PROFIBUS versus PROFINET: Estrategias de comparación y migración

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PROFIBUS y PROFINET son dos protocolos de comunicación para uso en automatización industrial. Ambos han sido ampliamente implementados y desarrollados por la organización PI (PROFIBUS & PROFINET Interna­tional).

PROFIBUS es un bus de campo en serie clásico basado en RS-485, mientras PROFINET es un estándar de Ethernet industrial. Comparten similitudes por su origen común, pero PROFINET tiene capacidades adicionales que le permiten ofrecer una comunicación más rápida y más flexible.

A continuación se exploran las diferencias entre ellos y se explican las estrategias de migración de PROFIBUS a PROFINET.

En la Tabla 1 se resumen las similitudes y diferencias entre PROFIBUS y PROFINET.

 

PROFIBUS versus PROFINET: Estrategias de comparación y migración

 

Los archivos de descripción general de estación (GSD) definen el hardware PROFIBUS y PROFINET; estos archivos emplean ASCII y XML, respectivamente.

PROFIBUS y PROFINET también comparten los mismos perfiles de aplicación. Los perfiles de aplicación son estándares dentro de familias de dispositivos que definen cómo usar datos PROFIBUS o PROFINET para garantizar la interoperabilidad y la intercambiabilidad. También garantizan un planeamiento rápido y sin inconvenientes, el comisionamiento y la operación de dispositivos y sistemas de automatización modernos de distintos fabricantes.

Algunos de los perfiles más utilizados son:

  • PROFIsafe – Seguridad funcional
  • PROFIenergy – Administración de energía
  • PROFIdrive – Accionamientos y motores
  • Process Automation – Procesos continuos

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

Teniendo en cuenta que PROFINET usa Ethernet estándar, es una solución a prueba del futuro. A medida que se avanza con mejoras en Ethernet comercial, también las aprovecha PROFINET. Por ejemplo, PROFINET comenzó a funcionar en Ethernet de 100 Mbit/s, pero, hoy en día, PROFINET puede ejecutarse en Gigabit Ethernet (y aún en velocidades superiores). La conversión a una comunicación basada en Ethernet ofrece un mayor ancho de banda, un mayor tamaño de mensaje y un espacio de direcciones ilimitado (en realidad, un espacio de direccionamiento limitado sólo por el procesador y la memoria del controlador, no por la especificación de PROFINET).

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

En un modelo proveedor/consumidor, donde cualquier nodo se puede comunicar cuando sea necesario, y dado que las redes Ethernet son redes conmutadas, no existen colisiones de mensajes. Full dúplex significa que los dispositivos pueden enviar y recibir información en líneas separadas, sin necesidad de esperar que el medio físico esté disponible.

PROFIBUS evita colisiones utilizando un enfoque maestro/esclavo. La comunicación maestro/esclavo es eficiente, pero más lenta. El maestro administra la red y los nodos solamente pueden transmitir datos cuando son encuestados por el maestro.

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

Muchas empresas han desarrollado sus gateways para hacer traducciones de otras redes a PROFIBUS. Por su parte, PROFINET ha ido un paso más allá al definir el uso de proxies en sus propias especificaciones. Los proxies funcionan como gateways que traducen un protocolo a otro, pero a diferencia de los gateways, se definen en un estándar abierto.

Hoy en día, PROFINET cuenta con proxies disponibles para PROFIBUS DP, PROFI­BUS PA, AS-i, IO-Link, DeviceNet, Foundation Fieldbus, CANopen, Modbus, HART, etc. Por ejemplo, los proxies IO-Link y AS-i permiten la comunicación con dispositivos inteligentes sin requerir un puerto Ethernet.

 

Adopción actual

PI realiza una auditoría anual para cuantificar la instalación de nuevos nodos PROFIBUS y PROFINET. Según la auditoría de 2016, PROFIBUS y PROFINET agregaron 2,4M y 3,6M dispositivos, respectivamente. 2016 fue el primer año en que PROFINET vendió más nodos que PROFIBUS, pero todavía existen más de 56,1M nodos PROFIBUS instalados en todo el mundo.

 

Figura 1. Número de nodos PROFINET instalados.

 

Figura 2. Relación entre nodos PROFINET y PROFIBUS.

 

Migración de PROFIBUS a PROFINET

PROFINET aprovecha las tecnologías PROFIBUS existentes para garantizar una migración fluida y económicamente rentable entre ellos.

Dependiendo del estado de la planta y de la tecnología de red actualmente disponible, hay dos enfoques de migración: instalación totalmente nueva (greenfield) o mejora sobre una existente (brownfield).

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

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

Figura 3. Diagrama de un proxy instalado entre un backbone PROFINET y dispositivos PROFIBUS.

 

En la figura 3 se muestra un proxy instalado entre un backbone PROFI­NET y dispositivos PROFIBUS. El proxy funciona como un dispositivo PROFINET más en la red y representa todos los componentes PROFIBUS conectados al mismo.

Los datos proporcionados por los esclavos PROFIBUS son traducidos dentro del proxy al protocolo PROFINET.

El proxy también actúa como maestro dentro del protocolo de comunicaciones tipo maestro/esclavo de PROFIBUS. Además, los proxies se pueden usar en redes PROFINET allí donde se registran atmósferas clasificadas en las cuales la tecnología Ethernet no puede ser instalada. En estos casos, lo recomendable es usar PROFIBUS PA u otros buses.

 

Resumen

Por cierto que hay diferencias sustanciales entre PROFIBUS y PROFINET, especialmente en lo relativo a su performance.  Aun cuando la adopción de PROFINET haya sobrepasado a la de PROFIBUS durante 2016, esto no quiere decir que PROFIBUS esté desapareciendo, sino que está migrando lentamente hacia nuevas tecnologías, tales como PROFINET.

Las redes PROFIBUS son ampliamente utilizadas en la industria de automatización de procesos y son, de hecho, un requerimiento en ambientes clasificados. Por supuesto que existen diversas estrategias de migración, pero las tecnologías desarrolladas por PI aseguran un proceso de migración fluido y eficiente en cuanto al factor de costo.

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

 

Preparado con material suministrado por Autex Control Industrial, de Villa María, Córdoba.

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