1.4 Optical Access Technologies
1.4.1 Passive Optical Networks
1.4.1.4 Next Generation Optical Access Technologies
La capa física PROFIBUS PA tiene más latitud para la distribución de la red que la capa física PROFIBUS DP, incluyendo diferentes topologías como la troncal, de estrella o de árbol.
• Topología troncal: la red utiliza un cable prin- cipal con líneas auxiliares. Esta topología tan común también se recomienda para PA.
• Topología de estrella: una variación de la topología troncal donde una línea va a una caja de empalme y todas las líneas auxiliares salen de esa caja de empalme.
Topología de árbol:
• se parece mucho a un
árbol con ramas que salen de otras ramas. Esta topología no es muy utilizada.
Reglas básicas de diseño PROFIBUS PA
Los largos máximos auxiliares deben ser corre- 1.
lativos con la cantidad de líneas auxiliares. Utilice cable PROFIBUS PA clase A y de un sólo 2.
fabricante.
El largo total del cable depende del acoplador, aunque no debe 3.
exceder los 1.900 metros.
Asegúrese de que no haya más de nueve voltios en cada esclavo. 4.
La cantidad total de dispositivos depende del consumo de 5.
corriente.
Terminar cada segmento en sus extremos. 6.
Seguir las prácticas de puesta a tierra recomendadas. 7.
El diseño Intrínsecamente Seguro (IS) afecta el largo máximo de 8.
Explicación detallada de las reglas
1. Los largos máximos auxiliares deben ser correlativos con la cantidad de líneas auxiliares.
El largo máximo de cada línea auxiliar depende de la cantidad total de líneas auxiliares. Tenga en cuenta que el largo máximo auxiliar también depende de si es una red IS o no-IS.
Cantidad de líneas auxiliares
Largo máximo para no-IS Largo máximo para IS 1-12 120 m 60 m 13-14 90 m No se aplica 15-18 60 m No se aplica 19-24 30 m No se aplica 25-32 <1 m No se aplica
NOTA: Esta tabla supone lo siguiente:
Se está usando un cable clase A. PROFIBUS PA define las clases de a.
cables (como PROFIBUS DP). Siempre es mejor usar un cable clase A.
Sólo un instrumento por línea auxiliar. b.
La red tiene un diseño estrella. c.
Sin embargo, si la red se diseña con otra topología, estos mismos principios continúan siendo válidos. Actualmente, debido a los refle- jos, la topología de estrella es la menos indicada debido a la física de la propagación de la onda. Siempre que el diseño mantenga los lar- gos auxiliares dentro de los límites establecidos, la tabla funcionará. Estas pautas son conservadoras, pero en el diseño de red es bueno ser conservador; cuesta mucho dinero cambiar un diseño luego de que está instalado.
2. Utilice cable PROFIBUS PA clase A y de un sólo fabricante.
IEC 61158-2 define las diferentes clases de cables y afirma que se pueden mezclar diferentes clases, y que en longitudes cortas y con poca cantidad de dispositivos, el impacto no es grande. Sin embargo, se debe evitar en longitudes largas con muchos dispositivos, ya que la mezcla puede generar problemas en la red (errores de bit y pérdida de mensajes).
Aunque los cables PROFIBUS PA y DP pueden ser parecidos (diámetro y tamaño) tienen características eléctricas muy
utilizan diferentes valores de capacitancia e inductancia. Entonces, mezclar los cables de diferentes proveedores en la misma red puede generar reflejos. Lo mejor es usar un sólo proveedor en todo el segmento.
3. Largo total del cable y acoplador.
El largo total no puede exceder los 1.900 metros (6232 ft) para aplica- ciones no-IS usando cables clase A, y 1.000 metros (3280 ft) para aflic- ciones IS usando cables clase A. No obstante, el largo máximo también depende del consumo de energía de la red y de la tensión suministrada al acoplador. Los diferentes acopladores suministran diferentes tensio- nes, pero todos los dispositivos de la red deben tener al menos nueve voltios (ver regla 4 abajo). Por lo tanto, con algunos acopladores, el largo total no se soportará.
Para calcular el largo del segmento, sume el largo del cable troncal principal y la suma de todas las líneas auxiliares.
L
segmento= L
troncal+ ∑L
auxiliarLa correlación y la limitación de las 24 líneas auxi- liares/longitud son muy reales. Una vez tuve un cliente que no creía en esta tabla, entonces agregó un instrumento más en una línea auxiliar y "funcio- nó". Luego agregó otro y aún "funcionaba". Luego agregó un tercero, y los instrumentos comenzaron a desconectarse de la red y aparecieron mensajes de error en el Sistema de Control Distribuido (DCS).
Investigando, descubrimos que había ajustado su velocidad de reintento a 3, y una vez que llegó a 25 líneas auxiliares, los errores sí se generaban pero no se vieron hasta que agregó dos líneas más y los errores se acumularon lo suficiente como para ser reportados. Cuando regresó a 24 líneas auxiliares, la red recuperó su estado seguro, sin errores. Los números estaban raros, pero esto es simplemente físico y es lo que es.
Largo total = el largo del cable troncal principal más la suma de todas las líneas auxiliares.
L segmento
largo total del segmento L troncal
largo total de la línea troncal principal L auxiliar
largo de cada una de las líneas auxiliares
4. Mínimo de nueve voltios en cada esclavo.
Para encender un esclavo PROFIBUS DP se requiere al menos nueve vol- tios. Utilice la ley de Ohm para calcular el peor caso de caída de tensión en la red, verificando que jamás baje de los nueve voltios necesarios. Estos son los pasos (en la próxima sección hay un ejemplo):
I. Calcule el consumo total de corriente de los instrumentos de campo del I segmento.
I
segmento= ∑I
n+ I
máx. corriente de falla Para dispositivos PROFIBUS PA, hay dos corrientes posibles:el consumo de corriente nominal •
la corriente de falla máxima: la corriente máxima que el dispositi- •
vo pondrá en estado de falla. Para muchos dispositivos, este valor es 0 mA y ni siquiera se establece. Verifique las especificaciones para determinar la corriente de falla del dispositivo.
II. Calcule la peor caída de tensión posible.
V
caída= I
segmento *(R
bucle*L
segmento)
III. Calcule la tensión en los últimos dispositivos y verifique que esté por encima de los nueve voltios.
V
último= V
acoplador– V
caídaNOTAS:8
la resistencia de lazo típica de un cable clase A es 44 ohms/km •
• la tensión del acoplador es 31 V CC +/- 1 V para acopladores no-IS Siemens.
la tensión del acoplador es 13,5 V CC +/- 1 V
• para acopladores IS
Siemens. V caída
caída de tensión
I segmento
corriente total del segmento
R bucle
resistencia de lazo en el cable
L segmento
largo total del segmento KEY V último tensión en el último dispositivo V acoplador tensión suministrada por el acoplador V caída caída de tensión REGLA V último > 9V KEY I segmento
corriente total del segmento L n
corriente total deldis- positivo número ‘n’ I máx corriente de falla
corriente de falla máxima
5. La cantidad total de dispositivos depende del consumo de corriente. Como I segmento debe ser menor que la corriente suministrada por el acoplador, las especificaciones del acoplador tienen un gran impacto en la cantidad de dispositivos permitidos por segmento. Para aplicacio- nes no-IS, Siemens tiene un acoplador DP/PA que suministra 1 A de corriente, asegurándole la cantidad máxima de dispositivos permitidos. 6. Terminar cada segmento en sus extremos.
La terminación PROFIBUS PA es muy diferente a la DP. PROFIBUS PA uso un capacitor (1µF) y un resistor (100 ohm) en serie, y la red debe termi- narse en los extremos más lejanos. PA habitualmente utiliza el diseño de línea troncal y las terminaciones están ubicadas en los extremos del tronco.
A veces no es simple distinguir qué es línea troncal y qué es línea auxi- liar. La buena noticia es que tampoco interesa siempre que las líneas auxiliares definidas cumplan con los máximos determinados en la pri- mera regla mencionada antes.
7. Seguir las prácticas de puesta a tierra recomendadas.
Para aplicaciones IS y no-IS9, PROFIBUS International10 recomienda conectar el blindaje del cable a tierra en todos los dispositivos y usar una rejilla de puesta a tierra equipotencial. Una rejilla de puesta a tierra equipotencial es una red de varillas de tierra interconectada que asegu- ra que todas las partes de la planta estén en la misma tierra.
8. El diseño Intrínsecamente Seguro afecta el largo máximo de las auxi- liares y el largo total.
Siga las mismas reglas que para las aplicaciones de uso general que se describen anteriormente, salvo estas excepciones:
el largo máximo no puede exceder los 1.000 m •
use solo cables clase A •
• las líneas auxiliares deben tener menos de 60 m debe usar un acoplador IS o una barrera IS. •
9 Para aplicaciones no-IS, algunos manuales recomiendan conectar el blindaje del cable
a tierra en sólo un punto y llevar el blindaje continuamente de un dispositivo a otro en un segmento (es decir, tener un cable blindado corriendo continuamente a través de todo el segmento).
10 Installation Guideline for Cabling and Assembly. PROFIBUS International, No de pe-
dido: 8.022.
Las costumbres de la puesta a tierra son parecidas a la religión: varían de región en región. Las recomendaciones de PI son una buena guía, pero verifi que las normas locales, en especial en aplicaciones IS.