• Author / Uploaded
• lgwgneizan

• Categories
• Transmisión de datos
• Redes de computadoras
• Telecomunicaciones
• Protocolos de redes
• Tecnología

Citation preview

INSTITUTO TECNOLOGICO SUP

INGENIERIA ELECTROMEC

Instrumentación indus Medición e Instrumentació

Propuesta de proyecto

PRESENTA: CARRETO HERNANDEZ LUIS GU

DOCENTE: ING. Mario Pérez Acos

Misantla Veracruz 09 de marzo de 2015

3.1BUSES ACTUADORES Y SENSORES El cableado de los sensores y actuadores supone uno de los procesos más laboriosos en el montaje de los sistemas de automatización, además, suele ser una de las mayores fuentes de errores en la puesta en marcha de la instalación. Conforme el sistema se complica, la gran cantidad de sensores y actuadores que se requieren, y la necesidad de emplear 2, 3, 4 o incluso más hilos por sensor, no sólo hacen que la dificultad se incremente exponencialmente, sino que supone un aumento considerable del coste final de la instalación. El considerable aumento de la complejidad de los sistemas de automatización actuales, junto con el coste que supone el tiempo necesario para realizar el cableado de las instalaciones y la dificultad de encontrar fallos en los mazos de cable tradicionales, llevaron a un grupo de 10 fabricantes, entre ellos empresas de la importancia de Festo KG y Siemens AG, a establecer un estándar para la conexión de sensores y actuadores. La aparición de los Buses de Campo y más concretamente de los Buses de Sensores y Actuadores, vienieron a simplificar el proceso de cableado de los grandes sistemas de automatización, permitiendo una gran reducción de costes y tiempo. Las características principales de AS-Interface son: 

Especificaciones abiertas.



Permite la conexión de sensores y actuadores "No AS-i" mediante módulos activos.



Ideal para la interconexión de sensores y actuadores binarios.



A través del cable AS-i se transmiten tanto los datos como la alimentación.



Cableado sencillo y económico.



Fácil montaje, con perforación de aislamiento.



Sistema Monomaestro.



Gran flexibilidad de topología (árbol).



Reacción rápida: máximo 5ms para intercambiar datos con hasta 31 esclavos.



Velocidad de transferencia de datos de 167 Kbits/s.



Máximo 100m por segmento, con posibilidad de extensión hasta 3 segmentos (300m).



Permite conectar hasta 124 sensores y 124 actuadores con módulos estándar.



Permite conectar hasta 248 sensores y 186 actuadores con módulos extendidos.



Cumple con los requerimientos IP-65/HIP-6 (idóneos para ambientes exigentes) e IP-20 (aplicaciones en cuadro).



Temperatura de funcionamiento entre -25ºC y +85ºC.



Transmisión por modulación de corriente, lo cual garantiza un alto grado de seguridad.



Según un estudio realizado por la Universidad de Munich, mediante una red AS-i se puede ahorrar entre un 15% y un 30% del coste total.

AS-i se sitúa en la parte más baja de la pirámide de control, conectanto los sensores y actuadores con el maestro del nivel de campo. Los maestros pueden ser autómatas o PCs situados en los niveles bajos de control, o pasarelas que comuniquen la red ASInterface con otras redes de nivel superior, como Profibus o DeviceNet.

3.2 BUSES DE CAMPO Y DISPOSITIVOS 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 4-20 mA. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs/PACs, 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. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de diagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus. Ejemplos: Transmisor AS-i y PROFIBUS (PROcess FIeld BUS)

3.2.1 CANopen CANopen es un protocolo de comunicaciones de alto nivel, para uso industrial, basado en el bus CAN (ISO 11898) y recogido en la norma EN 50325-4. CANopen ha sido desarrollado por CiA (CAN in Au tomation), asociación sin ánimo de lucro formada por fabricantes y usuarios del bus CAN HISTORIA 

En 1992 se constituye CiA con el objetivo de promover aplicaciones industriales del bus CAN.



Dos años más tarde, en 1994 CiA publica las primeras especificaciones de una capa de aplicación CAL (CAN Application Layer).



En 1995 aparece el documento DS-301 proponiendo a CANopen como un perfil de comunicaciones que trabaja haciendo uso del conjunto de herramientas desarrollado en CAL. En él se definen también los perfiles de dispositivo para diferentes familias de productos (encóders, variadores de velocidad, entradas y salidas remotas, ...).



En 1999 tiene lugar una reestructuración importante, en la que se integran todas las especificaciones de CAL dentro del documento de descripción de CANopen.



A partir de entonces se han corregido errores y se han realizado mejoras menores que han quedado recogidas en la versión del documento CiA 301 (descargable de la web de CiA) y en la norma EN 50325-4 de 2002.

Siguiendo el modelo de referencia OSI, los niveles físicos y de enlace son los mismos que en el bus CAN. CANopen especifica el nivel de aplicación, resultando una arquitectura simplificada con sólo tres capas, muy común en los buses de campo. En la práctica no significa que las

capas intermedias estén totalmente vacías, sino que la mayor parte de los servicios que ofrecen no tienen utilidad para un bus industrial. La solución es aligerar la implementación suprimiendo esas capas y trasladando los servicios necesarios a la capa superior, que es la de aplicación. Los dispositivos se estructuran en tres unidades funcionales: 

Comunicaciones: Proporciona los objetos de comunicación y la funcionalidad necesaria para transportar los datos a través de la red subyacente.



Diccionario de objetos: Es una colección de todos los elementos de datos que tienen influencia en el comportamiento de los objetos de aplicación, los objetos de comunicación y la máquina de estados del dispositivo.



Aplicación: engloba la funcionalidad del dispositivo con respecto a la interacción con el proceso.

El diccionario de objetos funciona como una interfaz entre las comunicaciones y la aplicación. La descripción completa de la unidad de aplicación de un dispositivo, con respecto a los datos del Diccionario de objetos recibe el nombre de perfil de dispositivo. Especifica los diferentes servicios y objetos de comunicación y los modos disponibles de mensajería. Soporta la transmisión síncrona y asíncrona de mensajes. Se admiten tres tipos de relaciones de comunicación: 

Maestro/Esclavo. En todo momento hay un único maestro que dirige las comunicaciones para una determinada funcionalidad; el resto de dispositivos se consideran esclavos. El maestro hace una petición y el esclavo direccionado responde (si es necesario). En CANopen se emplea en la administración de la red.



Cliente/Servidor. Es una relación entre un sólo cliente y un sólo servidor. El cliente hace una petición que provoca que el servidor realice una determinada tarea. Tras finalizar la tarea, el servidor responde a la petición. En CANopen se utiliza para la parametrización de los dispositivos.

Productor/Consumidor. Involucra a un productor y cero o más



consumidores. Hay dos modelos diferentes: 

Modelo push. Servicio no confirmado solicitado y ofrecido por el productor. En CANopen se usa para transmisión de datos a alta velocidad.



Modelo pull. Servicio confirmado solicitado por el consumidor. En CANopen se puede usar para petición de datos con confirmación de entrega. No es tan rápido como el push.

3.2.2 DEVICE NET DeviceNet es un protocolo de comunicación usado en la industria de la automatización para interconectar dispositivos de control para intercambio de datos. Éste usa Bus CAN como tecnología Backbone y define una capa de aplicación para cubrir un rango de perfiles de dispositivos. Las aplicaciones típicas incluyen dispositivos de intercambio, dispositivos de seguridad grandes redes de control con E/S.

3.2.3 FIELBUS FUNDATION F OUNDATION Fieldbus es un todo- digitales , serie del sistema, de dos vías de comunicación que sirve de base a nivel de red en una planta o fábrica de automatización demedio ambiente. Es una arquitectura abierta, desarrollado y administrado por la Fundación Fieldbus . Se apunta para las aplicaciones que utilizan el control normativo básico y avanzado, y durante gran parte del control discreto asociado con esas funciones. La tecnología de bus de campo de la Fundación se utiliza sobre todo en las industrias de proceso, pero recientemente se ha implementado en las centrales eléctricas. Dos implementaciones relacionadas de F OUNDATION bus de campo se han introducido para satisfacer las diferentes necesidades dentro del entorno de la automatización de procesos. Estas dos implementaciones utilizan diferentes velocidades de los medios de comunicación y la comunicación físicos.



F OUNDATION Fieldbus H1 - Funciona a 31,25 kbit / s, y se utiliza generalmente para conectarse a dispositivos de campo y los sistemas host. Proporciona comunicación y el poder sobre el cableado de par trenzado estándar tanto en aplicaciones de seguridad convencionales e intrínsecos. H1 es actualmente la aplicación más común.



HSE (alta velocidad de Ethernet) - Funciona a 100/1000 Mbit / s, y por lo general se conecta de entrada / salida de los subsistemas, los sistemas host, dispositivos de unión y gateways. No proporciona actualmente el poder sobre el cable, aunque se está trabajando para solucionar este usando el Poder IEEE802.3af sobre Ethernet (PoE).

F OUNDATION bus de campo fue pensado originalmente como un reemplazo para el 4-20 mA estándar, y hoy convive con otras tecnologías, como Modbus , Profibus y Ethernet industrial . F OUNDATION bus de campo hoy goza de una base instalada creciente en muchas aplicaciones de procesos pesados tales como la refinación, petroquímica, generación de energía, e incluso de alimentos y bebidas, productos farmacéuticos, y las aplicaciones nucleares. F OUNDATION bus de campo se desarrolló durante un período de muchos años por la Sociedad Internacional de Automatización , o ISA, como SP50. En 1996, la primera H1 (31,25 kbit / s) especificaciones fueron puestos en libertad. En 1999 los primeros HSE (High Speed Ethernet) especificaciones [1] fueron puestos en libertad. La Comisión Electrotécnica Internacional (IEC) de serie en el bus de campo, incluyendo F OUNDATION Fieldbus, es IEC 61158. El tipo 1 es F OUNDATION Fieldbus H1, mientras que el tipo 5 es F OUNDATION Fieldbus HSE. Un segmento típico de bus de campo consta de los siguientes componentes. 

Tarjeta H1 - tarjeta de interfaz de bus de campo (Es una práctica común tener tarjetas H1 redundantes, pero en última instancia se trata de aplicación específica)



PS - potencia a granel (Vdc) a la fuente de alimentación de bus de campo



FPS - Fieldbus Fuente de alimentación y de señal Acondicionador (integrado fuentes de alimentación y acondicionadores se han convertido en el estándar de hoy en día)



T - Terminators (exactamente 2 terminadores se utilizan por segmento de bus de campo uno en el FPS y uno en el punto más lejano de un segmento en el acoplador de dispositivo).



LD - Vinculación de dispositivos, utilizado como alternativa a las redes de HSE para terminar 4-8 segmentos H1 que actúan como puerta de entrada a una red troncal HSE.



Y los dispositivos de bus de campo (por ejemplo, transmisores, transductores, etc.

3.2.4 INTERBUS –S Ha sido desarrollado como un sistema de bus de sensor / actuador para la transmisión de datos de proceso para aumentar la productividad de las máquinas y plantas, mientras que al mismo tiempo la reducción de costes. Hoy en día la tecnología INTERBUS se conoce como madura y sólida y está estandarizado en la norma IEC 61158 e IEC 61784. Con su procedimiento de transmisión y el anillo especial topología, el sistema INTERBUS no sólo proporciona excelentes características de rendimiento, tales como datos rápidos, cíclicos y de tiempo equidistantes la comunicación, sino también un manejo sencillo, funciones de diagnóstico integrales para reducir al mínimo el tiempo de inactividad, así como un alto grado de inmunidad a la interferencia mediante fibra óptica. Son estas características, en combinación con la conexión de bajo costo de sensores y actuadores que han llevado a la rápida aceptación del sistema de bus de campo. Actualmente (marzo de 2014) hay más de 18,6 millones de nodos instalados INTERBUS disponibles. Debido a la creciente cambio de las tecnologías de bus de campo en la dirección Ethernet para los usuarios de la integración de la tecnología de INTERBUS y la creación de formas de migración eficientes y de inversión protectores son de significado esencial. De este modo se ha creado una integración óptima de INTERBUS en PROFINET. Tecnología INTERBUS estable El de hoy acaba de ser técnicamente mantenido. Por lo tanto, el antiguo Club INTERBUS y Organización de usuarios de PROFIBUS (PNO) han decidido integrar sus actividades de mantenimiento en PI.

3.2.5 LAN WORK 3.2.6 PROFIBUS – DP Tipos de dispositivos en el bus • Maestro-DP clase 1 –     

Controlador central que intercambia datos con los dispositivos de I/O conectados (esclavos-DP) Determina la velocidad Maneja el Testigo (Token) Son permitidos varios maestros-DP clase 1 en una configuración Los dispositivos típicos maestros-DP clase 1 son PLC, PC

• Maestro-DP clase 2 –  

Herramienta de diagnosis y arranque, normalmente herramienta de configuración También puede controlar esclavos

• Esclavo-DP – • Estación pasiva que reconoce mensajes o contesta a peticiones

3.3 BUSES DE CONTROL El bus de control gobierna el uso y acceso a las líneas de datos y de direcciones. Como éstas líneas están compartidas por todos los componentes, tiene que proveerse de determinados mecanismos que controlen su utilización. Las señales de control transmiten tanto órdenes como información de temporización entre los módulos. Mejor dicho, es el que permite que no haya colisión de información en el sistema. 3.3.1 CONTROL NET ControlNet es un protocolo de red abierto para aplicaciones de automatismos industriales, también es conocido como bus de campo. ControlNet fue mantenido en un principio por ControlNet Internacional, pero en 2008 el soporte y administración de ControlNet fue transferido a ODVA, que administra actualmente todos los protocolos de la familiaCommon Industrial Protocol. ControlNet define una única capa física basada en cable coaxial RG6 con conectores BNC. Las características que distinguen a ControlNet de otros buses de campo incluyen el soporte incorporado para cables totalmente redundantes y el hecho de que toda comunicación en ControlNet es estrictamente planificada y altamente determinista. La capa física está basada en un código Manchester a 5 mbps. La capa de aplicación de ControlNet está basada en la capa CIP que también se utiliza en DeviceNet y EtherNet/IP. El sistema planificado de mensajes de ControlNet requiere que el diseño del medio sea robusto y su mantenimiento meticuloso. Una avería en el medio causa invariablemente que cualquier programa en ejecución se detenga y a menudo provoca fallos en el procesador. El medio es

comprobado con un dispositivo de mano conocido como "Network Checker" en conjunto con un osciloscopio digital funcionando a al menos 100 Mhz. Asimismo, sin relación con lo anterior, ControlNet es un sistema de gestión online para empresas de distribución de telefonía móvil de Telefónica Movistar y Orange. Permite la completa administración y control de ventas, compras, liquidación y seguimiento de la actividad comercial de la empresa, además del control de los objetivos de venta establecidos por el operador al distribuidor en tiempo real y el seguimiento completo de todo el proceso de liquidación de comisiones y aportaciones que realiza el operador al distribuidor por su actividad comercial. Además, ofrece información esencial al personal del punto de venta para realizar el proceso de venta, con toda la información detalla de modelos, precios y promociones y permite el registro completo de las operaciones, realiza cálculos de rentabilidad y completa el proceso de venta.

3.3.2 PROFIBUS – FMS • Ubicación en la estructura jerárquica • Características de FMS • Dispositivo de Campo Virtual (VFD) • Relación de aplicación • Diccionario de Objetos (OD) • Objetos de comunicación • Servicios FMS • Ejecución de Servicio Confirmado • Ejecución de Servicio no Confirmado • Relaciones de comunicación • Servicios FMA7 El nivel de aplicación puede dividirse en: • Interfaz de nivel de aplicación (ALI).

- Relaciona el interfaz del proceso industrial concreto con el interfaz del nivel de aplicación estandarizado en Profibus. - Relaciona objetos del proceso industrial con objetos de comunicación que son los conocidos por Profibus • Especificación de mensajes de Fieldbus (FMS). - Implementa el protocolo entre los dispositivos - Genera y codifica las unidades de datos del protocolo (PDU) - Decodifica e interpreta la información en recepción • Interfaz de bajo nivel (LLI). - Relaciona los servicios del nivel 7 aplicación con los servicios de nivel 2 enlace de datos • Gestión de red (FMA). - A través de este parte el usuario accede a las funciones de gestión de red.

CARACTERIATICAS DE LA PROFIUS FMS FMS es una normalización de la capa de aplicación diseñada para proporcionar servicios de mensajería entre y con dispositivos programables en entornos CIM. Define un conjunto de objetos FMS que pueden existir dentro de un dispositivo. Define un conjunto de servicios de mensajería para acceder y manipular estos objetos. Define el comportamiento del dispositivo (de los objetos) frente a dicho conjunto de servicios de mensajería.

3.3.3 MAP