Transcript Pure Genius - Sistemas de Comunicaciones Electrónicas y sus

CONTENIDO
 Protocolo
 Modelo Referencial OSI
 Protocolo TCP/IP
 Redes de Campo
 Arquitectura
 Ventajas
 Red de Campo Fieldbus Foundation
 Red de Campo Profibus
Redes de Campos
Introducción
La demanda creciente de las comunicaciones han llevado a
la especificación y existencias de numerosos protocolos,
acorde con las áreas de aplicación en los que fueron
desarrollados por diferentes razones. Pueden diferir
sustancialmente entre ellos pero en más o menos se
referencian a estándares internacionales. Estos estándares
denominados factory bus están siendo utilizados a nivel
en los sistemas de información de nivel dirigencial (
higher-end ) y a nivel de redes de campo se denominan
field bus ( lower-end ) utilizado principalmente para
comunicación
de
sensores
y
actuadores
de
proceso/máquina
Redes de Campos
Las redes de campo permiten que los controladores se
comuniquen con dispositivos de entrada y salida de una
manera parecida a cómo en una red local,
Un sistema supervisorio puede monitorear controladores.
Esta configuración descentraliza el control en un sistema
basado en controladores programables, permitiendo
sistemas de control más grandes y rápidos.
La topología (o arquitectura física) de una red de campo
sigue la configuración tipo bus, donde los dispositivos de
campo se conectan directamente ya sea a un controlador o
a una red de área local.
Redes de Campos
•La función básica de una red de campo es comunicar información y potencia a los dispositivos de
campo.
•En una red de campo, los controladores manejan los dispositivos de campo directamente, sin el
uso de módulos de entrada y salida; por lo tanto, el controlador se conecta y comunica con cada
dispositivo de campo, utilizando el protocolo del bus.
•Un red de campo grande podría tener alrededor de 2048 o más dispositivos.
Redes de Campos
Las redes de campo pueden ser clasificadas en dos
categorías, una que maneja dispositivos de bajo nivel
y que son típicas de los procesos discretos. Y otra que
maneja dispositivos de alto nivel en procesos
industriales. Las categorías son:
Redes de dispositivos de campo
Redes de proceso
La principal razón por la que existe esta clasificación radica
en los requerimientos de transmisión de datos que
requieren los dispositivos de campo discretos y analógicos.
El tamaño de los paquetes de información tiene un efecto
inversamente proporcional en la velocidad de transmisión.
Redes de Campos
Clasificacion
|
•En una red de dispositivos, la mayoría son discretos.
Las redes de dispositivos de campo se comunican con dispositivos
de bajo nivel como botones e interruptores de final de carrera entre
otros, los cuales transmiten información acerca del estado de la
señal (encendido/apagado) y su estado de operación. Estas redes
generalmente procesan desde unos cuantos bits hasta muchos
bytes al mismo tiempo.
•En una red de procesos, la mayoría de los dispositivos son analógicos.
Las redes de procesos se conectan con dispositivos de alto nivel
como válvulas inteligentes y medidores de lujo entre otros, que son
comúnmente empleados en aplicaciones de control de procesos.
Las redes de procesos manejan grandes cantidades de información
que consiste en datos del proceso así como de los dispositivos de
campo propiamente.
Redes de Campos
Existen redes de dispositivos de campo que pueden manejar
elementos discretos y analógicos.
Aquellas que pueden manejar dispositivos analógicos se las
llama redes byte-wide.
Las que sólo manejan dispositivos discretos se las llama
redes bit-wide.
Bus de Campos
Un bus de campo es un sistema de transmisión de
información (datos) que simplifica enormemente la
instalación y operación de máquinas y equipamientos
industriales utilizados en procesos de producción.
El objetivo de un bus de campo es sustituir las conexiones
punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de
control a través del tradicional bucle de corriente de 420mA.
Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto,
montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de
campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores
Bus de Campo
Las aplicaciones basadas en buses de campo, reducen en
un 40% el coste de cableado, configuración y mantenimiento,
en comparación con los sistemas tradicionales
No solamente los datos de entrada y salida de los
captadores y accionadores, sino además los datos de
parametrización, datos de diagnóstico y programas de
aplicación
VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO
La principal ventaja que ofrecen los buses de campo, y
la que los hace más atractivos a los usuarios finales, es
la reducción de costos. El ahorro proviene
fundamentalmente de tres fuentes:
ahorro en costo de instalación
ahorro en el costo de mantenimiento
ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del
sistema.
significativa reducción en el cableado necesario para el control
de una instalación Se estima que puede ofrecer una reducción de
5 a 1 en los costos de cableado
dispone de herramientas de administración del bus que
permiten la reducción del número de horas necesarias para la
instalación y puesta en marcha.
VENTAJAS DE LOS BUSES DE CAMPO
más
Los buses
sencillos
de
que otras
ofrecen
redes
mayor
de
uso
flexibilidad
industrial
al operadores
usuario
como por
en
Además,
los campo
buses
de campo
permiten
a los
ejemplo
el diseñoMAP,
deltodos
sistema.
hacelos
quedispositivos
las necesidades
de mantenimiento
monitorizar
que integran
el sistemadee
la
También
red sean
hay
menores,
que tener
de
modo
cuenta
que la
que
fiabilidad
las prestaciones
del sistema
del
a
interpretar
fácilmente
las en
interacciones
entre
ellos.
De esta
largo
sistema
plazo
aumenta
con
de la de
tecnología
de en
los labuses
dey
forma,
la mejoran
detección
deellasuso
fuentes
problemas
planta
campo
debido resulta
a la simplificación
la forma
de obtener
su
corrección
mucho más en
sencilla,
reduciendo
los
información
de la planta desde
los distintos
sensores.
costos
de mantenimiento
y el tiempo
de parada
de la planta.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han
desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con
diferentes prestaciones y campos de aplicación. En una
primera clasificación tenemos los siguientes grupos:
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
Buses de alta velocidad y funcionalidad media
Buses
alta
velocidad
y baja
funcionalidad
Se basande
en el
diseño
de una capa
de enlace
para el envío eficiente de bloques de
Están
para
integrar
dispositivos
como
finales
datos
de diseñados
tamaño medio.
Estos
mensajes
permiten que simples
el dispositivo
tenga
mayor
funcionalidad
modo que permite
incluir
aspectos como simples,
la configuración,
calibración
de carrera,defotocélulas,
relés
y actuadores
funcionando
o programación del dispositivo. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo
en aplicaciones
de tiempo
agrupadosincluyen
en una
pequeña
complejos,
de forma eficiente
y a bajoreal,
costo. yNormalmente
la especificación
zona dedelalaplanta,
máquina.
completa
capa detípicamente
aplicación, lo una
que significa
que se dispone de funciones
utilizables
desde programas
basados las
en PCs
para acceder,
y controlardel
los
Básicamente
comprenden
capas
física cambiar
y de enlace
diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos incluyen funciones estándar
modelo
OSI,
esdedecir,
señales
físicas
patrones
de bits de las
para
distintos
tipos
dispositivos
(perfiles)
quey facilitan
la inter-operbilidad
de
tramas. Algunos
dispositivos
de distintos ejemplos
fabricantes. son:
Algunos ejemplos son:
DeviceNet:
Desarrollado
por Allen-Bradley,
utiliza
base el bus
e incorpora
•CAN:
Diseñado
originalmente
para
sucomo
aplicación
enCAN,
vehículos.
una capa de aplicación orientada a objetos.
•SDS: Bus
la integración
de sensores y actuadores, basado
LONWorks:
Redpara
desarrollada
por Echelon.
en CAN
BitBus:
Red desarrollada por INTEL.
DIN
MessBus:
alemán de bus
instrumentación,
en comunicación
•ASI:
Bus Estándar
serie diseñado
pordeSiemens
parabasado
la integración
de
RS-232.
sensoresBus
y actuadores.
InterBus-S:
de campo alemán de uso común en aplicaciones medias.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
Redesdemulti-maestro
con redundancia.
Buses
altas prestaciones
Comunicación
según el aesquema
Son
capaces de maestro-esclavo
soportar comunicaciones
nivel de pregunta-respuesta.
todos los niveles de la producción
Recuperación
de basan
datos desde
el esclavo
con
un límite máximo
tiempo problemas
CIM.
Aunque se
en buses
de alta
velocidad,
algunos de
presentan
Capacidad
de direccionamiento
multicastlas
y broadcast,
debido
a la sobrecarga
necesariaunicast,
para alcanzar
características funcionales y de
Petición de
a los esclavos
en eventos.
seguridad
queservicios
se les exigen.
La capabasada
de aplicación
tiene un gran número de servicios
Comunicación
de variables
y bloques
datos orientada
a objetos.
a
la capa de usuario,
habitualmente
un de
subconjunto
del estándar
MMS (Manufacturing
Descarga
y ejecución remota
de programas.
Message
Specification).
Entre sus
características incluyen:
Altos niveles de seguridad de la red, opcionalmente con procedimientos de
autentificación.
Conjunto completo de funciones de administración de la red.
Algunos ejemplos son:
•Profibus
•WorldFIP
•Fieldbus Foundation
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
Buses para áreas de seguridad intrínseca
Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los
requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con
atmósferas explosivas. La seguridad intrínseca es un tipo de
protección por la que el componente en cuestión no tiene
posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera
circundante. Un circuito eléctrico o una parte de un circuito
tienen seguridad intrínseca, cuando alguna chispa o efecto
térmico en este circuito producidos en las condiciones de
prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las
condiciones de operación normal y de fallo específicas) no
puede ocasionar una ignición. Algunos ejemplos son HART,
Profibus PA o WorldFIP.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
PROFIBUS
Profibus se desarrolló bajo un proyecto financiado por el gobierno
alemán. Está normalizado en Alemania por DIN E 19245 y en
Europa por EN 50170. El desarrollo y posterior comercialización
ha contado con el apoyo de importantes fabricantes com ABB,
AEG, Siemens, Klóckner-Moeller, ... Está controlado por la PNO
(Profibus User Organisation) y la PTO (Profibus Trade
Organisation).
Existen tres perfiles:
Profibus DP (Decentralized Periphery).
Orientado a sensores/actuadores enlazados a procesadores
(PLCS) o terminales.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
Profibus PA (Process Automation).
Para control de proceso y cumpliendo normas especiales de
seguridad para la industria química (IEC 1 1 15 8-2, seguridad
intrínseca).
Profibus FMS (Fieldbus Message Specification).
Para comunicación entre células de proceso o equipos de
automatización. La evolución de Profibus hacia la utilización de
protocolos TCP/IP para enlace al nivel de proceso hace que
este perfil esté perdiendo importancia.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
INTERBUS
Protocolo propietario, inicialmente, de la empresa Phoenix
Conctact GmbH, aunque posteriormente ha sido abierta su
especificación. Normalizado bajo DIN 19258, norma europea
EN 50 254. Fue introducido en el año 1984.
Utiliza una topología en anillo y comunicación mediante un
registro de desplazamiento en cada nodo. Se pueden enlazar
buses periféricos al principal.
Capa física basada en RS-485. Cada dispositivo actúa como
repetidor. Así se puede alcanzar una distancia entre nodos de
400 m para 500Kbps y una distancia total de 12 KM. Es posible
utilizar también enlaces de fibra óptica.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
DeviceNet
Bus basado en CAN. Su capa física y capa de enlace se basan
en ISO 11898, y en la especificación de Bosh 2.0. DeviceNet
define una de las más sofisticadas capas de aplicaciones
industriales sobre bus CAN.
DeviceNet fue desarrollado por Allen-Bradley a mediados de los
noventa, posteriormente pasó a ser una especificación abierta
soportada en la ODVA (Open DeviceNet Vendor Association),
Cualquier fabricante puede asociarse a esta organización y
obtener especificaciones, homologar productos, etc.
Es posible la conexión de hasta 64 nodos con velocidades de
125 Kbps a 500 Kbps en distancias de 100 a 500 m.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
FOUNDATION FIELDBUS
Un bus orientado sobre todo a la interconexión de dispositivos en industrias
de proceso continuo. Su desarrollo ha sido apoyado por importantes
fabricantes de instrumentación (Fisher-Rosemount, Foxboro,...). En la
actualidad existe una asociación de fabricantes que utilizan este bus, que
gestiona el esfuerzo normalizador, la Fieldbus Foundation. Normalizado
como ISA SP50, IEC-ISO 61158 (ISA es la asociación internacional de
fabricantes de dispositivos de instrumentación de proceso).
En su nivel H1 (uno) de la capa física sigue la norma IEC 11158-2 para
comunicación a 31,25 Kbps, es por tanto, compatible con Profibús PA, su
principal contendiente. Presta especial atención a las versiones que cumplen
normas de seguridad intrínseca para industrias de proceso en ambientes
combustibles o explosivos. Se soporta sobre par trenzado y es posible la
reutilización de los antiguos cableados de instrumentación analógica 4-20
mA. Se utiliza comunicación síncrona con codificación Manchester Bifase-L.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
El nivel H2 (dos) está basado en Ethernet de alta velocidad
(100 Mbps) y orientado al nivel de control de la red industrial.
FIP- WorldFIP
Desarrollado en Francia a finales de los
ochenta y normalizado por EN 50170, que
también cubre Profibus. Sus capas física y
de aplicación son análogas a las de
Foundation Fieldbus H1 y Profibus PA. La
división Norteamérica de WorldFIP se unió a
mediados de los noventa a la Fieldbus
Foundation en el esfuerzo por la
normalización de un bus industrial común.
BUSES DE CAMPO EXISTENTES
LONWORKS
INDUSTRIAL ETHERNET
SDS ("Smart Distributed System")
CANOpen
MODBUS
AS-I (Actuator Sensor Interface)
BITBUS
Introducido
por
Intel a principios
de los 80
CONTROLNET
ARCNet
Originalmente desarrollada como red para proceso de datos
en los años ‘70