Sistema de Comunicaciones Industriales

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Sistema de comunicaciones industriales

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  • 1

  • Sistemas de Comunicaciones

    Industriales 2

    Hoy se dispone de una gran variedad

    de soluciones industriales de

    comunicacin, desde los niveles de

    campo ms elementales hasta los

    niveles informticos de gestin que

    permiten la automatizacin global de la

    fbrica o empresa.

    Cada nivel de la fbrica requiere unas

    prestaciones de comunicacin

    particulares y elementos distintos en

    cada caso, segn la funcin a llevar a

    cabo.

    Buses Industriales de Comunicacin

  • 3Buses Industriales de Comunicacin

    Planta

    s

    Campo.

    Mquinas

    Campo.

    Sensores

    Interrelacin de sistemas informticos con

    industriales. Sistemas abiertos. Proceso de

    datos. Grandes controladores.

    Interconectar mdulos y clulas de

    fabricacin entre s y con Depto. De

    diseo y planificacin.

    Interconectar dispositivos de fabricacin

    que operan en modo secuencial: robots,

    PLCs.

    Red de Planta

    Red de Clula

    Bus de campo

    Red de

    Fbrica

    Sustituir cableado entre sensores-

    actuadores y los correspondientes

    elementos de control

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 4Buses Industriales de Comunicacin

    COMO DISEAR UN SISTEMA DE COMUNICACIONES

    Tipo de sistema

    Control o Supervisin.

    Cantidad de datos

    Nmero de datos que circularn por

    la red.

    Caractersticas del sistema

    Velocidad.

    Distancias.

    Medio fsico de la red.

    Topologa

    Otras caractersticasSistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 5Buses Industriales de Comunicacin

    CANTIDAD DE DATOS

    Planta

    s

    Campo.

    Sensores

    Red de

    Fbrica

    Red de Planta

    Red de Clula

    Bus de CampoHasta 16 canales

    Hasta 300 canales

    Hasta 1000 canales por nodo

    Comunicaciones por mensajes

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 6Buses Industriales de Comunicacin

    CARACTERSTICAS DEL SISTEMA

    Grandes distancias (Internet).

    300 mts por segmento.

    10 Mbits/segundo.

    Par trenzado, F.O., cable coaxial, etc

    Comunicaciones a nivel de grandes sistemas informticos

    Red de

    Fbrica

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 7Buses Industriales de Comunicacin

    CARACTERSTICAS DEL SISTEMA

    Grandes distancias (hasta 80 Km).

    1000 mts por nodo.

    Hasta 4 Mbits/segundo.

    Par trenzado o F.O.

    Comunicaciones entre PLCs y ordenadores al mismo nivel.

    Planta

    sRed de Planta

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 8Buses Industriales de Comunicacin

    CARACTERSTICAS DEL SISTEMA

    Distancias medias (hasta 3/4 Km).

    Hasta 12 Mbits/segundo.

    Cable especial.

    Comunicaciones entre distintos dispositivos.

    Red de Clula

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 9Buses Industriales de Comunicacin

    CARACTERSTICAS DEL SISTEMA

    Distancias pequeas (hasta 500 mts).

    Hasta 0.7 Mbits/segundo.

    Cable especial.

    Comunicaciones entre distintos controladores de una

    misma mquina.

    Campo.

    SensoresBus de campo

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 10

    Resumen

    Los Sistemas de Control Distribuido (DCS) estn aplicados a una

    gran variedad de campos, los cuales no estn exentos de los

    avances que hoy se dan en el desarrollo de las comunicaciones. El

    advenimiento del computador en los procesos productivos ha

    permitido la integracin de los ms variados procesos (CIM,

    Computer Integrated Manufacturing).

    Historicamente, las comunicaciones entre instrumentos de proceso

    y los sistemas de control se han dado principalmente a travs de

    seales analgicas (neumticas de 3 a 15 psi en las vlvulas de

    control y electrnicas de 4 a 20 mA). Hoy en da, existen

    instrumentos digitales capaces de manejar gran cantidad de datos

    y guardarlos histricamente otorgando precisiones de hasta es

    diez veces mayor que la tpica seal de 4-20 mA.

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 11

    En vez de transmitir cada variable por un par de hilos, transmitensecuencialmente las variables por medio de un cable de

    comunicaciones llamado bus.

    Un bus de campo transfiere informacin secuencial y serial por unnmero limitado de lneas o cables.

    Hay muchos tipos diferentes de buses en uso y muchos sonaltamente dependientes de las aplicaciones.

    Resumen

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 12

    Introduccin

    Un bus de campo es un sistema de transmisin de informacin(datos) que simplifica enormemente la instalacin y operacin de

    mquinas y equipamientos industriales utilizados en procesos de

    produccin.

    El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones punto apunto entre los elementos de campo y el equipo de control a travs

    del tradicional bucle de corriente de 4-20mA.

    Tpicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto,montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo

    como PLCs, transductores, actuadores y sensores.

    Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso,que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre

    un costo bajo, capaz de ejecutar funciones simples de diagnstico,

    control o mantenimiento, as como de comunicarse

    bidireccionalmente a travs del bus.Sistemas de Comunicaciones

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  • 13

    Permite reemplazar los sistemas de control centralizados por redesde control distribuido que mejoren la calidad del producto, reducir

    los costos y mejorar la eficiencia.

    Cada nodo en la red puede informar en caso de fallo del dispositivoasociado y en general sobre cualquier anomala asociada al

    dispositivo.

    La monitorizacin de los procesos a travs del bus, permiteaumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de

    mantenimiento necesarias.

    Introduccin

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 14

    Tecnologa de los Buses de Campo

    Contrario a una conexin punto a punto donde solo dos dispositivosintercambian informacin, un bus consta normalmente de un

    nmero de superior de equipos y usuarios.

    Generalmente un bus transmite datos en modo serial, a excepcinde algn protocolo de bus particular como SCSI, o IEEE-488 (GPIB)

    utilizado para interconexin de instrumentos de medicin, que no es

    el caso de los buses tratados como buses de campo.

    Fsicamente podemos considerar a un bus como un conjunto deconductores que conectan un conjunto de circuitos con la finalidad

    de permitir el intercambio de datos.

    Una transmisin serial est limitado a un nmero de cables,generalmente son suficientes dos o tres conductores y la debida

    proteccin contra las perturbaciones externas para permitir su

    tendido en ambientes de ruido industrial.

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  • 15

    Ventajas de los Buses de Campo

    El intercambio se realiza por medio de un mecanismo estndar.

    Flexibilidad de extensin.

    Conexin de mdulos diferentes en una misma lnea.

    Posibilidad de conexin de dispositivos de diferentes procedencias.

    Distancias operativas superiores al cableado tradicional.

    Reduccin masiva de cables y su costo asociado.

    En comparacin con otros tipos de redes, dispone de herramientasde administracin del bus que permiten la reduccin del nmero de

    horas necesarias para la instalacin y puesta en marcha.

    Sistemas de Comunicaciones

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  • 16

    Ventajas de los Buses de Campo

    Simplificacin en la forma de obtener informacin de la plantadesde los distintos sensores.

    Las mediciones de los distintos elementos de la red estndisponibles para todos los dems dispositivos

    Con la tecnologa de los buses de campo, se permite lacomunicacin bidireccional entre los dispositivos de campo y los

    sistemas de control, pero tambin entre los propios dispositivos de

    campo.

    Incluyen 3 capas (Fsica, Enlace y Aplicacin), y un conjunto deservicios de administracin.

    El usuario no tiene que preocuparse de las capas de enlace o deaplicacin. Slo necesita saber cual es funcionalidad.

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  • 17

    Desventajas de los Buses de Campo

    Necesidad de conocimientos superiores (capacitacin yactualizacin).

    Inversin inicial de instrumentacin y accesorios de diagnstico(hardware y software).

    Costos globales inicialmente superiores

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  • 18

    Buses de alta velocidad y baja funcionalidad

    Buses de alta velocidad y funcionalidad media

    Buses de altas prestaciones

    Buses para reas de seguridad intrnseca

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Debido a la falta de estndares, diferentes compaas han

    desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con diferentes

    prestaciones y campos de aplicacin. En una primera clasificacin

    tenemos los siguientes grupos:

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 19

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Buses de alta velocidad y baja funcionalidad

    Estn diseados para integrar dispositivos simples como finales de

    carrera, fotoclulas, rels y actuadores simples, funcionando en

    aplicaciones de tiempo real, y agrupados en una pequea zona de la

    planta, tpicamente una mquina.

    Bsicamente comprenden las capas fsica y de enlace del modelo

    OSI, es decir, seales fsicas y patrones de bits de las tramas.

    Algunos ejemplos:

    CAN (Control Advanced Network) : Diseado originalmente parasu aplicacin en vehculos.

    SDS: (Smart Distributed System) : Bus para la integracin desensores y actuadores, basado en CAN

    ASI (Actuator Sensor Interface) : Bus serie diseado por Siemenspara la integracin de sensores y actuadores

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  • 20

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Buses de alta velocidad y funcionalidad media

    Se basan en el diseo de una capa de enlace para el envo eficiente

    de bloques de datos de tamao medio.

    Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor

    funcionalidad de modo que permite incluir aspectos como la

    configuracin, calibracin o programacin del dispositivo.

    Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de

    forma eficiente y a bajo costo.

    Normalmente incluyen la especificacin completa de la capa de

    aplicacin, lo que significa que se dispone de funciones utilizables

    desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar

    los diversos dispositivos que constituyen el sistema.

    Algunos incluyen funciones estndar para distintos tipos de

    dispositivos (perfiles) que facilitan la inter-operbilidad de dispositivos

    de distintos fabricantes.Sistemas de Comunicaciones

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  • 21

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Algunos ejemplos Buses de alta velocidad y funcionalidad media:

    DeviceNet: desarrollado por Allen-Bradley, utiliza como base el bus

    CAN, e incorpora una capa de aplicacin orientada a objetos.

    LONWorks: red desarrollada por Echelon.

    BitBus: red desarrollada por INTEL

    DIN MessBus: estndar alemn de bus de instrumentacin, basado

    en comunicacin RS-232.

    InterBus-S : bus de campo alemn de uso comn en aplicaciones

    medias.

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  • 22

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Buses de altas prestaciones

    Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de todos los nivelesde la produccin CIM.

    Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos presentanproblemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar lascaractersticas funcionales y de seguridad que se les exigen.

    La capa de aplicacin tiene un gran nmero de servicios a la capa deusuario, habitualmente un subconjunto del estndar MMS(Manufacturing Message Specification).

    Entre sus caractersticas incluyen:

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  • 23

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Buses de altas prestaciones

    Entre sus caractersticas incluyen:

    Redes multi-maestro con redundancia.

    Comunicacin maestro-esclavo segn el esquema pregunta-respuesta.

    Recuperacin de datos desde el esclavo con un lmite mximo detiempo.

    Capacidad de direccionamiento unicast, multicast y broadcast.

    Peticin de servicios a los esclavos basada en eventos.

    Comunicacin de variables y bloques de datos orientada a objetos.

    Descarga y ejecucin remota de programas.

    Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente conprocedimientos de autentificacin.

    Conjunto completo de funciones de administracin de la red.Sistemas de Comunicaciones

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  • 24

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Algunos ejemplos de Buses de altas prestaciones

    ProfiBus (PROcess FieldBus)

    WorldFIP

    Fieldbus Foundation

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  • 25

    BUSES DE CAMPO EXISTENTES

    Buses para reas de seguridad intrnseca

    Incluyen modificaciones en la capa fsica para cumplir con los

    requisitos especficos de seguridad intrnseca en ambientes con

    atmsferas explosivas.

    La seguridad intrnseca es un tipo de proteccin por la que el

    componente en cuestin no tiene posibilidad de provocar una

    explosin en la atmsfera circundante.

    Un circuito elctrico o una parte de un circuito tienen seguridad

    intrnseca, cuando alguna chispa o efecto trmico en este circuito

    producidos en las condiciones de prueba establecidas por un

    estndar (dentro del cual figuran las condiciones de operacin

    normal y de fallo especficas) no puede ocasionar una ignicin.

    Algunos ejemplos son

    HART , Profibus PA , WorldFIP.

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  • 26

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Profibus se desarroll bajo un proyecto financiado por el gobierno

    alemn. Normalizado en Alemania por DIN E 19245 y en Europa

    por EN 50170.

    El desarrollo y posterior comercializacin ha contado con el apoyo

    de importantes fabricantes com ABB, AEG, Siemens, Klckner-

    Moeller.

    Est controlado por la PNO (Profibus User Organisation) y la PTO

    (Profibus Trade Organisation).

    PROFIBUS

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  • 27

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Existen tres perfiles:

    Profibus DP (Decentralized Periphery). Orientado a

    sensores/actuadores enlazados a procesadores (PLCs) oterminales.

    Profibus PA (Process Automation). Para control de proceso y

    cumpliendo normas especiales de seguridad para la industria

    qumica (IEC 1 1 15 8-2, seguridad intrnseca).

    Profibus FMS (Fieldbus Message Specification). Para

    comunicacin entre clulas de proceso o equipos de automatizacin.

    La evolucin de Profibus hacia la utilizacin de protocolos TCP/IP

    para enlace al nivel de proceso hace que este perfil est perdiendo

    importancia.

    PROFIBUS

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  • 28

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Utiliza diferentes capas fsicas.

    La ms importante, en PROFIBUS DP, est basada en EIA RS-485.

    Profibs PA utiliza la norma IEC 11158-2 (norma de comunicacinsncrona entre sensores de campo que utiliza modulacin sobre la

    propia lnea de alimentacin de los dispositivos y puede utilizar los

    antiguos cableados de instrumentacin 4-20 mA) y para el nivel de

    proceso se tiende a la utilizacin de Ethernet.

    Tambin se contempla la utilizacin de enlaces de fibra ptica.

    Existen puentes para enlace entre diferentes medios, adems degateways que permiten el enlace entre perfiles y con otros

    protocolos.

    PROFIBUS

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  • 29

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Se distingue entre dispositivos tipo maestro y dispositivos esclavo.El acceso al medio entre maestros se arbitra por paso de testigo, el

    acceso a los esclavos desde un maestro es un proceso de

    interrogacin cclico (polling). Se pueden configurar sistemas

    multimaestro o sistemas ms simples maestro-esclavo.

    En Profibus DP se distingue entre: maestro clase 1 (estaciones demonitorizacin y diagnstico), maestro clase 2 (elementos

    centralizadores de informacin como PLCS, PCs, etc.), esclavo

    (sensores, actuadores).

    El transporte en Profibus-DP se realiza por medio de tramas segnIEC 870-5-1. La comunicacin se realiza por medio de datagramas

    en modo broadcast o multicast. Se utiliza comunicacin serie

    asncrona por lo que es utilizable una UART genrica.

    PROFIBUS

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  • 30

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    PROFIBUS

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  • 31

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Profibus DP prescinde de los niveles ISO 3 a 6 y la capa deaplicacin ofrece una amplia gama de servicios de diagnstico,

    seguridad, protecciones etc.

    Profibus FMS es una compleja capa de aplicacin que permite lagestin distribuida de procesos al nivel de relacin entre clulas

    dando posibilidad de acceso a objetos, ejecucin remota de

    procesos etc.

    Las plataformas hardware utilizadas para soportar Profibus sebasan en microprocesadores de 16 bits ms procesadores de

    comunicaciones especializados .

    Entre sus perspectivas de futuro se encuentra la integracin sobrela base de redes Ethernet al nivel de planta y la utilizacin de

    conceptos de tiempo real y filosofa productor-consumidor en la

    comunicacin entre dispositivos de campo.

    PROFIBUS

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  • 32

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Las distancias potenciales del Bus van de 100 m a 24 Km (conrepetidores y fibra ptica).

    La velocidad de comunicacin puede ir de 9600 bps a 12 Mbps.

    Utiliza mensajes de hasta 244 bytes de datos.

    Profibus se ha difundido ampliamente en Europa y tambin tiene unmercado importante en Amrica y Asia.

    El conjunto Profibus DP - Profibus PA cubre la automatizacin deplantas de proceso discontinuo y proceso continuo cubriendo

    normas de seguridad intrnseca.

    PROFIBUS

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  • 33

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    PROFIBUS

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  • 34

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Protocolo propietario, inicialmente, de la empresa Phoenix Conctact GmbH,aunque posteriormente ha sido abierta su especificacin. Normalizado bajo

    DIN 19258, norma europea EN 50 254. Fue introducido en el ao 1984.

    Utiliza una topologa en anillo y comunicacin mediante un registro dedesplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar buses perifricos al

    principal.

    Capa fsica basada en RS-485. Cada dispositivo acta como repetidor.Alcanza distancias entre nodos de 400 m para 500Kbps y una distancia

    total de 12 KM. Es posible utilizar tambin enlaces de fibra ptica.

    Capa de transporte basada en una trama nica que circula por el anillo(trama de suma)

    El direccionamiento no se incluye en los mensajes, los datos circulan por lared. Alta eficiencia para aplicaciones de pocos nodos y un pequeo

    conjunto de entradas/salidas por nodo.Es un bus rpido.

    INTERBUS

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  • 35

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Fsicamente tiene la impresin de seguir una topologa en estrella,pero realmente cada nodo tiene un punto de entrada y otro de

    salida hacia el siguiente nodo.

    Es muy sensible a corte completo de comunicacin al abrirse elanillo en cualquiera de los nodos. Por otra parte, la estructura en

    anillo permite una fcil localizacin de fallos y diagnstico.

    Es muy apropiado para comunicacin determinista a alta velocidad,es muy difcil una filosofa de comunicacin orientada a eventos.

    INTERBUS

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  • 36

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Bus basado en CAN. Su capa fsica y capa de enlace se basan enISO 11898, y en la especificacin de Bosh 2.0. DeviceNet define

    una de las ms sofisticadas capas de aplicaciones industriales

    sobre bus CAN.

    DeviceNet fue desarrollado por Allen-Bradley a mediados de losnoventa, posteriormente pas a ser una especificacin abierta

    soportada en la ODVA (Open DeviceNet Vendor Association),

    Cualquier fabricante puede asociarse a esta organizacin y obtener

    especificaciones, homologar productos, etc.

    Es posible la conexin de hasta 64 nodos con velocidades de 125Kbps a 500 Kbps en distancias de 100 a 500 m.

    DeviceNet

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  • 37

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Utiliza una definicin basada en orientacin a objetos para modelarlos servicios de comunicacin y el comportamiento externo de los

    nodos.

    Define mensajes y conexiones para funcionamiento maestro-esclavo, interrogacin cclica, "strobing" o lanzamiento de

    interrogacin general de dispositivos, mensajes espontneos de

    cambio de estado, comunicacin uno-uno, modelo productor-

    consumidor, carga y descarga de bloques de datos y ficheros etc.

    DeviceNet ha conseguido una significativa cuota de mercado.Existen ms de 300 productos homologados y se indica que el

    nmero de nodos instalados superaba los 300.000 en 1998, Est

    soportado por numerosos fabricantes: Allen-Bradley, ABB, Danfoss,

    Crouzet, Bosh, Control Techniques, Festo, Omron, .etc.

    DeviceNet

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  • 38

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Un bus orientado sobre todo a la interconexin de dispositivos enindustrias de proceso continuo.

    Su desarrollo ha sido apoyado por importantes fabricantes deinstrumentacin (Fisher-Rosemount, Foxboro).

    En la actualidad existe una asociacin de fabricantes que utilizaneste bus, que gestiona el esfuerzo normalizador, la Fieldbus

    Foundation. Normalizado como ISA SP50, IEC-ISO 61158 (ISA es

    la asociacin internacional de fabricantes de dispositivos de

    instrumentacin de proceso).

    FOUNDATION FIELDBUS

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  • 39

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Es compatible con Profibs PA, su principal contendiente.

    Presta especial atencin a las normas de seguridad intrnseca paraindustrias de proceso en ambientes combustibles o explosivos.

    Se soporta sobre par trenzado y es posible la reutilizacin de losantiguos cableados de instrumentacin analgica 4-20 mA.

    Utiliza comunicacin sncrona con codificacin Manchester.

    La capa de aplicacin utiliza un protocolo orientado a objetos.

    Un solo Link master arbitra el bus, puede ser sustituido por otro encaso de fallo. Comunicacin por paso de testigo, comunicacin

    cliente-servidor, modelo productor-consumidor etc.

    El nivel H2 (dos) est basado en Ethernet de alta velocidad (100Mbps) y orientado al nivel de control de la red industrial.

    FOUNDATION FIELDBUS

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  • 40

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Desarrollado en Francia a finales de los ochenta y normalizado porEN 50170, que tambin cubre Profibus.

    Sus capas fsica y de aplicacin son anlogas a las de FoundationFieldbus H1 y Profibus PA. La divisin Norteamrica de WorldFIP

    se uni a mediados de los noventa a la Fieldbus Foundation en el

    esfuerzo por la normalizacin de un bus industrial comn.

    Utiliza un modelo productor-consumidor con gestin de variablescclicas, eventos y mensajes genricos.

    FIP- WorldFIP

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  • 41

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    La empresa Echelon, localizada en California, fue fundada en 1988.Comercializa el bus de campo LonWorks basado en el protocolo

    LonTalk y soportado sobre el NeuronChip.

    Posee una estructura de productos y servicios orientados del controldistribuido en domtica, edificios inteligentes, control industrial etc.

    La red Lonworks ofrece una variada seleccin de medios fsicos ytopologas de red: par trenzado en bus, anillo y topologa libre, fibra

    ptica, radio, transmisin sobre red elctrica etc. El soporte ms

    usual es par trenzado a 38 o 78 Kbps.

    El mtodo de comparacin de medio es acceso CSMA predictivo eincluye servicios de prioridad de mensajes.

    LONWORKS

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 42

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    SDS ("Smart Distributed System") es, junto con DeviceNet yCANOpen, uno de los buses de campo basados en CAN ms

    extendidos. Fue desarrollado por el fabricante de sensores

    industriales Honeywell en 1989.

    Se ha utilizado sobre todo en aplicaciones de sistemas dealmacenamiento, empaquetado y clasificacin automtica.

    Se define una capa fsica que incluye alimentacin de dispositivosen las conexiones. La capa de aplicacin define autodiagnstico de

    nodos, comunicacin por eventos y prioridades de alta velocidad.

    SDS

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 43

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Bus de campo basado en CAN. Fue el resultado de un proyecto deinvestigacin financiado por la Comunidad Europea y se est

    extendiendo de forma importante entre fabricantes de maquinaria e

    integradores de clula de proceso.

    Est soportado por la organizacin CiA (CAN In Automation),organizacin de fabricantes y usuarios de CAN que tambin apoya

    DeviceNet, SDS etc.

    CANOpen

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 44

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    En su definicin inicial Modbus era una especificacin de tramas,mensajes y funciones utilizada para la comunicacin con los PLCs

    Modicon.

    Modbus puede implementarse sobre cualquier lnea decomunicacin serie y permite la comunicacin por medio de tramas

    binarias o ASCII con un proceso interrogacin-respuesta simple.

    Debido a que fue incluido en los PLCs de la prestigiosa firma

    Modicon en 1979, ha resultado un estndar de facto para el enlace

    serie entre dispositivos industriales.

    Modbus Plus define un completo bus de campo basado en tcnicade paso de testigo. Se utiliza como soporte fsico el par-trenzado o

    fibra ptica.

    En la actualidad Modbus es soportado por el grupo deautomatizacin Schneider (Telemechanique, Modicon).

    MODBUS

    Sistemas de Comunicaciones

    Industriales

  • 45

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    La norma IEEE 802.3 basada en la red Ethernet de Xerox se ha convertidoen el mtodo ms extendido para interconexin de computadores

    personales en redes de proceso de datos. En la actualidad se vive una

    autntica revolucin en cuanto a su desplazamiento hacia las redes

    industriales. Es indudable esa penetracin.

    Diversos buses de campo establecidos como Profibus, Modbus etc. hanadoptado Ethernet como la red apropiada para los niveles superiores.

    El intrnseco indeterminismo de Ethernet se aborda por medio detopologas basadas en conmutadores.

    Se han de aplicar normas especiales para conectores, blindajes, rangos detemperatura etc. La tarjeta adaptadora Ethernet empieza a encarecerse

    cuando se la dota de robustez para un entorno industrial.

    INDUSTRIAL ETHERNET

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  • 46

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Parece difcil que Ethernet tenga futuro a nivel de sensor, aunquepuede aplicarse en nodos que engloban conexiones mltiples de

    entrada-salida.

    Como conclusin Ethernet est ocupando un rea importante entrelas opciones para redes industriales, pero parece aventurado

    afirmar, como se ha llegado a hacer, que pueda llegar a penetrar en

    los niveles bajos de la pirmide CIM.

    INDUSTRIAL ETHERNET

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  • 47

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    AS-I (Actuator Sensor Interface) es un bus de campo desarrolladoinicialmente por Siemens, para la interconexin de actuadores y

    sensores binarios. Actualmente est recogido por el estndar IEC

    TG 17B.

    A nivel fsico, la red puede adoptar cualquier tipo de topologa:estructura en bus, en rbol, en estrella o en anillo.

    Permite la interconexin de un mximo de 31 esclavos.

    La longitud mxima de cada segmento es de 100 metros.

    Dispone de repetidores que permiten la unin de hasta tressegmentos, y de puentes hacia redes Profibus.

    AS-I

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  • 48

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Como medio fsico de transmisin, emplea un nico cable quepermite tanto la transmisin de datos como la alimentacin de los

    dispositivos conectados a la red.

    Su diseo evita errores de polaridad al conectar nuevos dispositivosa la red.

    La incorporacin o eliminacin de elementos de la red no requierela modificacin del cable.

    El cable consta de dos hilos sin apantallamiento. Para lograrinmunidad al ruido, la transmisin se hace basndose en una

    codificacin Manchester

    Cada esclavo dispone de hasta 4 entradas/salidas, lo que hace quela red pueda controlar hasta 124 E/S digitales.

    AS-I

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  • 49

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    La comunicacin sigue un esquema maestro - esclavo, en la cual elmaestro interroga a las estaciones envindoles mensajes (llamados

    telegramas) de 14 bits y el esclavo responde con un mensaje de 7

    bits.

    La duracin de cada ciclo pregunta respuesta es de 150 s. Encada ciclo de comunicacin se deben consultar todos los esclavos,

    aadiendo dos ciclos extras para operaciones de administracin del

    bus (deteccin de fallos). El resultado es un tiempo de ciclo

    mximo de-5ms.

    AS-I

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  • 50

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Introducido por Intel a principios de los 80.

    Es un bus maestro-esclavo soportado sobre RS485 y normalizadoen IEEE- 1118.

    Debido a su sencillez ha sido adoptado en redes de pequeosfabricantes o integradores.

    En su capa de aplicacin se contempla la gestin de tareasdistribuidas, es decir es, en cierto modo, un sistema multitarea

    distribuido.

    Existe una organizacin europea de soporte (Bitbus EuropeanUser's Group).

    BITBUS

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  • 51

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Originalmente desarrollada como red para proceso de datos en losaos 70 ARCNet ha encontrado aplicacin en el mundo industrial.

    Su tcnica de paso de testigo hace que sea predecible, deterministay robusta.

    Est normalizada como ANSI/ATA 878. 1.

    La velocidad de comunicacin es de 2,5 Mbps con paquetes del 0 a512 bytes. Soporta topologa en bus y estrella y diversos medios

    fsicos (cable coaxial, par trenzado, fibra ptica).

    Es una red muy apropiada para un nivel intermedio en la jerarquaCIM. Algunos fabricantes proponen como jerarqua ideal para

    control industrial una basada en Ethernet en el nivel superior,

    ArcNET en el intermedio y CAN al nivel de celda de fabricacin.

    ARCNet

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  • 52

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Bus de alta velocidad (5 Mbps) y distancia (hasta 5 Km), muyseguro y robusto promovido por Allen-Bradley.

    Utiliza cable RG6/U (utilizado en televisin por cable) y se basa enun controlador ASIC de Rockwell.

    No es soportado por muchos fabricantes y resulta de elevado preciopor nodo.

    Se ha utilizado para interconexin de redes de PLCs ycomputadores industriales en aplicaciones de alta velocidad y

    ambientes muy crticos.

    CONTROLNET

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  • 53

    BUSES DE CAMPO ESTANDARIZADOS

    Es un protocolo para bus de campo soportado por la HARTCommunication Foundation y la Fieldbus Foundation.

    Su campo de aplicacin bsico es la comunicacin digital sobre laslneas analgicas clsicas de los sistemas de instrumentacin,

    manteniendo stas en servicio. Sus prestaciones como bus de

    campo son reducidas.

    Utiliza el bus analgico estndar 4-20 mA sobre el que transmiteuna seal digital modulada en frecuencia (modulacin FSK 1200-

    2200 Hz). Transmite a 1200 bps manteniendo compatibilidad con la

    aplicacin analgica inicial y sobre distancias de hasta 3 Km.

    Normalmente funciona en modo maestro-esclavo.

    HART

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  • 54

    LA GUERRA DE LOS BUSES

    Ante la variedad de opciones existente, parece razonable pensarque fabricantes y usuarios hicieran un esfuerzo en la bsqueda de

    normativas comunes para la interconexin de sistemas industriales.

    Lo que ha venido llamndose "la guerra de los buses" tiene que vercon la permanente confusin reinante en los entornos

    normalizadores en los que se debate la especificacin del supuesto

    "bus de campo universal".

    Desde mediados de los aos 80 la Comisin ElectrotcnicaInternacional (IEC-CEI) y la Sociedad de Instrumentacin

    Americana (ISA) ha sido escenario del supuesto esfuerzo de los

    fabricantes para lograr el establecimiento de una norma nica de

    bus de campo de uso general.

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  • 55

    LA GUERRA DE LOS BUSES

    En 1992 surgieron dos grupos, el ISP (Interoperable Systems Project) yWorldFIP cada uno promoviendo su propia versin del bus de campo. En

    el primer grupo estaban fabricantes como Siemens, Fisher-Rosemount,

    Foxboro y Yokogawa. En el segundo Allen-Bradley, HoneyWell, Square D y

    diversas empresas francesa. En 1994 ambos grupos se unieron en la

    Fieldbus Foundation.

    El debate se traslad luego, y continua en la actualidad, a la conjuncin deFieldbus y el mundo Profibus.

    Los aos pasan, la norma del supuesto bus universal nunca se acaba degenerar y en el camino aparecen nuevas opciones como CAN, LonWorks,

    Ethernet.

    Incluso el debate es confuso y totalmente incomprensible, otras empresasparticipantes en el debate generaban en paralelo soluciones propias, es el

    caso de Allen-Bradley con DeviceNet y HoneyWell con SDS.

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