Automatizacin Industrial

Introduccin a las Redes de Comunicaciones Industriales

TEMA Introduccin a las Comunicaciones Industriales

1. Introduccin

2. Visin Histrica

3. Las Comunicaciones en los Entornos de Fabricacin

4. Tecnologas de la Informacin en el Control de Procesos

5. Arquitecturas de Fabricantes

ndice

Introduccin

Los Sistemas de Comunicacin proporcionan el esqueletosobre el se articulan las estrategias de automatizacin

Los sistemas de comunicacin industrial son mecanismos de intercambio de datos distribuidos en una organizacin industrial 9 Intercambio de datos on-line y, en los niveles inferiores de la

pirmide (sensores, actuadores, mquinas, clulas de fabricacin, etc.), se exige el requisito de tiempo real.

9 Intercambio de datos eficiente y de bajo coste temporal y econmico

Los procesos de tiempo real requieren una acotacin determinista mxima de sus tiempos de ejecucin

Objetivos

El objetivo primario del sistema de comunicacin es el de proporcionar el intercambio de informacin (de control) entre dispositivos remotos

Este intercambio de informacin puede realizarse en base a distintas tecnologas: 9 Comunicacin punto a punto analgica9 Comunicacin punto a punto digital9 Comunicacin punto punto hbrida 9 Comunicacin digital con bus de campo

Las tecnologas avanzadas admiten obtener prestaciones adicionales

Requerimientos de los Usuarios de Redes IndustrialesReduccin de la programacin

9 Evitar el manejo de datos por el PLC en funciones de control9 Evitar la programacin de nodos existentes al aadir nuevos nodos

Aumentar las prestaciones del sistema9 Determinismo9 Efectividad del ancho de banda

Reduccin del cableado9 Control, programacin y diagnosis sobre la misma red

Soluciones escalables9 Eleccin del controlador adecuado para el control, no para el manejo de datos9 Aadir o eliminar dispositivos sin influir en otros dispositivos del sistema

Reduccin de los tiempos de paro9 Diagnstico de los dispositivos9 Informacin predictiva

Automatizacin con PLCs (I)

Hace 20 aos Hace 10 aos

Automatizacin con PLCs (II)

Situacin Actual

Variedad de Dispositivos

MITSUBISHIMITSUBISHISIEMENSSIEMENSALLEN-BRADLEY........

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DeviceNetDeviceNet SinecSinecSinec

MelsecNetMelsecNet

Modelos Dependientes del Fabricante

Problemtica Histrica

Diferentes tipos de dispositivos Gran nmero de fabricantes Caractersticas diferentes de un mismo tipo de dispositivo Falta de normalizacin

Controlador de Clula

Dispositivosde control

API CN ROBOT

Operaciones- Control de tareas de la mquina - Supervisin- Control de produccin - Monitorizacin

Comunicaciones a Nivel de Clula

Controlador de Clula

Dispositivode control

API

CNROBOT

a) b)

Adaptador

Placa multipuerto

APICN ROBOT

c)

Servidor de terminales

RS 232C

Red local

Alternativas de Integracin Punto a Punto

Controlador de Clula

Dispositivode control

Red local

Dispositivode control

Dispositivode control

Caractersticas- Fiables- Fcil instalacin- Especficas de fabricante

Alternativas de Integracin Red Local Privada

Arquitectura MAP

Nace en la General Motors Objetivo: comunicar equipos de diferentes fabricantes Consistente con el modelo de referencia OSI de ISO Estandarizada para IEEE 802.3 y para IEEE 802.4 Servicios MMS Definida en ISO 9506 parte I y II

Alternativas de Integracin Industrial

Buses de actuadores sensores:9 Se han presentado mltiples iniciativas

8 Interbus-S de Phoenix Contact8 AS-i (Actuador-Sensor Interface)8 DeviceNet (Controller Area Network CAN)

Buses de campo:9 Se han presentado mltiples iniciativas

8 Bitbus de Intel8 FIP de origen francs8 PROFIBUS de origen alemn8 Comit ISA SP 50

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Mae

stro

Tiempo de ciclo breve y constante

Alta fiabilidad de la transmisin con datos de

pequeo tamao y alta eficacia del protocolo

Transmisin simultanea de datos de E/S y

mensajes sin influencia mutua

Manejo sencillo

Requisitos para el Bus de Sensores/Actuadores

Requisitos para el Bus de CampoCaractersticas de un Bus de Campo

9 Diseado para transmitir pequeas cantidades de datos9 Cubrir necesidades de tiempo real9 Tener gran compatibilidad electromagntica9 Nmero reducido de estaciones9 Fcil configuracin9 Protocolos simples y limitados9 Bajos costes de conexin9 Pseudoconsistente con el modelo OSI de ISO

Ventajas que Aporta9 Reducir coste de cableado de la instalacin9 Facilita la ampliacin o reduccin de elementos9 Permite integrar los dispositivos menos inteligentes

Integracin de dispositivos de control

Nivel decorporacin

Nivel de planta

Nivel de proceso

Nivel declula

Nivel decampo

Gestin y diseoHost y estacin de trabajo

Planificacin ycontrol de produccinEstacin de trabajo

Control del procesoEstacin de trabajo,PC industrial

FabricacinAPIs, CNs, Robots,PC industrial

Sensores, actuadores,pequeos sistemasde control

Clula A, B, C..

sensor actuador reguladorM

Pequeos autmatas

API CN

Estructura Jerrquica de la Comunicaciones Industriales

Estructura Jerrquica de la Comunicaciones Industriales II

Nivel medioPROFIBUS

Industrial Ethernet

Nivel actuador-sensor

Interfase actuador-sensor

PROFIBUS Nivel de campo

Industrial Ethernet Nivel de gestin

Vlvula

BUS DE CAMPO

Presin Temperatura Flujo

CONTROLADOR

Buses de Campo Los buses de campo conectan actuadores, controladores,

sensores y dispositivos similares en el nivel inferior de la estructura jerrquica de la automatizacin industrial.

Una arquitectura de bus de campo es un sistema abierto de tiempo real. Pero no necesariamente ha de conformarse con el modelo OSI de 7 capas, pues es ms importante que la conexin sea de bajo coste y alta fiabilidad frente a las posibilidades de interconexin a redes generales.

mensaje 1 mensaje 2 mensaje 3

Transmisor Actuador

Controlador

Comunicacin Digital: Buses de Campo Objetivo: Reduccin y simplificacin del cableado a costa de

reducir la disponibilidad de la informacin (codificacin digital muestreada en el tiempo y discretizada en su valor).9 La informacin se multiplexa temporalmente

8 Canal bidireccional8 Se requiere un procedimiento de acceso de la informacin al canal 8 Se requiere un mtodo de identificacin de la informacin transmitida

COMM

A/D D/A

Controlador

COMM

uC+conv

Comunicacin Digital: Buses de Campo Valor aadido: Aprovecha la tecnologa para otras

funcionalidades9 Carga y descarga de programas9 Seleccionar y controlar la ejecucin de programas9 Indicacin continuada de operatividad y estado 9 Transmisin de informacin adicional a la de control

(Vlvula: n ciclos/da, temperatura carcasa, max/min/med, etc)

9 Identificacin de dispositivo9 Otras funcionalidades

Capa de Usuario Bloques funcionalesModelos abstractosPerfiles de dispositivos

Capa de Aplicacin Servicios de aplicacinServicios de mensajera

Capa de Enlace Establecer y liberar el enlace lgicoControl de errores y flujo en el enlaceSincronizacin de la transmisinControl de acceso al medio

Capa Fsica Velocidad de transferenciaTopologa y distancias mximasCodificacin y transmisin de datosCarac. electr. mecn. funcionales.

Capa de Aplicacin

Capa de Usuario

Capa de Enlace

XXXX

Capa Fsica

Estructura de Capas del Bus de Campo (I) La configuracin ms ampliamente consensuada es la de tres capas,

correspondientes a las capas fsica, de enlace de datos y de aplicacin. Tambin usualmente se considera la capa de usuario.

Estructura de Capas del Bus de Campo (II)

FSICO

ENLACE

RED

TRANSPORTE

FSICO

ENLACE

FSICO

Stack de Comunicaciones

USUARIO

Subnivel de Acceso FB

Especificacin de Mensaje de FB

USUARIO

Modelo OSI Modelo Field Bus

SESIN

PRESENTACIN

APLICACIN

USUARIO

Modelos de Relacin de Aplicacin (AR)

Maestro-Esclavo: Una entidad gobierna todos los servicios de transaccin.

Orden ----------> Respuesta Productor-Consumidor: Cada entidad produce informacin, que

adquieren los consumidores.Consumo IndicacinConfirmacin Adquisicin

Tipos de Buses de Campo

HART BitBus Profibus FIP WorldFIP Fieldbus-Foundation ECHELON Interbus-S CAN Device-Net CanOpen CAL SDS ControlNet AS-i

Buses Especiales: CAN-VAN Buses para navegacin Buses mdicos ERA MIL-1553B Buses de edificios Buses de instrumentacin Buses de fabricantes ........ .... MODBUS.....

Nivel-BitSensor

Dispositivo

Control

GestinEthernet Ethernet

ProfibusFMS

ProfibusDP&PA

AS-i

Europa (Siemens) USA (Rockwell)

ControlNet

DeviceNet

FoundationFieldbus

Nivel jerrquico

Tipos de Buses de Campo

Internet

Ethernet

ControlNet ControlNet

DeviceNet DeviceNet

RIO

DH+

Planificacin de Redes Estrategia Americana

Planificacin de Redes Estrategia Europea

CNCPC/VME

VME/PCPLC DCS

Controladorde rea

Ethernet/TCP/IP MAP/MMS Ethernet

PROFIBUS-FMS

PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA

NivelPlantaTiempo de

Ciclo de Bus< 1000 ms

NivelClulaTiempo de

Ciclo de Bus< 100 ms

Nivel CampoTiempo de

Ciclo de Bus< 10 ms

OPC un nuevo Standard en la Industria

La Fundacin define y desarrolla OPC

Miembros entre otros :9 Microsoft

9 Siemens

OPC es la unin entre el programa de automatizaciny el area de oficina.

OPC OLE Process Control

OPC Tipos de Clientes

OPC y las Comunicaciones (Simatic NET)