REDES INDUSTRIALES

ndice

Rede industrial2Qu es una red Industrial2Componentes de las redes industriales2Bridge2Repetidor2Gateway2Enrutadores2Tipos de bues3ASI(Actuador Sensor Interface)3BITBUS3Profibus(PROcess FIeld BUS)3FieldBus en OSI3Control de acceso al medio3Synchronous time-division (STDM) Una de las3Frecuency-division multiplexing (FDM)4Topologa5Topologa en estrella5Topologa en bus6Topologa en anillo6Topologas hbridas7Niveles jerrquicos8Normas y estndares9Infraestructura10Componentes de comunicacin10Profibus10Modbus10Divicent11Ethernet Industrial12Controlnet12

Rede industrial

Qu es una red IndustrialLasredes de comunicaciones industrialesdeben su origen a la fundacin FieldBus (Redes de campo).Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan principalmente en seales analgicas (neumticas de 3 a 15psien las vlvulas de control y electrnicas de 4 a 20 mA cc). Pero ya existen instrumentos digitales capaces de manejar gran cantidad de datos y guardarlos histricamente; su precisin es diez veces mayor que la de la seal tpica de 4-20 mA cc. En vez de transmitir cada variable por un par de hilos, transmiten secuencialmente las variables por medio de un cable de comunicaciones llamado bus.La tecnologa fieldbus (bus de campo) es un protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad creada para remplazar la clsica seal de 4-20 mA que an se utiliza en muchos de los sistemasDCS(Sistema de Control Distribuido) yPLC(Controladores Lgicos Programables), instrumentos de medida y transmisin y vlvulas de control. La arquitectura fieldbus conecta estos instrumentos con computadores que se usan en diferentes niveles de coordinacin y direccin de la planta.Con la mejora de los protocolos de comunicacin es ahora posible reducir el tiempo necesario para la transferencia de datos, asegurando la misma, garantizando el tiempo de sincronizacin y el tiempo real de respuesta determinista en algunas aplicaciones.

Componentes de las redes industrialesEn grandes redes industriales, un simple cable no es suficiente para conectar el conjunto de todos los nodos de la red. Deben definirse topologas y diseos de redes para proveer un aislamiento y conocer los requerimientos de funcionamiento.BridgeCon un puente la conexin entre dos diferentes secciones de red, puede tener diferentes caractersticas elctricas y protocolos; adems puede enlazar dos redes diferentes.RepetidorEl repetidor o amplificador es un dispositivo que intensifica las seales elctricas para que puedan viajar grandes distancias entre nodos. Con este dispositivo se pueden conectar un gran nmero de nodos a la red; adems, se pueden adaptar a diferentes medios fsicos como cable coaxial o fibra ptica.GatewayUn gateway es similar a un puente, ya que suministra interoperabilidad entre buses y diferentes tipos de protocolos; adems, las aplicaciones pueden comunicarse a travs de l.EnrutadoresEs un switch "enrutador" de paquetes de comunicacin entre diferentes segmentos de red que definen la ruta hacia donde se transmite la informacin.

Tipos de buesFsicamente podemos considerar a un bus como un conjunto de conductores que conectan conjuntamente varios circuitos para permitir el intercambio de datos. Un bus consta normalmente de un nmero de usuarios superior, adems que generalmente un bus transmite datos en modo serialASI(Actuador Sensor Interface)Es el bus ms inmediato en el nivel de campo y ms sencillo de controlar. Consiste en un bus cliente/servidor con un mximo de 31 participantes que transmite por paquetes de solo 4 bits de datos. Es muy veloz, con un ciclo de 5 ms aproximadamente. Alcanza distancias de 100mo hasta 300 m con ayuda de repetidores. y p.o.p.o

BITBUSEs el ms difundido en todo el mundo; es del tipo cliente/servidor y admite como mximo 56 clientes; el paquete puede transmitir hasta 43 bytes de datos.

Profibus(PROcess FIeld BUS)Es el estndar europeo en tecnologa de buses; se encuentra jerrquicamente por encima de ASI y BITBUS, trabaja segn procedimiento hbrido token passing, y dispone de 31 participantes hasta un mximo de 127. Su paquete puede transmitir un mximo de 246 bytes, y el ciclo para 31 participantes es de aproximadamente 90 ms. Alcanza una distancia de hasta 22300 m.

FieldBus en OSIEn la arquitectura OSI, fieldbus ocupa los niveles 1 (Fsico), 2 (Enlace de Datos) y 7 (Aplicacin); teniendo en cuenta que este ltimo no solo se encarga de la interfaz de usuario sino de aplicaciones especficas, dependiendo de cada aplicacin.

Control de acceso al medioLas estrategias que hemos visto hasta ahora para acceder al canal de transmisin son STDM FDM Synchronous Time Division Multiplexing Frequency Time Division

Synchronous time-division (STDM) Una de lasEstrategias utilizadas es asignar un tiempo de transmisin a cada nodo, cada nodo tiene un lapso de tiempo para transmitir y luego pasa al siguiente nodo. El ciclo se repite siguiendo una poltica round robin

Frecuency-division multiplexing (FDM) Cada flujo de datos es transmitido a una frecuencia diferente.

Topologa Los sistemas industriales usualmente consisten en dos o ms dispositivos. El trmino topologa se emplea para referirse a la disposicin geomtrica de las estaciones de una red y los cables que las conectan, y al trayecto seguido por las seales a travs de la conexin fsica. La topologa de la red es pues, la disposicin de los diferentes componentes de una red y la forma que adopta el flujo de informacin. Como un sistema industrial puede ser bastante grande, debe considerarse la topologa de la red. Las topologas ms comunes son: red bus, red estrella y red hbrida.

Topologa en estrellaLa topologa en estrella es uno de los tipos ms antiguos de topologas. Se caracteriza porque en ella existe un nodo central al cual se conectan todos los equipos, de modo similar al radio de una rueda. En esta topologa, cada estacin tiene una conexin directa a un acoplador (conmutador) central. Una manera de construir esta topologa es con conmutadores telefnicos que usan la tcnica de conmutacin de circuitos.Otra forma de esta topologa es una estacin que tiene dos conexiones directas al acoplador de la estrella (nodo central), una de entrada y otra de salida (la cual lgicamente opera como un bus). Cuando una transmisin llega al nodo central, este la retransmite por todas las lneas de salida.

Topologa en busAl contrario que en la topologa en estrella no existe un nodo central, sino que todos los nodos que componen la red quedan unidos entre s linealmente, uno a continuacin del otro. Es necesario incluir en ambos extremos del bus unos dispositivos denominados terminadores, que evitan posibles rebotes de la seal.Esta topologa permite que todas las estaciones reciban la informacin que se transmite, una estacin transmite y todas las restantes escuchan. Consiste en un cable con un terminador en cada extremo del que se cuelgan todos los elementos de una red. Todos los nodos de la red estn unidos a este cable: el cual recibe elnombre de "Backbone Cable". Tanto Ethernet como Local Talk pueden utilizar esta topologa.El bus es pasivo, no se produce regeneracin de las seales en cada nodo. Los nodos en una red de "bus" transmiten la informacin y esperan que sta no vaya a chocar con otra informacin transmitida por otro de los nodos. Si esto ocurre, cada nodo espera una pequea cantidad de tiempo al azar, despus intenta retransmitir la informacin.

Topologa en anilloEn esta topologa, las estaciones estn unidas unas con otras formando un crculo por medio de un cable comn. El ltimo nodo de la cadena se conecta al primero cerrando el anillo. Las seales circulan en un solo sentido alrededor del crculo, regenerndose en cada nodo. Con esta metodologa, cada nodo examina la informacin que es enviada a travs del anillo. Si la informacin no est dirigida al nodo que la examina, la pasa al siguiente en el anillo. La desventaja del anillo es que si se rompe una conexin, se cae la red completa.El cableado es el ms complejo de todos, debido, en parte, al mayor coste del cable, as como a la necesidad de emplear dispositivos MAU (Unidades de Acceso Multiestacin) para implementar fsicamente el anillo.Cuando existen fallos o averas, es posible derivar partes de la red mediante los MAUs, aislando las partes defectuosas del resto de la red mientras se determina el problema.As, un fallo en una parte del cableado no detiene la red en su totalidad. Cuando se quieren aadir nuevas estaciones de trabajo se emplean tambin los MAUs, de modo que el proceso no posee una complicacin excesiva.

Topologas hbridasSon las ms frecuentes y se derivan de las tres anteriores, conocidas como topologas puras. Las ms frecuentes son la topologa en rbol y la topologa estrella-anillo.La topologa en rbol es una variante de la topologa en bus. Esta topologa comienza en un punto denominado cabezal o raz (headend). Uno o ms cables pueden salir de este punto y cada uno de ellos puede tener ramificaciones en cualquier otro punto. Una ramificacin puede volver a ramificarse. En una topologa en rbol no se deben formar ciclos. Una red como sta representa una red completamente distribuida en la que computadoras alimentan de informacin a otras computadoras, que a su vez alimentan a otras. Las computadoras que se utilizan como dispositivos remotos pueden tener recursos de procesamientos independientes y recurren a los recursos en niveles superiores o inferiores conforme se requiera. La topologa en estrella-anillo combina las tecnologas de las topologas en estrella y anillo. El cable que une cada estacin con la siguiente pasa a travs de un nodo central que se encarga de desconectarla de la red si sufre una avera.

Niveles jerrquicos Nivel 0.- Corresponde al nivel ms bajo del automatismo y en l se encuentran los sensores y captadores. La informacin es tratada en forma de bit.Nivel 1.- es el denominado nivel de campo. Est formado por los automatismos especficos de cada una de las maquinas controladas por autmatas programables. La informacin se tratada en forma de byte.Nivel 2.- tambin llamada nivel clula. Est formado por uno o varios autmatas modulares de gran potencia que se encarga de gestionar los diferentes automatismos de campo. La comunicacin se realiza por medio de paquetes de informacin.Nivel 3.- es el nivel ms alto del sistema automtico. Est formado por un ordenador tipo Workstation que se encarga de la gestin total d la produccin de fbrica.

Normas y estndaresAmerican National Standards Institute (ANSI)Instituto para la normalizacin miembro del ISO.Electronics Industries Asociates (EIA) RS232C: comunicacin serie. RS422A: caractersticas elctricas de circuitos de interfaz de tencin equilibrada. RS485: estndar para la comunicacin entre dispositivos y terminales de datos, que utilizan comunicacin serie a dos hilos, permiten enlace multipunto e incluyen circuitos de interfaz digital de tensin equilibrada. Es uno de los estndares de conexin utilizado en el bus de campo PROFIBUS.Instirut of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) IEEE-488: bus industrial. Interconexin e integracin de instrumentos.

Infraestructura

Componentes de comunicacin Profibus En el protocolo Profibus se establecen las caractersticas de comunicacin de un sistema de bus de campo serie. Puede ser un sistema multimaestro que permite la operacin conjunta de varios sistemas de automatizacin. Hay dos tipos de dispositivos que caracterizan a Profibus: Dispositivo Maestro y Dispositivo Esclavo, tambin llamados dispositivos activos y pasivos. Los dispositivos maestros, pueden enviar y solicitar datos a otras estaciones, siempre que mantengan el derecho de acceso (token) al bus. Los dispositivos esclavos slo pueden enviar datos cuando un participante maestro se los ha solicitado. Los dispositivos esclavos son perifricos, tales como dispositivos entrada/salida, islas de vlvula, transductores de medida y en general equipos simples de campo. Por el contrario los dispositivos maestros suelen ser equipos inteligentes, como por ejemplo autmatas programables. Podemos tener as mismo integrados en estos sistemas elementos que se pueden programar para funcionar como maestros o como esclavos. Profibus utiliza un mtodo mixto para ordenar la comunicacin entre estaciones. El mtodo que utiliza para comunicarse entre una estacin maestra y otra es del tipo token bus, mientras que la comunicacin entre una estacin maestra y una esclava es del tipo maestroesclavo. El mtodo token bus asegura por medio de un token (testigo) la asignacin de los derechos de acceso del bus dentro de un intervalo de tiempo definido. El token es un telegrama especial que transfiere los derechos de transmisin de una estacin maestra a la siguiente. El tiempo que transcurre desde que una estacin da el testigo a la siguiente hasta que lo vuelve a recuperar se denomina tiempo de rotacin. Se puede configurar el tiempo mximo de rotacin para pasar el token entre todas las estaciones maestras. El mtodo maestro-esclavo permite que la estacin maestra que posee los derechos para transmitir pueda comunicarse con sus estaciones esclavas. Cada estacin maestra tiene el control para transmitir y solicitar datos a sus estaciones esclavas. Por un tiempo definido, despus de que una estacin maestra recibe el token, sta tiene permitido ejercer su funcin sobre el bus, esto es, puede comunicarse con todas las estaciones esclavas en una relacin maestro-esclavo y, al mismo tiempo, en una relacin maestro-maestro con todas las estaciones maestras.

ModbusModbuses unprotocolo de comunicacionessituado en el nivel 7 delModelo OSI, basado en la arquitectura maestro/esclavo o cliente/servidor, diseado en1979porModicon para su gama decontroladores lgicos programables(PLCs). Convertido en un protocolo de comunicacionesestndar de factoen laindustria, es el que goza de mayor disponibilidad para la conexin de dispositivoselectrnicosindustriales. Las razones por las cuales el uso de Modbus es superior a otros protocolos de comunicaciones son:1. Es pblico2. Su implementacin es fcil y requiere poco desarrollo3. Maneja bloques de datos sin suponer restriccionesModbus permite el control de una red de dispositivos, por ejemplo un sistema de medida de temperatura y humedad, y comunicar los resultados a unordenador. Modbus tambin se usa para la conexin de un ordenador de supervisin con una unidad remota (RTU) en sistemas de supervisin adquisicin de datos (SCADA). Existen versiones del protocolo Modbus parapuerto serieyEthernet(Modbus/TCP).Existen dos variantes, con diferentes representaciones numricas de los datos y detalles del protocolo ligeramente desiguales. Modbus RTU es una representacin binaria compacta de los datos. Modbus ASCII es una representacin legible del protocolo pero menos eficiente. Ambas implementaciones del protocolo son serie. El formato RTU finaliza la trama con una suma decontrol de redundancia cclica(CRC), mientras que el formato ASCII utiliza una suma decontrol de redundancia longitudinal(LRC). La versin Modbus/TCP es muy semejante al formato RTU, pero estableciendo la transmisin mediante paquetesTCP/IP(puerto del sistema 502, identificadorasa-appl-proto).1Modbus Plus (Modbus+ o MB+), es una versin extendida del protocolo y privativa de Modicon. Dada la naturaleza de la red precisa uncoprocesadordedicado para el control de la misma. Con una velocidad de 1 Mbit/s en un par trenzado sus especificaciones son muy semejantes al estndar EIA/RS-485aunque no guarda compatibilidad con este.Cada dispositivo de la red Modbus posee una direccin nica. Cualquier dispositivo puede enviar rdenes Modbus, aunque lo habitual es permitirlo slo a un dispositivo maestro. Cada comando Modbus contiene la direccin del dispositivo destinatario de la orden. Todos los dispositivos reciben la trama pero slo el destinatario la ejecuta (salvo un modo especial denominado "Broadcast"). Cada uno de los mensajes incluye informacin redundante que asegura su integridad en la recepcin. Los comandos bsicos Modbus permiten controlar un dispositivo RTU para modificar el valor de alguno de sus registros o bien solicitar el contenido de dichos registros.Existe gran cantidad demodemsque aceptan el protocolo Modbus. Algunos estn especficamente diseados para funcionar con este protocolo. Existen implementaciones para conexin por cable,wireless,SMSoGPRS. La mayora de problemas presentados hacen referencia a lalatenciay a la sincronizacin.

DivicentDeviceNetes un protocolo de comunicacin usado en la industria de la automatizacin para interconectar dispositivos de control para intercambio de datos. ste usaBus CAN como tecnologaBackboney define una capa de aplicacin para cubrir un rango de perfiles de dispositivos. Las aplicaciones tpicas incluyen dispositivos de intercambio, dispositivos de seguridad grandes redes de control con E/S.Ethernet Industrial

Controlnet