Redes Industriales Mecatronica

INGENIERIA

MECATRONICA

COMUNICACION DE DATOS Y

REDES

REDES INDUSTRIALES

JRAM

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•Desde 1940 a 1965 la instrumentación de procesos estaba

basada en el estándar de señalización neumática 3-15 psi.

• De 1960 a 1990: estándar análogico de corriente 4-20 mA.

• De 1980 a la fecha: comunicaciones digitales y analogica

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BUSES de CAMPO

• Historia cronológica

• Fines de los ’70 Modbus de Modicon

• 1982- Se inicia Grupo de trabajo FIP

• 1983-P-Net (Dinamarca)

• 1984-CAN

• 1985- Grupo Profibus

• 1985- Inicio trabajos de Normalización Internacional:ISA SP50,IEC TC65/SC65C

• 1994-Fielbus Foundation

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Consorcios y organizaciones

Problemas en normalización ===> especificaciones

de distintos proyectos:

• Fielbus Foundation

TECPRO INGENIEROS

• ISP : Interoperable System Project

• PTO: Profibus Trade Organisation

• ODVA: Open Device Net Vendor Association

• World FIP.......Etc.

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Niveles de red

Red

de planta

Automatización gerencial

• Mainframes

• Gerenciamiento

Red LANSistemas de supervisión y control

• DCSs, PLCs, PCsRed LAN • DCSs, PLCs, PCs

• SCADA, Sistemas de supervisión

Red FieldbusInstrumentación y Control

• Transmisores, Controladores

• Válvulas, Actuadores

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PROTOCOLOS DE COMUNICACION

AS-INTERFACE

Resumen:

El protocolo AS-I fue creado en Alemania en 1,994 por unconsorcio de suministradores de automatizaciónindustrial. Originalmente desarrollado para ser unmétodo de bajo costo de direccionamiento de sensoresmétodo de bajo costo de direccionamiento de sensoresdiscretos en aplicaciones de automatización de fabricas,AS-I ha ganado gran aceptación en industrias de procesogracias a su potente capacidad, simplicidad en lainstalación y operación y por su bajo costo agregado alos dispositivos.Cada segmento de AS-I puede conectar hasta 31dispositivos (124 entradas y 124 salidas) con la versión2.0 y 64 dispositivos (248 entradas y 186 salidas) con laversión 2.1Tanto la señal como la alimentación son transportadas endos hilos, hasta 8 amperios a 30VDC están disponiblespara dispositivos de campo tales como válvulassolenoide.

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Red AS-I Puntos destacados

Promotor de la tecnología: Consorcio AS-I

Año de introducción: 1993

Apertura: Múltiples vendedores, mas de 800 productos, 150 vendedores

Tipo de red: Sensor Bus

Medio Físico: Cable de 2 hilos(plano o redondo)

Topología de red: Bus, anillo, árbol, estrella

Distancia Máxima:

-Máxima distancia: 300 metros

-Máxima dstancia con repetidores: 900 metros(max. 2 repetidores puede ser usado)

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Ventajas:

-Tecnología fácil de entender

Métodos de Comunicación

-Maestro-esclavo con encuesta cíclica

-Manchester Bit Codificado implementado vía modulación de pulso alternado

Propiedades de la transmisión

-Latente 5 ms max. sobre un segmento totalmente cargado

-Tecnología fácil de entender

-Muy bajo costo agregado por dispositivo

-Bajo costo de instalación

-Red de alta velocidad para el nivel de dispositivos de tipo

sensor

-Capacidad para integrar dispositivos convencionales hacia la

red AS-I

-Fácil direccionamiento para los dispositivos: Capacidad de

auto-direccionamiento sobre la mayoría de los masters

-Fácilmente expandible con rediseño de la red

-No requiere terminadores de red o requerimientos especiales de

apantallamiento siendo aun asi menos susceptible a

interferencia por RFI que otras redes.

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Desventajas:

-No disponible para aplicaciones de seguridad intrínseca

-Cableado limitado a 100 metros

-v2.0 soporta solo dispositivos discretos(v2.1 tiene limitado soporte

Amplia variedad de masters/gateways disponibles para PLC’s,

DCS’s, PC’s

-Alimentación y comunicaion del bus sobre el mismo par de

hilos

-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo punto a

punto, línea, árbol y anillo

-v2.0 soporta solo dispositivos discretos(v2.1 tiene limitado soporte

análogo)

-No hay control en el campo

-Limitada calidad de datos y estado de mensajes

-Limitado soporte análogo

-Requiere una especifica fuente de alimentación AS-I para un

aislamiento de la comunicación del bus

-Limitada capacidad de redundancia

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Cuando usar AS-I ?

Hablando de forma muy general recomendamos usar AS-I

cuando:

-La poblacion de los dispositivos son todos discretos

-Plantas no son intrínsecamente seguras

-Limitaciones en la longitud del cableado no son un problema

-Usuarios desean lo ultimo en simplicidad-Usuarios desean lo ultimo en simplicidad

-Dispositivos discretos existentes necesiten ser incorporados

hacia un medio basado en bus

-Dispositivos convencionales discretos necesitan sr incorporados

hacia una red de tipo bus

-Gran numero de dispositivos discretos necesitan ser

incorporados de forma rentable hacia una red existente

de nivel de control vía un dispositivo gateway.

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MODBUS

Resumen:

El protocolo Modbus fue originalmente desarrollado por

MODICON en 1978 para intercambiar información entre

productos a nivel de piso de planta. Este protocolo llego a ser

de facto un estándar para intercambio de datos e información

de comunicación entre sistemas PLC’s.

Dispositivos Modbus se comunican sobre una red serial en un

tipo de relación Master esclavo usando uno de dos modos de

transmisión: ASCII(Estándar americano para intercambio de

información) o RTU(Unidad de terminal remota)

En el modo ASCII, dos bytes de 8 bits de información son

enviados como dos caracteres ASCII. La primera ventaja del

modo ASCII es la flexibilidad de la secuencia del tiempo. Un

intervalo entre caracteres superior a un segundo puede ocurrir

sin causar errores en la comunicación.

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En el modo RTU los datos son enviados como dos caracteres

hexadecimales de 4 bits proporcionando una alta relacion de bits

de entrada y salida comparado al modo ASCII para la misma

razón de baudios

Mejoras a Modbus incluyen los protocolos Modbus Plus y

Modbus TCP, ambos permiten que la información Modbus sea

encapsulada en una estructura de red para soportar

comunicaciones punto a punto.

Modbus Plus se comunica via un simple par de hilos trenzados y

usa una secuencia de paso de testigo para secuencias deusa una secuencia de paso de testigo para secuencias de

comunicación por punto . Modbus TCP es un estándar abierto

diseñado para facilitar la transferencia de mensajes Modbus

usando el protocolo TCP/IP y estándares redes Ethermet

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Red Modbus Puntos destacados:

Tipo de red:

-ASCII/RTU Bus de dispositivos

-ModbusPlus Bus de control

Medio Físico: Par trenzado apantallado en un cable apantallado

Topologia de red: Bus, árbol, estrella con ramificaciones

Cantidad Max. de dispositivos

ASCII /RTU Comunicaciones uno a uno

ModbusPlus 32 (hasta 64 con repetidor)

REDES INDUSTRIALESDistancia Maxima

Modbus ASCII 350m

ModbusPlus 1500m (6000 metros con repetidores) hasta 3

repetidores pueden usarse(mínimo 1 m entre dispositivos)

Metodos de Comunicación

ASCII/RTU Maestro –esclavo ciclo de pregunta-respuesta

LRC- Chequeo de error para ASCII

CRC- chequeo de error para RTU

ModbusPlus Punto a punto(Anillo lógico de paso de testigo)

Uso PrimarioUso Primario

ASCII/RTU Comunicaciones seriales para PLC, variadores de

frecuencia, sistemas de control etc..

ModbusPlus Uniendo Modbus y/o dispositivos RS232/RS485 en

una red punto a punto

Alimentación: 12VDC, no usada para los dispositivos

Alimentación y Comunicaciones solamente sobre bus 12VDC,

max. 300mA(100mA tipico)

Alimentación de dispositivos Los dispositivos deben ser

alimentados separadamente del bus de comunicaciones

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Ventajas:

-Protocolo bien entendido y documentado

-Protocolo ampliamente soportado por muchos PLC,DCS y

sistemas de procesos

-Protocolo es ya usado en muchas fabricas

Desventajas:

-Limitado uso como bus de dispositivos

-Limitadas capacidades de diagnostico para las aplicaciones de

dispositivos

-Alimentación separada requerida para la operación de los

dispositivos

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Cuando usar Modbus?

Hablando en términos generales se recomienda usar Modbus

cuando:

-La población de los dispositivos son ante todo discretos

-Usuarios finales ya tienen un sistema de control existente que-Usuarios finales ya tienen un sistema de control existente que

soporta Modbus

-Usuarios finales tienen un sistema de control tradicional que no

soporta otros protocolos de comunicación

-Plantas no son intrínsecamente seguras

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DEVICENET

Resumen:

DeviceNet es un protocolo basado en la capa 7 del protocolo

CAN originalmente desarrollado por Allen Bradley. La

operación del DeviceNet es basado en un modelo de

comunicación orientado a objetos, DeviceNet es mantenida por

la ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)

DeviceNet es diseñada para conectar dispositivos simples de

múltiples suministradores los cuales cumplen con los estándares

de la red DeviceNet.

Cada segmento DeviceNet puede conectar hasta 64 dispositivos.

Este es un sistema de 4 hilos entregando 8 Amperios a 24VDC,

suficiente para dispositivos de campo tales como válvulas

solenoides. Los cuatro hilos transportan señal y alimentación

típicamente sobre un simple cable. Múltiples fuentes de

alimentación pueden ser usados para redundancia y

requerimientos de potencia adicional.

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DeviceNet usa una línea troncal(bus) con cables sueltos conectando

dispositivos, la línea troncal requiere un terminador de 121 ohmios al final

del bus.

DeviceNet soporta los modelos de comunicación de red Maestro-esclavo,

Punto a punto y multi master, los datos puedes ser transferidos sobre un

ciclo o cambio de base de estado usando el paradigma Productor-

Consumidor que conserva el ancho de banda de la red. DeviceNet es muy

comúnmente usado para comunicaciones entre los sistemas de supervisión

con CCM’s y variadores de frecuenciacon CCM’s y variadores de frecuencia

Red DeviceNet Puntos Destacados:

Tipo de red: Device Bus(Bus de dispositivos)

Medio Físico: Dos pares trenzados apantallados contenidos en

un cable grueso, delgado o plano apantallado.

Topología de red: Bus con drops(ramales)

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Cantidad máxima de dispositivos: 62 dispositivos por segmento

Distancia Máxima: (Usando cable grueso)

-Máxima distancia con repetidores: 6,000 m

125kbps - 500m

250kbps - 250m

500kbps - 100m500kbps - 100m

Usando cable delgado se puede conseguir distancias de 100 m a

pesar de la razón de transferencia de datos

Uso Primario:

Centros de control de motores, variadores de frecuencia,

aplicaciones remotas I/O

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Ventajas:

-Excelente soporte para CCM’s, variadores de frecuencia y convencional I/O

-Costo moderado por dispositivos

-Bajo costo de instalación

-Módulos I/O permitidos para integración convencional discreta y análoga

-Velocidades de transmisión relativamente rápidas

-Alimentación y señal sobre el mismo cable

-Hasta 64 nodos direccionables

-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo troncal, lineal, derivaciones-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo troncal, lineal, derivaciones

-Doble detección de direccionamiento de nodos

-Soporta algunos diagnósticos de dispositivos

Desventajas:

-Esclavos solo pueden ser controlados por un master

-No soporta instalaciones intrínsecamente seguras

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PROFIBUS

Resumen:

El protocolo Profibus fue creado en 1989 en Alemania por un consorcio de

suministradores de automatización de fabricas, originalmente

desarrollado para aplicaciones de manufactura discreta esto se ha

expandido hacia automatización de procesos y aplicaciones empresariales.

Profibus engloba diferentes especificaciones de un protocolo de bus

industrial incluyendo Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS y Profinet.

Profibus DP es un bus de nivel de dispositivos soporta señales discretas yProfibus DP es un bus de nivel de dispositivos soporta señales discretas y

análogas. Profibus ha extendido el uso para items como I/O remotos,

centro de control de motores y variadores de frecuencia.

Profibus DP comunica a velocidades desde 9.6kbps hasta 12Mbps sobre

distancias de 100 a 1,200 metros. Profibus nativamente no soporta

instalaciones intrínsecamente seguras.

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Profibus PA es un bus generalmente usado para

instrumentación a nivel de proceso. Profibus PA comunica a

31.25kbps y tiene una distancia máxima de 1.900 metros por

segmento. Profibus PA es diseñado para soportar aplicaciones

intrínsecamente seguras.

Profibus FMS es un bus de control generalmente usado para

comunicaciones entre sistemas DCS y PLC mientras que

PROFInet es un protocolo que esta siendo desarrollado para

permitir las comunicaciones de Profibus a través de redes

ethernet.ethernet.

Red Profibus Puntos destacados:

Tipos de red:

DP Bus de dispositivos

PA Red de control de procesos

FMS Red de control a nivel de célula

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Medio Físico: Par trenzado, fibra

Topología de Red: Bus, estrella, anillo

Máxima cantidad de dispositivos

DP Max. 126 estaciones sobre un bus (máximo de 244 bytes

de entrada y salida de datos posibles por cada esclavo)de entrada y salida de datos posibles por cada esclavo)

PA 32 nodos por segmento, 4-6 por segmento repetido

dependiendo de los requerimientos de potencia de los

dispositivos y del tipo de barrera I.S. usada.

Distancia Máxima:

DP 93.75 Kbps y menos – 1200 metros

500Kbps – 400 metros

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Métodos de Comunicación:

DP Punto a punto, multicast o cíclico maestro-esclavo(usa

secuencia de paso de testigo)

1 .5Mbps – 200 metros

12Mbps – 100 metros

PA 1 ,900 metros

M ax. distancia con repetidores 9,500 metros(máximo 4

repetidores pueden ser usados)

secuencia de paso de testigo)

PA C liente/servidor, Publicista/suscriptor, eventos

comunicaciones pueden ser de tipo programado o no.

Uso Primario

DP Usado para señales discretas y análogas para PLC,

variadores de frecuencia, comunicaciones remotas a través de

I/O

PA D ispositivos análogos y discretos para control de procesos

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Ventajas:

-Ampliamente aceptado con 1,100 compañías miembros alrededor del

mundo

-Soporte de red a nivel de dispositivo, control de procesos y ethernet

-Interfaces están disponibles para variadores de frecuencia y

aplicaciones de centros de control de motores(Profibus DP)

-Instrumentación de procesos disponible con dispositivos Profibus PA

-Aplicaciones de tipo empresarial con PROFInet-Aplicaciones de tipo empresarial con PROFInet

-Instalaciones intrínsecamente seguras disponibles para intrumentos

Profibus PA

-Gateways permiten integración directa para Profibus PA hacia redes

Profibus DP

-Gateways disponibles para soportar redes de sensores tipo AS-I

-Interfaces Host disponibles para la mayoria de sistemas PLC, DCS y

PC’s

-Mas de 2,000 productos disponibles.

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Deventajas:

-Profibus DP no soporta instalaciones intrínsecamente seguras

-No tiene capacidades de control en el campo

Comentario:

Profibus es el único protocolo de bus que ofrece diferentes soluciones para

automatización de procesos(PA), automatización de fabrica(DP) y

empresarial(PROFInet)

Profibus es bien aceptado en muchos tipos de industrias especialmente en

Europa, pero no ha sido muy popular en Norte AmericaEuropa, pero no ha sido muy popular en Norte America

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FIELDBUS FOUNDATION

Resumen:

El protocolo Fieldbus Foundation fue creado en 1,994 por un grupo de

suministradores de automatización de procesos, a diferencia de otros protocolos,

FF fue desarrollado específicamente para las industrias de proceso, por tanto es

capaz de manejar todas las complejidades de la administración de procesos

incluyendo variables de proceso, control de procesos deterministicos en tiempoincluyendo variables de proceso, control de procesos deterministicos en tiempo

real y diagnosticos.

Caracteristicas de Foundation Fieldbus son seguridad intrínseca, longitud de

cableado amplio, y entrega de blocks de datos sobre un sistema de dos hilos. En

aplicaciones intrínsecamente seguras solamente 83mA de corriente esta

disponible para cada segmento, es importante también que los dispositivos de

campo consuman poca corriente.

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Foundation Fieldbus es el ideal reemplazo digital del tradicional

estándar análogo de 4-20mA aunque este fue hecho

específicamente para instrumentos análogos tales como válvulas

de control y transmisores, es a menudo apropiado también para

válvulas on/off.

Red Foundation Fieldbus Puntos destacados:

TECPRO INGENIEROSTECPRO INGENIEROS

Red Foundation Fieldbus Puntos destacados:

Tipo de red: Red de control de procesos

Medio Físico: Par trenzado, fibra

Topología de red: Estrella, bus

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