Cuando se integra un variador de frecuencia, un transmisor de presión o un encoder en una red PROFIBUS DP, el protocolo de comunicación resuelve cómo viajan los datos entre el maestro y el esclavo, pero no define qué significan esos datos. Esa tarea corresponde a los perfiles de aplicación. Conocer su estructura permite seleccionar dispositivos con mayor criterio, reducir el tiempo de ingeniería y facilitar el mantenimiento durante todo el ciclo de vida de la planta.
Qué es un perfil de aplicación
PROFIBUS DP está normalizado en IEC 61158 e IEC 61784-1, dentro de la familia de perfiles de comunicación CPF 3 [1]. Estas normas especifican la capa física, el acceso al medio y los servicios de intercambio cíclico y acíclico. Sin embargo, un mismo tipo de dato, por ejemplo una palabra de 16 bits, puede representar una consigna de velocidad en un equipo y un estado de alarma en otro.
Un perfil de aplicación (application profile) es una especificación independiente del fabricante que se implementa en los dispositivos PROFIBUS para que equipos de distintos fabricantes presenten un comportamiento uniforme [2]. El perfil fija, como requisito obligatorio, la estructura de los datos cíclicos, el modelo de parámetros, la máquina de estados del dispositivo y el formato de diagnóstico. Los perfiles son elaborados y mantenidos por grupos de trabajo de PROFIBUS & PROFINET International (PI) y constituyen una capa adicional sobre el protocolo de comunicación.
Clasificación de los perfiles
PI agrupa los perfiles en tres categorías:
- Perfiles de aplicación generales (common application profiles): definen funciones transversales que pueden incorporarse en cualquier clase de dispositivo, como la comunicación de seguridad o la identificación.
- Perfiles de aplicación específicos (specific application profiles): describen las propiedades de una familia de dispositivos o de un sector industrial determinado.
- Perfiles de sistema (system profiles): definen las funciones que debe ofrecer la contraparte del dispositivo, es decir, el maestro (PLC o controlador DCS) y su herramienta de ingeniería. El Host Application Profile establece qué funciones del lado del host requiere cada perfil de aplicación [3].
La siguiente tabla resume los perfiles de uso más frecuente:
| Perfil | Tipo | Ámbito |
|---|---|---|
| PROFIsafe | General | Comunicación de dispositivos de seguridad con controladores de seguridad |
| Identification & Maintenance (I&M) | General | Identificación electrónica y datos de mantenimiento del dispositivo |
| Time Stamp | General | Registro de eventos con marca de tiempo |
| Slave Redundancy | General | Dispositivos de campo con comunicación redundante |
| PROFIdrive | Específico | Accionamientos eléctricos, desde variadores simples hasta control de movimiento |
| PA Devices | Específico | Instrumentación y actuadores de procesos continuos |
| Encoder | Específico | Codificadores rotativos, angulares y lineales |
| Ident Systems | Específico | Lectores de código de barras y sistemas RFID |
| Remote I/O | Específico | Periferia descentralizada para automatización de procesos |
| Low Voltage Switchgear | Específico | Aparamenta de baja tensión |
Relación con las versiones DP-V0, DP-V1 y DP-V2
Cada perfil se apoya en los servicios de la versión de protocolo que necesita. El intercambio cíclico de DP-V0 transporta consignas y valores de proceso; el acceso acíclico de DP-V1 permite leer y escribir parámetros, consultar datos I&M y recibir alarmas; y las funciones de DP-V2, como el modo isócrono (isochronous mode) y la comunicación directa entre esclavos (slave-to-slave), son la base de las clases de aplicación de control de movimiento de PROFIdrive y de las versiones recientes del perfil Encoder [4][5].
Beneficios de trabajar con perfiles
Interoperabilidad e intercambiabilidad. Dos dispositivos que implementan el mismo perfil exponen datos con igual estructura y significado. Esto simplifica el reemplazo de equipos en terreno y reduce el inventario de repuestos asociado a configuraciones particulares.
Menor esfuerzo de ingeniería. El programa del controlador puede escribirse una vez contra la interfaz del perfil y reutilizarse en distintos proyectos. Las bibliotecas de bloques de función basadas en perfiles evitan desarrollar rutinas específicas para cada modelo de dispositivo.
Diagnóstico homogéneo. Los perfiles definen mecanismos comunes de diagnóstico, lo que permite al personal de mantenimiento interpretar el estado de dispositivos diferentes con un mismo criterio.
Seguridad funcional sobre la misma red. PROFIsafe permite transportar datos de seguridad por el mismo cable y la misma infraestructura que los datos estándar, sin requerir una red dedicada [6].
Continuidad tecnológica. Perfiles como PROFIdrive, PA Devices, PROFIsafe y Encoder están definidos de forma independiente de la red de transporte. Las competencias y el software desarrollados en torno a un perfil conservan su valor ante una eventual migración de la infraestructura de comunicación.
Cómo se aplican: tres casos representativos
PROFIdrive en accionamientos
PROFIdrive está normalizado como IEC 61800-7, donde corresponde al perfil tipo 3; la parte IEC 61800-7-303 define su correspondencia con PROFIBUS DP [4]. El perfil organiza los accionamientos en seis clases de aplicación (application classes): la clase 1 cubre accionamientos estándar con consigna de velocidad, como bombas, ventiladores y agitadores; la clase 3 corresponde a accionamientos de posicionamiento con control de movimiento local; y las clases 4 a 6 abordan el control de movimiento con interpolación central o sincronismo distribuido [4].
En la práctica, el ingeniero selecciona un telegrama estándar. El telegrama estándar 1 transmite la palabra de control STW1 y la consigna de velocidad NSOLL_A desde el maestro, y recibe la palabra de estado ZSW1 y la velocidad real NIST_A desde el accionamiento. Los bits de STW1 y ZSW1 obedecen a una máquina de estados definida por el perfil, por lo que la secuencia de habilitación, marcha y reconocimiento de fallas se programa una sola vez. El acceso acíclico a parámetros, la identificación del dispositivo y la lectura del búfer de fallas también siguen un modelo común [4].
Perfil PA en instrumentación de procesos
El perfil para dispositivos de control de procesos (PA Devices) describe transmisores, válvulas, dispositivos binarios y analizadores mediante un modelo de bloques: un bloque físico (Physical Block) con los datos del equipo, bloques transductores (Transducer Blocks) con el procesamiento de la medición y bloques de función (Function Blocks) como entrada analógica, salida analógica o totalizador [7].
Cada valor de proceso se transmite junto con un byte de estado. A partir de la versión 3.02, este estado puede presentarse en formato condensado conforme a la recomendación NAMUR NE 107, con las categorías falla, verificación de función, fuera de especificación y mantenimiento requerido [8]. Así, el sistema de control recibe en cada ciclo una indicación de la calidad del valor.
El perfil también contempla archivos GSD de perfil (profile GSD), genéricos para una clase de dispositivo, y la adaptación automática del número de identificación, que facilitan el reemplazo de un instrumento sin modificar la configuración del maestro. La versión 4 incorpora los parámetros esenciales de la recomendación NAMUR NE 131, orientados a acelerar la puesta en marcha y el reemplazo de equipos [7].
PROFIsafe e I&M como funciones transversales
PROFIsafe, publicado como IEC 61784-3-3, aplica el principio de canal negro (black channel): los mecanismos de seguridad residen en los extremos de la comunicación, de modo que los componentes de red no requieren calificación de seguridad. Es apto para aplicaciones hasta SIL 3 según IEC 61508 e IEC 62061, y PL e según ISO 13849 [6].
Las funciones I&M, por su parte, son obligatorias desde 2005 en todos los dispositivos PROFIBUS que ofrecen servicios acíclicos. Permiten leer de forma estandarizada el código de fabricante, la referencia de catálogo, el número de serie y las versiones de hardware y software [9]. Su principal aporte es el inventario electrónico de la planta y la trazabilidad de versiones.
Pasos prácticos para aplicar un perfil
- Identificar el perfil y, cuando corresponda, la clase de aplicación requerida por el proceso.
- Seleccionar dispositivos certificados por PI que declaren el perfil y su versión.
- Verificar que el maestro y la herramienta de ingeniería soporten las funciones exigidas, según el Host Application Profile [3].
- Importar el archivo GSD (General Station Description) del fabricante o, cuando aplique, el GSD de perfil [10].
- Configurar los módulos o telegramas definidos por el perfil y emplear bloques de función basados en él.
- Incorporar los datos I&M y el diagnóstico estandarizado en los procedimientos de mantenimiento.
Conclusión
Los perfiles convierten a PROFIBUS DP en algo más que un medio de transporte de bits: le otorgan significado a cada dato intercambiado. Su aplicación sistemática, desde la especificación técnica de compra hasta la programación y el mantenimiento, reduce el esfuerzo de ingeniería, homogeneiza el diagnóstico y facilita la sustitución de equipos en plantas de manufactura y de procesos.
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Este artículo es parte de nuestra guía de comunicaciones industriales.
Referencias
[1] IEC 61158 (series) e IEC 61784-1. Industrial communication networks – Fieldbus specifications / Profiles. Comisión Electrotécnica Internacional.
[2] PROFIBUS & PROFINET International. Guideline for Application Profiles. PI.
[3] PROFIBUS & PROFINET International. Host Application Profile, V1.3. PI.
[4] IEC 61800-7-203 e IEC 61800-7-303:2015. Adjustable speed electrical power drive systems – Generic interface and use of profiles for power drive systems – Profile type 3. Complementariamente: PI, PROFIdrive – Profile Drive Technology, Order No. 3.172.
[5] PROFIBUS & PROFINET International. Encoder Profile, Order No. 3.162. PI.
[6] IEC 61784-3-3. Industrial communication networks – Profiles – Functional safety fieldbuses – Additional specifications for CPF 3. Complementariamente: PI, PROFIsafe – Profile for Safety Technology on PROFIBUS DP and PROFINET IO, Order No. 3.192.
[7] PROFIBUS & PROFINET International. Profile for Process Control Devices (PA Devices), V4.02, Order No. 3.042. PI.
[8] NAMUR. NE 107 – Self-Monitoring and Diagnosis of Field Devices.
[9] PROFIBUS & PROFINET International. Profile Guidelines Part 1: Identification & Maintenance Functions, Order No. 3.502. PI.
[10] PROFIBUS & PROFINET International. Specification for PROFIBUS Device Description and Device Integration, Volume 1: GSD, Order No. 2.122. PI.
