2-Fundamentos FF Final Uni
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INTRODUCCION AL FIELDBUS
Componentes de la capa Física
componentescomponentes de la de la CapaCapa FFíísicasica::
TransmisorTransmisor
Caja de UniónCaja de Unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de operaciónEstación de operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
Interfase H1 de controladorFuente de Alimentación/Acondicionador de
Señal.CableTerminadorCajas de Unión
- Caja de unión pasivas - Protectores de segmento- Barreras de campo
Protectores de Picos
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
ProtectoresDe PicosProtectoresDe Picos
componentes - DCS
DCS DCS –– SistemaSistema de Control de Control DistribuidoDistribuido
-- FunciFuncióónn de Controlde Control-- PoseePosee un un programaprograma parapara construcciconstruccióónn e e interconexiinterconexióónn
de de bloquesbloques de de funcifuncióónn--PuedePuede poseerposeer unauna tarjetatarjeta parapara conexiconexióónn directadirecta deldel
SegmentoSegmento H1H1
TransmisorTransmisor
Caja de uniónCaja de unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
componentes – Fuente de Alimentación
FuenteFuente de de AlimentaciAlimentacióónn FieldbusFieldbus
--FunciFuncióónn de de AlimentarAlimentar al al SegmentoSegmento H1H1-- PoseePosee adecuadaadecuada impedanciaimpedancia parapara la redla red
-- PuedePuede incluirincluir funcionesfunciones de de diagndiagnóósticostico avanzadoavanzado
TransmisorTransmisor
Caja de UniónCaja de Unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
componentes – Cables
TransmisorTransmisor
Caja de uniónCaja de unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de ALimentaciónFuente de ALimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
CablesCables-- FunciFuncióónn de de llevarllevar datosdatos de de energenergííaa parapara todostodos
loslos componentescomponentes--CaracterCaracteríísticassticas de de acuerdoacuerdo con la con la normanorma
IEC 61158IEC 61158--22
componentes – Cajas de Distribución
TransmisorTransmisor
Caja de uniónCaja de unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
CajasCajas de de DistribuciDistribucióónn--FunciFuncióónn de de crearcrear derivacionesderivaciones parapara
el cable el cable TroncalTroncal (spurs)(spurs)--PuedePuede incluirincluir resistor de resistor de terminaciterminacióónn
--PuedePuede incluirincluir protecciproteccióónn contra contra cortocorto--circuitocircuitoy y aislamientoaislamiento galvgalváániconico
componentes – Resistores de Terminación
ResistoresResistores de de TerminaciTerminacióónn--FunciFuncióónn de de evitarevitar reflexionesreflexiones de la de la seseññalal
de de comunicacicomunicacióónn--PoseePosee especificacionesespecificaciones de de acuerdoacuerdo con la con la normanorma
IEC 61158IEC 61158--22
TransmisorTransmisor
Caja de UniónCaja de Unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
componentes – Instrumentos
InstrumentosInstrumentos-- FunciFuncióónn de de informarinformar, , recivirrecivir o o ejecutarejecutar tareastareas
referentesreferentes al al processoprocesso--DebeDebe ser compatible con el ser compatible con el protocoloprotocolo de red de red
en en cuesticuestióónn
TransmisorTransmisor
Caja de UniónCaja de Unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
componentes – Protectores de Picos
ProtectoresProtectores de de PicosPicos-- FunciFuncióónn de de protegerproteger fuentesfuentes de de alimentacialimentacióónnFieldbusFieldbus, , instrumentosinstrumentos, , cajascajas de de distribucidistribucióónn
o DCS contra o DCS contra transitoriostransitorios
TransmisorTransmisor
Caja de UniónCaja de Unión
ActuadorActuador
DCSDCS
Estación de OperaciónEstación de Operación
Cable EthernetCable Ethernet
Fuente de AlimentaciónFuente de Alimentación
DIO
Termopar/RTDTermopar/RTD
InterfaseFieldbusInterfaseFieldbus
DIO
TerminadorTerminador
CableCable
H1 BusH1 Bus
EthernetEthernet
Protectoresde PicosProtectoresde Picos
Limitaciones de la Capa Física
DCS DCS –– SistemaSistema de Control de Control DistribuDistribuíídodoLimitacionesLimitaciones::
--NNúúmeromero de de direccionesdirecciones de de nodosnodos-- NNúúmeromero de de bloquesbloques de de FunciFuncióónn queque puedenpueden serser
utilizadosutilizados-- NNúúmeromero de VCR (de VCR (RelacionesRelaciones de de comunicacicomunicacióónn Virtual)Virtual)
Publish/Subscriber, Client/Server, Source/SinkPublish/Subscriber, Client/Server, Source/Sink-- TiempoTiempo de de MacrocicloMacrociclo
FuenteFuente de de AlimentaciAlimentacióónnLimitacionesLimitaciones::
-- TensiTensióónn suministradasuministrada parapara el el segmentosegmento H1H1-- CorrienteCorriente suministradasuministrada parapara el el segmentosegmento H1H1
Limitaciones de la Capa Física
CablesCablesLimitacionesLimitaciones::
-- TamaTamaññoo del del troncotronco-- TamaTamaññoo del spurdel spur-- CaCaíídada de de tensitensióónn
-- ResistenciaResistencia y y CapacitanciaCapacitancia
CÓDIGO MANCHESTER II
Modulación de corriente
1 0 1 1 0
10mA
1mA
19mA
1 bit1 bit
t
I
Arquitectura Fieldbus Foundation
FF
FF-HSE
Dispositivo Link
Instrumentación
PLC/SDCD
nivel H2: HSE
nivel H1: FF
FFDispositivo Link
Arquitectura Fieldbus Foundation
FF
FF-HSE
Dispositivo Link
Instrumentación
PLC/SDCD
2 hilos – datos y alimentación
PLC/SDCDMaestro
Clase 1
High Speed Ethernet
Par trenzado
o Fibra Óptica
Aplicación HSE Control Descentralizado
H1 Automatización de Procesos
Protocolo
Protocolo FF
- comunicación esclavo – esclavo
- Servcios acíclicos para operación
Ethernet
10 / 100 MBits/s 31,25 KBits/sFísico
Perfil de comunicación
Bloques de Función
AO 110
PID 110
AI 110
Antes, los bloques de Función se encontraban en el Sistema de Control:
4-20 mA
4-20 mA
CLP/SDCD
4-20 mA
4-20 mA
PLC/DCS
AO 110
PID 110
AI 110
Bloques de Función para Control distribuído en los instrumentos de campo
Bloques de Función
FF – H1 (IEC 61158-2)
FF - H2 (HSE)Dispositivo Link
Instrumentación
PLC/SDCDPLC/SDCD
FF-HSE 30
10/100MBits/s
Fibra Ótica o Cobre
500 /100metros
FF – H1 32
31,25 KBits/s
Cobre
1900metros
Arquitectura Fieldbus Fundation
comparativo
• El nivel H1 es utilizado para instrumentos de campo
• El nivel HSE es utilizado en el nivel de Control• Los niveles H1 y HSE se complementan
H1 HSETasa de transmisión 31.25 kbit/s 10 Mbit/s or 100 Mbit/sDistancia por segmento 1.900m 100 m 2 hilos Sí NoEnergía en bus Sí NoSeguridad intrínseca Sí NoRedundancia No SíDeterminismo Sí Sí (con switches)
FF – HSE
HSE - CARACTERÍSTICAS
• Solamente el nivel HSE permite total Redundancia de red
• Construido para comunicación Ethernet• Varias opciones de Cables disponibles, incluyendo
par trenzado, fibra óptica y sin hilo.• Varios proveedores de equipamientos industriales y
comerciales• Elevada velocidad a 100 Mbit/s (1 Gbit/s en el futuro)
HSE - Características
SWITCH
Dispositivos Link
Estación
Switch
DispositivoLink
Estación
Estación
DispositivoLink
DispositivoLink
Instrumentos
FF – H1
FF – H1
FF – H1
Cable con par trenzado, apantallado
Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)
A
B
Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)Energía y comunicación a través de un único par de hilos (Ex y No Ex)
FF-H1
FF-H1
Repetidor
Instrumentación
Tasa de transmisión fijaen 31,25 Kbit/s
Máximo de 251 Bytes por telegrama
FF – H1
Posibilidad de uso de la conexión inversa
A
B
A
B
+ - - +
Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)
FF – H1
Máximo de 32 participantes por segmento – No Ex
FF – H1 – 31,25 Kbit/s
Repetidor
FF - H1
1 2 3 4 32 nós
Máximo de 10 participantes por segmento – EEx ia IICFF – H1 – 31,25 Kbit/s
Repetidor
FF - H1
1 2 3 4 10 nós
Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)
FF – H1
Máximo de 1900m - Aplicaciones No Ex
FF – H1 – 31,25 Kbit/s
Repetidor
1 2 3 4 32 nós
Máximo de 1000m – Aplicaciones ExFF – H1 – 31,25 Kbit/s
Repetidor
1 2 3 4 10 nós
FF - H1
FF - H1
Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)
FF – H1
Máxima Longitud de Spur – Aplicación No Ex
FF – H1 – 31,25 Kbit/s
Acoplador de Segmentos
FF – H1
1 2 3 4 32 nodos
Número de nodos 1 – 12 13 – 14 15 – 18 19 – 24 25 – 32
Máximo Spur 120m 90m 60m 30m 1m
transmisión física MPB (IEC 61158-2)
FF – H1
Máxima Longitud de Spur – Aplicación Ex
FF – H1 – 31,25 Kbit/s
Acoplador de Segmentos
FF – H1
1 2 3 4 10 nodos
Número de nodos 1 – 10
Máximo Spur 30m
Transmisión Física MPB (IEC 61158-2)
FF – H1
Direccionamiento
como en PROFIBUS, todos los dispositivos de campo requieren una única y exclusiva dirección
Diferencia: No hay Direccionamiento a travess de hardware (ejm.: DIP-switches)
Cada dispositivo FF será fabricado con una identificación única:
– Codificación : XXXXXX YYYY ZZZZZZZZZZZZZZ
Nùmero de SerieTipo de Dispositivo
Fabricante
Ejemplo: 502B46 0003 12345678901234
– 502B46 = Pepperl+Fuchs– 0003 = TM-I– 1234... = Número de Serie
Dependiendo del caso es posible conectar varios dispositivos de campo con la mismo dirección de Hardware en la red
– Esta funcionalidad necesita ser soportada por el controlador H1
El DCS crea el “Live list”
A traves del identificador y la “Live List” el dispositivo de campo puede ser configurado con una dirección válida
– Esto normalmente es realizado automaticamente por el DCS– Los instrumentos de campo son entregados pre-configurados
Direccionamiento
Basic Function BlocksAnalog InputAnalog otputBias & GainControl SelectorDiscrete Input Discrete otputManual LoaderPD ControlPID ControlRatio Control
Basic Process ControlAdvanced Function BlocksAnalog AlarmArithmeticDeadtimeDevice ControlInput SelectorIntegratorLead/LagSetpoint Ramp GeneratorSignal CharacterizerSplitterTimer
Advanced Process Control
H1 + HSE
Function Block
Flexible Function Blocks - BasicMultiple Input/otput - 8 Channel I/O
♦ Discrete and Analog ♦ Basic I/O Interfacing and Data Acquisition
Flexible Function Blocks -Application Specific♦ Batch/Discrete/Hybrid Control♦ PLC Sequencing – Startup/Shutdown♦ Variable Speed Drive Control♦ Gateways to Other Protocols ♦ Supervisory Data Acquisition♦ Advanced I/O Interfacing♦ Multivariable Control and Optimization
Batch/Discrete/Hybrid Control
SIS Function BlocksAnalog InputAnalog otputDiscrete Input Discrete otputAnalog VoterDiscrete VoterAND/OR/XOR
Safety Instrumented Systems
Function Blocks – Fundation Fieldbus