Dimensionamiento de red PROFIBUS DP
Una red PROFIBUS DP es una cadena de segmentos RS-485 separados por elementos activos — repetidores, hubs y módulos de enlace óptico. Cada segmento tiene su propio presupuesto de longitud, derivación y estaciones, fijado por la velocidad; la red en su conjunto tiene un espacio de direcciones, un slot time que crece con cada elemento activo y cada kilómetro de fibra, y un ciclo de bus. Esta página muestra esas verificaciones y las tablas que las respaldan.
Cuándo usar
Al elegir la velocidad de una red DP, al decidir dónde hace falta un repetidor o ProfiHub, cuando una estación debe colgar de una pieza en T en lugar del troncal, al dimensionar un enlace óptico entre edificios y al ajustar el TTR y el watchdog en la configuración del maestro.
Qué se dimensiona en una red DP
Una red PROFIBUS DP se describe por sus segmentos. El primero sale del maestro y puede terminar en un elemento activo — repetidor, ProfiHub o módulo de enlace óptico — del que salen segmentos nuevos, cada uno con sus terminadores. Cada segmento se verifica contra la velocidad: longitud total, capacitancia de las derivaciones y número de estaciones. Luego se verifica la red en su conjunto: direcciones, slot time, enlaces ópticos y ciclo de bus. A diferencia de DeviceNet, el par RS-485 no lleva alimentación, así que no hay presupuesto de caída de tensión; a diferencia de ControlNet, la longitud la fija la velocidad y no el número de taps.
La longitud y la derivación dependen de la velocidad
Cuanto mayor la velocidad, más corto el segmento: 1200 m a velocidades bajas, 100 m a partir de 3 Mbit/s. Las derivaciones cuentan en esa longitud y tienen además un límite propio en capacitancia, que se reduce con la velocidad hasta llegar a cero por encima de 1,5 Mbit/s. La herramienta también recorre las velocidades e informa la mayor en la que pasa toda la disposición — solo velocidades efectivamente verificadas, nunca una sin tabla.
Elementos activos, cascada y slot time
Cada elemento activo divide el bus y deja crecer la red, pero cuesta tiempo: la solicitud y la respuesta atraviesan cada unidad del camino y cada kilómetro de fibra. La herramienta suma esos retardos, los compara con el slot time por defecto del perfil y con la cantidad de cascada publicada por el fabricante y, en los enlaces ópticos, aplica también la fórmula de Siemens con los pisos de los módulos de 1300 nm. Cada enlace óptico tiene su presupuesto verificado — potencia emitida, sensibilidad, atenuación de la fibra, conectores y empalmes — junto con el alcance mínimo y máximo de la fibra. Hubs, OLM y los distribuidores ópticos donde terminan los enlaces suelen compartir gabinete; su espacio y sus regletas de alimentación se dimensionan en el dimensionamiento de rack 19”.
Direcciones, ciclo y watchdog
El lugar de estación es un límite local (32 por segmento); la dirección es un límite global (0 a 125, con 126 y 127 reservadas), y una dirección duplicada hace fallar la red. Con los bytes cíclicos de cada esclavo — E/S remotas, variadores, los módulos de comunicación de los cajones de CCM — la herramienta calcula el ciclo de bus, el TTR mínimo con 20 % de margen y las dos reglas de watchdog en uso. En un anillo óptico redundante comprueba además que haya una dirección libre por debajo del HSA y al menos 3 reintentos.
Lo que esta herramienta no cubre
No configura el maestro: los parámetros de bus que calcula son verificaciones para comparar con lo que genera la herramienta de ingeniería. Los cables que no son tipo A solo entran por la capacitancia declarada, y los elementos activos fuera del catálogo necesitan canales y retardo tomados de la hoja de datos. Los segmentos PA detrás de un acoplador DP/PA se dimensionan en el dimensionamiento de red PROFIBUS PA, y las redes de instrumentos que prescinden del acoplador, en el dimensionamiento de red Ethernet-APL.
Fórmulas y fundamentos
L_total = L_troncal + Σ L_derivación ≤ L_seg(velocidad) El criterio normativo; superarlo hace fallar el segmento. El techo de troncal de SMAR (380 m a 500 kbit/s, 193,4 m a 1,5 Mbit/s…) reserva presupuesto para las derivaciones y solo genera alerta.
C_deriv = (Σ L_derivación × C'_cable + n_conectores × C_conector) / 1000 ≤ C_max(velocidad) [nF] La capacitancia es el eje primario; el límite en metros se deriva de ella y cambia con el cable declarado (30 pF/m por defecto en el tipo A). Solo hay derivación donde la estación cuelga de una pieza en T — las estaciones encadenadas por el conector D-sub son troncal.
Tslot = maxTSDR + 2 × (Σ retardo_unidad + Σ L_fibra[km] × retardo_fibra) Cada elemento activo del camino y cada kilómetro de fibra retrasan la respuesta (fibra: 5 ns/m). Con módulos OLM se aplica también la verificación de Siemens Tslot = a + b·L_FO + c·N_OLM, y rige el mayor. Superar el slot time por defecto del perfil es alerta — la herramienta de ingeniería suele elevarlo; solo falla cuando se declara un Tslot configurado que no cubre el retardo.
Margen = (P_tx − sensibilidad) − (α × L + n_con × a_con + n_empalme × a_empalme) Por debajo de 3 dB el enlace genera alerta (reserva de envejecimiento); por debajo de 0 dB falla. Un enlace más corto que el mínimo de la fibra satura el receptor.
T_msg = 300 + 11 × bytes ; T_ciclo = T_token + T_GAP + Σ T_msg [tBit] Cada byte viaja como 11 bits; los bytes son entrada más salida del esclavo. T_token = 216 tBit y T_GAP = 99 tBit + TSL. La estimación (380 + n × 300 + bytes × 11) × tBit + 75 µs se muestra al lado como verificación cruzada.
TTR_min = 1,20 × [n_maestros × (T_token + T_msg,mayor) + Σ T_msg] ; WD = 6 × T_ciclo o 10 × TTR × tBit Margen del 20 % para reintentos. Las dos reglas de watchdog que circulan se muestran lado a lado; ninguna es normativa.
Normas y métodos
- IEC 61158-2 / EN 50170 — longitud de segmento RS-485 por velocidad
- IEC 61158-2 Tabla 105 — capacitancia de derivación
- SMAR, "Profibus-DP e Repetidores" — Tablas 1 y 2 (segmento, troncal, derivación)
- Manual PROCENTEC ProfiHub B2FO2+R — retardo por unidad, maxTSDR, cascada
- Siemens SIMATIC NET OLM Operating Instructions 06/2022 — Tslot con fibra, alcance y potencia
- M. Felser, PROFIBUS Manual — parámetros de bus, tiempo de ciclo, TTR
Valores típicos de referencia
| Magnitud | Rango típico | Observación |
|---|---|---|
| Longitud del segmento (cable tipo A) | 1200 m ≤ 93,75 kbit/s · 1000 m a 187,5 · 400 m a 500 · 200 m a 1500 · 100 m de 3 a 12 Mbit/s | — |
| Capacitancia total de derivación | 15 nF (9,6–19,2) · 3 nF (93,75) · 1 nF (187,5) · 0,6 nF (500) · 0,2 nF (1500) · 0 por encima | con 30 pF/m → 500 / 100 / 33,3 / 20 / 6,7 m de derivación |
| Troncal recomendado (SMAR Tabla 2) | 500 m (9,6–19,2) · 900 m (93,75) · 967 m (187,5) · 380 m (500) · 193,4 m (1500) · 100 m por encima | — |
| Estaciones por segmento | 32 | el elemento activo ocupa lugar en ambos lados |
| Direcciones | 0–125 utilizables · 126 de fábrica · 127 broadcast | — |
| Slot time por defecto (DP) | 100 tBit ≤ 187,5 · 200 a 500 · 300 a 1500 · 400 a 3 M · 600 a 6 M · 1000 a 12 Mbit/s | — |
| maxTSDR | 60 tBit ≤ 187,5 · 100 a 500 · 150 a 1500 · 250 a 3 M · 450 a 6 M · 800 a 12 Mbit/s | — |
| Datos cíclicos por esclavo | 244 bytes de entrada y 244 de salida | — |
| Margen óptico | ≥ 3 dB | — |
Ejemplo resuelto
Backbone con un ProfiHub y dos canales a 1,5 Mbit/s
Datos de entrada
- Velocidad / perfil
- 1500 / DP kbit/s
- Cable
- tipo A, 30 pF/m
- Backbone — troncal
- 150 m
- Backbone — estaciones
- PLC-01 (clase 1, dir. 2), HMI-01 (clase 2, dir. 1), RIO-01/02 (32 entrada / 16 salida), FT-01 (10 entrada) —
- Derivación del FT-01 por pieza en T
- 3 m
- Elemento activo al final del backbone
- ProfiHub B4+ (HUB-01) —
- Canal 1 — VFD-01…04 (4 entrada / 4 salida)
- 120 m
- Canal 2 — MCC-01…03 (8 entrada / 4 salida)
- 80 m
Resultados
- Longitud del backbone (150 + 3)
- 153 m de 200
- Troncal del backbone
- 150 m de 193,4 recomendados
- Capacitancia de derivación
- 0,09 nF de 0,2 (≈ 6,7 m)
- Estaciones backbone / canal 1 / canal 2
- 6 / 5 / 4 de 32
- Slot time exigido (150 + 2 × 4)
- 158 tBit (por defecto 300)
- Ciclo de bus (10 esclavos, 174 bytes)
- 3,69 ms (estimación 3,60)
- TTR mínimo con 20 % de margen
- 8402 tBit (5,60 ms)
- Watchdog sugerido
- 22,1 a 56,0 ms
- Mayor velocidad viable
- 1500 kbit/s
La red pasa a 1,5 Mbit/s con todos los segmentos dentro de su presupuesto: el backbone usa 153 de 200 m, la derivación de 3 m consume 0,09 de los 0,2 nF admitidos y un hub suma solo 8 tBit a un slot time que tiene 300. La herramienta también muestra que 1,5 Mbit/s es el techo de esta disposición: a 12 Mbit/s el backbone falla (153 m contra 100 m) y la derivación del FT-01 pasa a estar prohibida. Bajar a 500 kbit/s también pasaría, pero el ciclo y el watchdog prácticamente se triplican (65 a 168 ms).
Errores comunes
- Contar solo el troncal. El límite del segmento es troncal más derivaciones: a 12 Mbit/s, un troncal de 150 m con una derivación de 3 m falla dos veces — 153 m contra 100 m, y una derivación donde no se admite ninguna.
- Colgar una estación en derivación entre 3 y 12 Mbit/s. Por encima de 1,5 Mbit/s la capacitancia de derivación admitida es cero; la estación va directo al troncal por el conector, o a un canal de hub, que es segmento y no derivación.
- Ramificar el bus en un punto pasivo. Solo un elemento activo puede tener más de un hijo de troncal; una ramificación en una pieza en T o en una estación hace fallar la red.
- Olvidar que el repetidor cuenta en los dos segmentos. Ocupa lugar de estación en la entrada y en cada canal que abre.
- Encadenar hubs sin mirar el tiempo. Cada unidad suma retardo en los dos sentidos; pasado el slot time por defecto el maestro deja de esperar la respuesta, y pasada la cantidad publicada por el fabricante la cascada no está garantizada.
- Suponer que una red sin maestro clase 1 está bien porque la capa física pasa. Sin maestro que recorra los esclavos no hay intercambio cíclico, y la red falla.
Preguntas frecuentes
¿Cuál es la distancia máxima de un cable PROFIBUS DP?
En cable tipo A, 1200 m por segmento hasta 93,75 kbit/s, 1000 m a 187,5 kbit/s, 400 m a 500 kbit/s, 200 m a 1,5 Mbit/s y 100 m de 3 a 12 Mbit/s — troncal más derivaciones. Las redes más largas se arman sumando segmentos con repetidores o hubs, o cubriendo la distancia con fibra.
¿PROFIBUS DP admite derivaciones?
Hasta 1,5 Mbit/s, limitadas por la capacitancia total (0,2 nF a 1,5 Mbit/s, unos 6,7 m de cable tipo A en todo el segmento). Por encima están prohibidas. Un canal de hub no es derivación: es un segmento terminado propio, y por eso un proyecto a 12 Mbit/s con hub cierra.
¿Cuántos repetidores o hubs puedo encadenar?
Lo que limita la cascada es el tiempo. La herramienta suma el retardo de cada unidad del camino y de la fibra, lo duplica (pregunta y respuesta) y suma el maxTSDR para obtener el slot time exigido. Aplica también la cantidad publicada por el fabricante del hub para parámetros de bus por defecto; superar cualquiera de los dos hace fallar la red, salvo que el proyectista haya elevado el slot time — entonces rige la fórmula.
¿Cómo calcula la herramienta el tiempo de ciclo DP?
Por esclavo, una pregunta y una respuesta con 300 tBit de estructura más 11 bits por byte cíclico; el ciclo suma el token y el mantenimiento de GAP con el slot time completo. La fórmula de estimación publicada se muestra al lado y se informa la divergencia entre ambas.
¿Y a 45,45 kbit/s?
Esa velocidad no tiene tabla publicada de derivación, troncal ni slot time en las fuentes adoptadas. La derivación se compara con la velocidad vecina más lenta como techo superior; lo que no puede verificarse sale como no evaluado, nunca como aprobado, y la velocidad nunca se sugiere como "mayor velocidad viable".
Glosario
- Segmento
- Tramo de bus RS-485 entre dos terminadores, con presupuesto propio de longitud, derivación y estaciones.
- Elemento activo
- Repetidor, hub o módulo de enlace óptico que regenera la señal y abre segmentos nuevos; suma retardo al slot time.
- Derivación (spur)
- Ramal desde una pieza en T hasta una estación; las estaciones encadenadas por el conector D-sub son troncal, no derivación.
- Slot time (TSL)
- Tiempo que el maestro espera la respuesta de un esclavo antes de darlo por ausente; debe cubrir el maxTSDR más el retardo de ida y vuelta del camino.
- TTR
- Target token rotation time — presupuesto de tiempo para una vuelta del token por todos los maestros.
- HSA
- Highest station address — el maestro solo busca estaciones nuevas hasta esta dirección.