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TUTORIAL REDES PROFIBUS-DP
Autor: José María Hurtado Torres
Departamento de Electricidad-Electrónica del I.E.S. Himilce - Linares
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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:
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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 1996.
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.
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En el caso de los equipos SIMATIC S7 de SIEMENS pueden conectarse los siguientes sistemas:
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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 50170 (1996). Esto significa que todos los productos se
ajustan a dicha norma.
PROFIBUS se basa en los siguientes estándares, normas y directivas:
EN 50170–1–2: 1996
General Purpose Field Communication System
Volume 2 : Physical Layer Specification and Service Definition
Directivas PNO:
PROFIBUS–Implementierungshinweise zum Entwurf DIN 19245 Teil 3
Version 1.0 vom 14.12.1995
(Indicaciones para implementación de PROFIBUS resp. proyecto DIN 19245, parte 3,
versión 1.0 del 14.12.1995)
Optische Übertragungstechnik für PROFIBUS
Version 1.1 von 07.1993 (Técnica de transmisión óptica para PROFIBUS, versión 1.1 de 07.1993)
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:
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Cable a dos hilos trenzados y/o apantallados (impedancia característica 150 Ω).
Fibras ópticas de vidrio y plástico
Sistemas de transmisión inalámbrica.
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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 PROFIBUSDP, 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 1158-2.
 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.
2.2. 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.
2.2.1. 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”.
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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
2.2.2. 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).
Ejemplo configuración Maestro-esclavo
2.3. Protocolo PROFIBUS-DP
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.
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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:
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.
S7-400:
CPU 41X-DP (sólo maestros). Puertos: 1 MPI y 1 DP integrados.
Resto CPU41X – requieren un módulo de comunicaciones DP (IM467 o CP443-5).
S7-1200
Estas recientes CPU pueden participar en Profibus como maestros o esclavos según se
configure la red. Requieren un modulo de comunicación DP como los CM1242-5 Y CM12435.
S7-1500
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 CM1542-5 Y
CM1543-5.
3. 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.
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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:
http://www.profibus.com/pi-organization/regional-pi-associations/spain/productos/archivos-gsd/
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
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Ejemplo de configuración
Requisitos de Hardware y Software:
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10.
PC, Sistema Operativo Windows
Software STEP 7 V 5.x
Interfaz RS232-USB/MPI para PC (p.e. PC- Adapter)
Fuente de Alimentación: PS 307 2A
CPU: CPU 314C-2DP
Esclavo Periferia de E/S distribuidas ET 200L.
Esclavo Periferia de E/S distribuidas ET 200S.
Esclavo Periferia de E/S distribuidas ET 200iSP
Cables Profibus
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.
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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.
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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 S7-300.
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.
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• 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:
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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.
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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:
•
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•
•
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)
3.3.1. 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.
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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 0-128. Áreas superiores a 128 no las admite.
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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.
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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
113652. 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 2383630.
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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
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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 S7-300. 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: http://support.automation.siemens.com
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3.3.2. 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.
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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 PROFIBUSDP
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.
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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.
3.3.3. 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.
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3.3.4. 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.
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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 65536 bytes para cada tipo de E/S.
Podemos direccionar como:
IMAGEN DEL PROCESO DE LAS ENTRADAS (PAE):
Entrada
Byte de entrada
Palabra de entrada
Palabra doble de entrada
E
EB
EW
ED
0.0 a 65535.7
0 a 65535
0 a 65534
0 a 65532
IMAGEN DEL PROCESO DE LAS SALIDAS (PAA):
Salida
Byte de salida
Palabra de salida
Palabra doble de salida
A
AB
AW
AD
0.0 a 65535.7
0 a 65535
0 a 65534
0 a 65532
PEB
PEW
PED
0 a 65535
0 a 65534
0 a 65532
PAB
PAW
PAD
0 a 65535
0 a 65534
0 a 65532
ENTRADAS EXTERNAS:
Byte de entrada de la periferia
Palabra de entrada de la periferia
Palabra doble de entrada de la periferia
SALIDAS EXTERNAS:
Byte de salida de la periferia
Palabra de salida de la periferia
Palabra doble de salida de la periferia
Todas estas entradas y salidas pueden ser de dos tipos:
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• 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 127.7. 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 383.
5. 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.
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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.
5.1. 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”.
5.2. 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.
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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”.
5.3. 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”.
5.4. 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
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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
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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:
Como CPU esclavo podemos tener.
Como Esclavos de periferia distribuida:
S7-400 o S7300
S7 300 o S7 200
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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
EB124
AB200
L
T
EB100
AB124
OB1 del Maestro
L
T
EB124
AB100
L
T
EB200
AB124
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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:
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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 PCAdapter 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.
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