecto en el administrador SIMATIC. Inserte una CPU S7-300 y una red PROFIBUS DP dentro del proyecto nuevo. 2. Abra el editor "Configuración HW". Inserte un bastidor, una fuente de alimentación y una CPU 314C-2 DP. Conecte la CPU a la red PROFIBUS DP y defínala como maestro en la red. Una vez configurado en HW Config el maestro debe quedar como indica la figura. 3. A continuación integraremos en la red el módulo EM 277 como esclavo. Para esto se tiene que integrar dicho módulo en el catálogo de hardware del STEP 7 mediante un archivo GSD, ya que éste no está disponible allí de forma estándar. Esto lo haremos desde el menú Herramientas>Instalar archivo GSD indicándole en la ventana la carpeta que contiene dicho archivo. Si no dispone de los archivos GSD para el módulo EM277 está disponible en la página del Customer Support de SIMATIC con número ID Así mismo, la información detallada de cómo poder importar un archivo GSD en el STEP 7 está disponible en la página del Customer Support con número ID Autor: José María Hurtado Torres Página 16

17 4. Una vez instalado el archivo, podemos localizarlo dentro de la librería ProfibusDP en Otros aparatos de campo-plc-simatic, o si lo desea, para encontrar el nuevo módulo rápidamente, utilizando en el catálogo HW la función de búsqueda. 5. Seleccione y Arrastre el módulo EM277 hasta la red PROFIBUS DP y ajuste la dirección del esclavo. En la configuración del ejemplo es la dirección "3". Integración del módulo EM 277 a la red. 6. Para el intercambio de datos entre el maestro y el esclavo, hay que definir las zonas de memoria para los datos de envío y recepción en ambos lados. En el S7-200, estas zonas deben estar en la zona de variables. 7. Para la configuración de este ejemplo, vamos a definir una longitud de 2 Bytes para los datos de envío y recepción. Se han elegido las siguientes zonas de direcciones: Maestro S7-300: Buzón de recepción: EB10 y EB11 Buzón de envío: AB10 y AB11 Esclavo S7-200: Buzón de recepción: VB100 y VB101 Buzón de envío: VB102 y VB103 Autor: José María Hurtado Torres Página 17

18 8. Para indicar al módulo EM277 el tamaño y la zona de envío y recepción de datos, tenemos ahora que insertar el módulo de E/S (2 Bytes Out / 2 Bytes In) correspondiente del catálogo HW. 9. Abra ahora las propiedades del módulo, y adapte las direcciones del buzón de recepción (Entradas) y del buzón de envío (Salidas) del S Por defecto la asignación de direcciones E/S son las 0. Deberá cambiar y asignar las direcciones base igual a 10. Además, indique el tipo de consistencia de datos utilizada para el intercambio de los mismos (dependiendo del módulo de E/S elegido). 10. En la ventana de propiedades del módulo EM277 indique la dirección de inicio del buzón de recepción, con ayuda del parámetro I/O Offset en la memoria V. En la configuración del ejemplo, se ha elegido la dirección VB100. El buzón de envío lo inserta automáticamente el sistema justo detrás del buzón de recepción y no hace falta indicarlo manualmente. 11. Finalmente, compile y guarde la configuración, y cárguela en la CPU 314C-2 DP. Advertencia: En el intercambio de datos, los datos enviados por el maestro se depositan en el buzón de recepción del esclavo (memoria de variables). El programa de usuario de la CPU del S7-200 tiene que "salvar" estos datos en otra zona de memoria, ya que se sobrescribirán en el siguiente envío. Puede obtener Información más detallada consultando el manual del módulo EM 277. Fuente: Autor: José María Hurtado Torres Página 18

19 Configuración con esclavos DP inteligentes (comunicación directa esclavo>esclavo). Como se indica en la siguiente figura, esta configuración nos permite comunicar directamente esclavos entre sí. Para ello utilizaremos lo que denominamos comunicación directa (DX). No obstante, esta comunicación tiene sus limitaciones; si bien, todos los esclavos DP simples (a partir de una versión determinada) u otros esclavos DP inteligentes pueden proporcionar datos, como receptores de dichos datos sólo pueden utilizarse esclavos DP inteligentes, como p. ej. CPU 315-2DP. A continuación mostramos un ejemplo de configuración para la comunicación esclavo-esclavo entre dos CPU-300. En el ejemplo, hemos definido las áreas de E/S que se utilizarán para la comunicación entre el Maestro y sus esclavos (comunicación ME), y las áreas de E/S de comunicación directa (CD) que utilizarán los esclavos para la comunicación entre ellos. La siguiente figura nos muestra el cuadro de diálogo donde podemos ajustar el modo y asignar las direcciones E/S entre el equipo local y su interlocutor. Autor: José María Hurtado Torres Página 19

20 Requisitos para asignar todas las direcciones o áreas de E/S en el modo MS (Maestro-esclavo): El interface PROFIBUS-DP del maestro DP está ajustado a "Maestro DP" y el interface PROFIBUS-DP del esclavo inteligente a "Esclavo DP". El esclavo inteligente está "integrado" en el sistema maestro del maestro DP. Recuerde que esto se debe hacer desde el catálogo de hardware de HWConfig en la Carpeta Profibus DP> Equipos ya configurados. El esclavo inteligente está asignado a una estación (ficha "Acoplamiento"). Si el interface PROFIBUS-DP está en el modo de configuración "Esclavo DP" y el equipo todavía no se ha asignado a un sistema maestro DP, sólo podrá editar los campos de forma "local". Requisitos para asignar todas las direcciones o áreas de E/S en el modo CD (comunicación directa): El interface PROFIBUS-DP se puede configurar como receptor de la comunicación directa. Hay configurado por lo menos un emisor para la comunicación directa en la misma subred PROFIBUS- DP Significado de las pestañas en propiedades del esclavo Modo: Permite elegir entre configuración maestro/esclavo (ME) y configuración para la comunicación directa (CD). Según el modo seleccionado aparecerá como nombre del grupo "Interlocutor DP" o "Local". Dirección DP: Dirección PROFIBUS del interlocutor DP o del interface local PROFIBUS-DP Nombre: Nombre del interlocutor DP (p.ej. denominación del interface PROFIBUS-DP) o del interface local. Tipo de dirección: Identificador del operando del área de direccionamiento lógico asignada (entrada o salida en ME, sólo entrada en CD) Dirección de diagnóstico: Sólo en CD. En CD se pueden referenciar todos los interlocutores DP con una dirección de diagnóstico. Con esta dirección de diagnóstico es posible, por ejemplo, diagnosticar un fallo del interlocutor DP. Autor: José María Hurtado Torres Página 20

21 Longitud, unidad, coherencia, comentario: Coherencia (sólo se puede modificar en la configuración ME): Aquí puede indicar la coherencia a partir de la unidad o la longitud total. Las áreas de direccionamiento configurables como coherentes se transfieren en contexto al acceder a la periferia descentralizada. Si ha seleccionado una "Longitud total" de 3 o más de 4 bytes, si utiliza CPUs con una versión de firmware anterior a la versión 3 sólo podrá acceder a través de la SFC 14 (y no a través del acceso a la periferia) de forma coherente. En CD también sucede que si selecciona una longitud de 3 o más de 4 bytes podrá acceder a través de SFC 14. Si utilizar CPUs con la versión de firmware 3 o posterior, podrá acceder a áreas coherentes de más de 4 bytes también a través de la imagen del proceso Configuración de con dos maestros DP (comunicación directa Esclavo>Maestro). Esta configuración también se conoce como sistema multimaestro, dado que en una única red física participan varios maestros DP. En esta configuración, el maestro DP de otro sistema de la misma red puede leer directamente los datos de entrada de esclavos DP inteligentes o de esclavos DP simples pertenecientes a otro maestro mediante una comunicación directa CD. En el ejemplo de la siguiente figura tenemos dos maestros conectados a la misma red Profibus. El esclavo 3-2 perteneciente al maestro 2, se comunica mediante comunicación directa (CD) con el maestro 1. La configuración CD ha de hacerse editando las propiedades DP del maestro 1, tal como se indica. Autor: José María Hurtado Torres Página 21

22 Configuración de con dos maestros DP (comunicación directa Esclavo>Esclavo I). Este tipo de configuración permite que los datos de entrada de los esclavos DP sean leídos rápidamente por esclavos DP inteligentes en la misma red física PROFIBUS-DP. Los esclavos DP inteligentes pueden estar posicionados en el mismo sistema maestro DP o bien en otro. De esta forma, un esclavo DP inteligente (p. ej. una CPU 315-2DP) puede transferir directamente a su área de datos de entrada datos de esclavos DP, incluso pertenecientes a distintos sistemas maestros DP (es decir, sistema multimaestro). Básicamente, todos los esclavos DP (a partir de una versión determinada) pueden proporcionar datos de entrada seleccionados para la comunicación directa (CD) entre esclavos DP. A su vez, dichos datos de entrada sólo pueden ser utilizados después por esclavos DP inteligentes, como p. ej. CPU 315-2DP. En el ejemplo de la figura tenemos dos CPU maestros en la misma red Profibus. El esclavo 2 perteneciente al maestro 1, se comunica mediante comunicación directa (CD) con el esclavo 3-2 perteneciente al maestro 2. En este caso, la configuración CD ha de hacerse editando las propiedades DP del esclavo 2, tal como se indica. Autor: José María Hurtado Torres Página 22

23 4. TIPO DE DATOS EN PROFIBUS Los módulos de periferia distribuida DP, como pueden ser los módulos ET de Siemens, se pueden configurar, pero no se pueden programar. Sólo se permite el intercambio de datos de E/S entre dichos módulos y la CPU maestro. Por tanto no se pueden intercambiar datos como marcas, temporizadores, contadores, etc. Normalmente los datos de E/S de la CPU y módulos de periferia distribuida se pueden direccional en 4 posibles modos: Por defecto (X para DB): Bit. B: byte (8 bits). W: palabra (16 bits). D: palabra doble (32 bits). El número de áreas de E/S disponibles dependerá del tipo de CPU que empleemos, además de los módulos externos que tengamos conectados. Manejaremos una imagen de las entradas y las salidas, y como máximo el autómata puede manejar hasta bytes para cada tipo de E/S. Podemos direccionar como: IMAGEN DEL PROCESO DE LAS ENTRADAS (PAE): Entrada E 0.0 a Byte de entrada EB 0 a Palabra de entrada EW 0 a Palabra doble de entrada ED 0 a IMAGEN DEL PROCESO DE LAS SALIDAS (PAA): Salida A 0.0 a Byte de salida AB 0 a Palabra de salida AW 0 a Palabra doble de salida AD 0 a ENTRADAS EXTERNAS: Byte de entrada de la periferia PEB 0 a Palabra de entrada de la periferia PEW 0 a Palabra doble de entrada de la periferia PED 0 a SALIDAS EXTERNAS: Byte de salida de la periferia PAB 0 a Palabra de salida de la periferia PAW 0 a Palabra doble de salida de la periferia PAD 0 a Todas estas entradas y salidas pueden ser de dos tipos: Autor: José María Hurtado Torres Página 23

24 E/S digitales: son las E/S más frecuentes y que en mayor cantidad vamos a tener. Ocupan 4 bytes de memoria de direcciones, comenzando desde la 0.0 hasta la Si configuramos una de estas entradas mayor que 128, no podremos acceder a esas entradas/salidas como parte de la PAE o PAA, sino como periferia. E/S analógicas: estas si son E/S adicionales, pero no obstante hay que configurarlas también desde Step7 para especificar el rango de direcciones que van a ocupar. Ocupan 2 bytes de memoria de E/S (16 bytes por módulo) y se sitúan en el rango de direcciones 256 a COHERENCIA DE DATOS Mediante el protocolo empleado en Profibus-DP, el maestro DP intercambia datos de forma cíclica con los esclavos DP. Esto se hace mediante un paquete de datos con una longitud y tiempo establecidos. Escribir en las salidas de módulos DP Hay tres modos de escribir en las salidas de los módulos DP: Con comandos de transferencia a la periferia DP. Escribiendo la imagen de las salidas del proceso (PAA) en los módulos (el sistema operativo lo hace al final del OB1; también se puede llamar a la SFC 27 UPDAT_PO ) Llamando a la SFC 15 DPWR_DAT. Normalmente, el maestro DP transfiere los datos de salida cíclicamente (dentro del ciclo del bus PROFIBUS DP) a las salidas de los esclavos DP. Cuando se quiera que determinados datos de salida (que puedan estar repartidos entre varios esclavos), sean emitidos al proceso exactamente en el mismo instante, se debe enviar el comando de control SYNC al correspondiente maestro DP aplicando la función SFC 11 DPSYC_FR. Leer entradas de módulos DP Hay tres formas de leer los datos de entrada de los módulos DP: Con comandos de carga para la periferia DP, Actualizando la imagen de las entradas del proceso (PAE) (el sistema operativo lo hace al principio del OB1; también se puede llamar a la SFC 26 UPDAT_PI ). Llamando a la SFC 14 DPRD_DAT. Normalmente, el maestro DP recibe cíclicamente los datos de entrada (dentro del ciclo del bus PROFIBUS DP) de sus esclavos DP y los pone a disposición de la CPU. Cuando se quiera que el proceso lea determinados datos de entrada (que puedan estar repartidos entre varios esclavos) exactamente en el mismo instante, se debe enviar el comando de control FREEZE al correspondiente maestro DP aplicando la función SFC 11 DPSYC_FR. No hay problema si queremos enviar o recibir paquetes de datos del tamaño de byte, palabra o doble palabra. Podemos utilizar las instrucciones de carga (L) y transferencia (T). Pero puede surgir un problema si queremos enviar 3 bytes o más de 4 bytes a un esclavo que precisa de ellos al mismo instante en un único paquete de datos. Por ejemplo, para que un módulo pueda activar varios motores al mismo tiempo, o para situar en un mismo valor sus salidas analógicas. Autor: José María Hurtado Torres Página 24

25 El problema surge a raíz de que el paquete de datos Profibus tiene su propio ciclo en el que lee de la periferia, si le mandamos ahora unos bytes y luego otros, no se los mandamos sincronizados o al mismo tiempo. Una solución es meter estos datos en la PAA (bytes 0 a 127). La zona de PAA se escribe en la periferia de salida al final de cada ciclo, donde puede ser leída en su totalidad. Ejemplo: Para mandar 4 bytes: L L PAW101 PAW102 Otra solución es utilizar las funciones SFC14 y SFC15 para leer y escribir datos con coherencia Comandos SYNC y FREEZE El protocolo Profibus lee y escribe las E/S de cada módulo de forma independiente en cada ciclo de red. Pero en ocasiones puede ser preciso que determinadas entradas o salidas de los esclavos sean leídas o escritas por el maestro al mismo tiempo. Por ejemplo: para arrancar al mismo tiempo motores controlados por diferentes módulos, o que sean leídas el estado de varias sondas de temperatura de varios módulos al mismo tiempo. Cuando sea necesario que determinados datos de salida (que puedan estar repartidos entre varios esclavos) sean emitidos al proceso en el mismo instante, se debe enviar el comando de control SYNC al maestro DP aplicando la función SFC11 DPSYC_FR Efecto del control SYNC Con el comando de control SYNC los esclavos DP de los grupos especificados cambian al modo SYNC, esto es, el maestro DP transfiere los datos de salida actuales y hace que los esclavos DP afectados congelen las salidas. En los sucesivos telegramas de respuesta, los esclavos DP guardan los datos de salida en un búfer interno, de tal modo que los valores de las salidas no cambian. Autor: José María Hurtado Torres Página 25

26 Los esclavos DP de los grupos seleccionados depositan los datos de salida de su búfer interno en las salidas del proceso cada vez que se da el comando SYNC. Para que las salidas se vuelvan a actualizar cíclicamente es necesario dar el comando UNSYNC con la SFC 11 DPSYC_FR Efecto del control FREEZE Con el comando de control FREEZE los esclavos DP especificados cambian al modo FREEZE, esto es, el maestro DP hace que esos esclavos congelen el estado que tengan las entradas en ese instante. A continuación transfiere los datos congelados al área de entrada de la CPU. Los esclavos DP congelan el estado de las entradas cada vez que se da el comando FREEZE. Para que se vuelva a actualizar cíclicamente el estado de las entradas es necesario dar el comando UNFREEZE con la SFC 11 DPSYC_FR Configuración de los controles SYNC y FREEZE 1.- Hay que asignar los esclavos DP a grupos SYCN y FREEZE. Desde HWConfig hacemos doble clic sobre la línea Profibus y seleccionamos propiedades del objeto. Activaremos SYNC y/o FREEZE para el grupo elegido, teniendo en cuenta que por cada sistema maestro se pueden formar como máximo 8 grupos. A cada esclavo DP se le puede asignar solamente un grupo SYCN y un grupo FREEZE Autor: José María Hurtado Torres Página 26

27 En el siguiente ejemplo tenemos tres esclavos. Dos de ellos están asignados al grupo 1 y tienen la propiedad SYNC y FREEZE 6. Significado de los led asociados al puerto integrado de la CPU Autor: José María Hurtado Torres Página 27

28 7. EJEMPLO PRÁCTICO DE CONFIGURACIÓN DE UNA RED PROFIBUS Configuración Maestro DP-Esclavo DP + Módulos esclavos de periferia distribuida. Cuando participan varias CPU s en una red Profibus-DP, la configuración normalmente se realiza en modo maestro-esclavo entre ellas. Los maestros, a su vez pueden tener también asignados como esclavos módulos de periferia distribuida. Como CPU maestro podemos tener: S7-400 o S7300 Como CPU esclavo podemos tener. S7 300 o S7 200 Como Esclavos de periferia distribuida: Módulos DP de cualquier fabricante. En este ejemplo utilizaremos una CPU 314C-2DP que actúa de maestro en la red. Esta CPU tendrá como esclavos una CPU 313C-2DP y un módulo de la familia ET200L del tipo L-32DI. La configuración quedaría de la siguiente forma: El primer paso será insertar y configurar desde el administrador S7 ambas CPU y una red Profibus-DP. Configuración de la CPU esclavo Desde HWConfig insertaremos en el bastidor la CPU 313C-2DP que conectaremos a una red Profibus. Asignamos la dirección DP del la CPU y las propiedades de la red. Seguidamente, configuraremos las propiedades del puerto DP de la CPU marcando en modo de operación la pestaña Esclavo DP. Autor: José María Hurtado Torres Página 28

29 El maestro no accede a las entradas y salidas físicas del esclavo, sino a un área de transferencia en el espacio de direccionamiento de E/S de la CPU. Por tanto deberemos configurar unas áreas de E/S para el intercambio de datos entre el esclavo y el maestro. Esto lo haremos en la ventana desde Propiedades > Configuración del puerto DP del esclavo. En el ejemplo que sigue se ha creado un área de entradas en la CPU esclavo (PEA del esclavo), donde se recepcionarán los datos que envíe el maestro: E 100 de longitud de 1 byte. Igualmente se ha creado un área de salidas A 200 (PAA del esclavo), de 2 bytes de longitud donde se depositarán los datos a transferir al maestro. A la hora de programar el esclavo tendremos que utilizar las órdenes de carga (L) y transferencia (T) para leer y escribir en dichas áreas de E/S. El área E100, que contendrá los datos transmitidos por el maestro, podremos leerla desde el esclavo como el byte EB100. Autor: José María Hurtado Torres Página 29

30 Así mismo, en el área A200, cuyo contenido se transmitirá al maestro, podremos escribir mediante una orden de transferencia (T) o un Move (según trabajemos en AWL o KOP) direccionando como AW200 (Bytes 200 y 201). Se pueden asignar más líneas para áreas de E/S según las necesidades de nuestro proyecto. E 100 A 200 Configuración de la CPU maestro Igual que hicimos con el esclavo, desde HWConfig insertaremos la CPU 314C-2DP que conectaremos a la misma red profibus y le asignaremos una dirección. Seguidamente, configuraremos las propiedades del puerto DP de la CPU marcando en modo de operación la pestaña Maestro DP. Autor: José María Hurtado Torres Página 30

31 Acoplamiento de los esclavos al Maestro Primeramente acoplaremos sobre la línea de red Profibus del maestro el esclavo CPU 313C-2DP. Dicha CPU la tenemos disponible en la librería de Hardware Profibus DP> Estaciones ya configuradas. Al arrastrar y soltar sobre la línea de red la CPU31x, nos aparecerá esta nueva ventana Acoplamiento, donde nos aparecerán todos los esclavos inteligentes previamente configurados (en nuestro caso la CPU 313C-2DP). Pincharemos sobre el botón Acoplar Seguidamente insertaremos el módulo ET200L, quedando finalmente la configuración tal como se indica en la figura. Autor: José María Hurtado Torres Página 31

32 Definición de las áreas de E/S del maestro Tan sólo nos queda definir el área de intercambio de datos de E/S del equipo maestro para que pueda comunicarse con el esclavo. Lo haremos picando sobre la CPU esclavo CPU 313C-2DP y seleccionando en la pestaña propiedades del objeto >Configuración>Nuevo. En este ejemplo hemos definido un área (buffer) de salidas de datos con dirección A 100 que se enviarán al área de entradas del esclavo. Y asimismo, un área de entradas E 200 donde se depositarán las salidas enviadas por el esclavo. Una vez finalizada la configuración, desde NetPro la red queda como indica la siguiente figura. Autor: José María Hurtado Torres Página 32

33 Ejemplo de transferencia de datos entre CPU maestro y CPU esclavo Supongamos que queremos mandar el byte de entradas EB124 (EB124.0-EB124.7) del esclavo al maestro para que lo muestre en su byte de salidas AB124 (A124.0-A124.7), y viceversa. OB1 del Esclavo L T L T EB124 AB200 EB100 AB124 OB1 del Maestro L T L T EB124 AB100 EB200 AB124 Autor: José María Hurtado Torres Página 33

34 Ejemplo de transferencia de datos entre CPU maestro y un Esclavo ET200 Este caso es el más sencillo de todos, pues las E/S del esclavo las ve la CPU maestro como propias. En este ejemplo caso hemos elegido un módulo L-16DI DP de la familia ET como esclavo DP. Las dirección de sus 16 entradas digitales han sido asignadas por defecto por el propio administrador. Son las siguientes: Dirección base del esclavo: 0 (1 byte) Dirección final del esclavo: 1 (1 byte) Si ahora quisiéramos leer por ejemplo las entradas digitales nº 4 y nº 13 del esclavo ET para mostrarlas en las dos primeras salidas del maestro, el programa OB1 del maestro sería el siguiente: Autor: José María Hurtado Torres Página 34

35 Inserción de OB82-OB86: Al activar ambas CPUs al mismo tiempo, puede generarse un error de sincronización, de forma que ambas CPUs mostrarán este error a través del LED SF (error de sistema) y pasarán a modo STOP. Esto se soluciona generando un OB82 (Alarma de Diagnosis) vacío en cada equipo y cargándolos en las 2 CPUs. También introduciremos un OB86 (OB de fallo de la periferia). Para introducir el OB82 y el OB86 siga los siguientes pasos: En el Administrador SIMATIC, seleccionar la carpeta de bloques del Maestro. Insertar un Bloque de Organización ( Administrador SIMATIC Maestro Bloques Insertar Bloque S7 Bloque de Organización). Repetiremos el proceso para el maestro. Damos el nombre OB82 y confirmamos con Aceptar ( Nombre OB82 Aceptar ). Repetimos el proceso para insertar el OB86. Carga en las CPUs Una vez configurado nuestro proyecto y creado los programas, nos queda tan sólo realizar la carga en las CPUs. Para esto, sigua los pasos siguientes: En el Administrador, cargamos el equipo Maestro en el PLC, con. De esta forma cargamos la configuración y el programa de esta CPU. El selector de modos de la CPU deberá estar en STOP y el PC- Adapter conectado al conector MPI del PLC Maestro. ( Maestro ). En el Administrador SIMATIC, cargamos el equipo Esclavo en el PLC, con. El selector de modos de la CPU deberá estar en STOP y el PC-Adapter conectado al conector MPI del PLC Esclavo. ( Esclavo ). Ahora pasamos el selector de modos del PLC esclavo a RUN. Si esta CPU arranca, pasaremos el selector de modos de la CPU Maestra a RUN, y el programa comenzará su normal ejecución. Autor: José María Hurtado Torres Página 35