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• Rafaela Parra

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UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE INGENIERÍA ELÉCTRICA INSTRUMENTACIÓN Y CONTROL INDUSTRIAL

BUSES DE CAMPO INDUSTRIALES

MIGUEL BRITO CI 17498952

CARACAS 2008

BUSES DE CAMPO INDUSTIALES

En la industria actual se llevan a cabo múltiples procesos que si bien algunos pueden llevarse a cabo de manera independiente, existen muchos otros que necesitan de datos correspondientes al mismo sistema por lo que surge la necesidad de la comunicación entre los equipos y con el operador. Inicialmente se llevaba a cabo esta comunicación por medio de señales analógicas como la presión, o incluso por medio de señales eléctricas de corriente (generalmente de 4-2mA). Con la complejidad que adquirieron los procesos fue necesario el intercambio de una mayor cantidad de datos, lo cual hacía inviable la cantidad de elementos (como válvulas o cables). Con el objetivo de simplificar estas comunicaciones y de hacerlas más eficientes se aplicó la idea de los buses de datos, en donde toda la información del sistema viaja en un grupo de conductores en forma de señales digitales. En principio la limitante de esta clase de comunicaciones se hallaba en la conversión de variables analógicas como presión o temperatura en una señal digital. Con el avance de la tecnología ya se encuentran en disponibles en el mercado todos los instrumentos capaces de realizar esta tarea, por lo que la idea de un bus de datos se hace atractiva a la hora de controlar un proceso industrial complejo. Por supuesto para que todos los instrumentos se pudieran “entender” entre sí, era necesario establecer un protocolo de comunicaciones. A final de cuentas se crearon muchos de ellos que llegaron a tener diferente éxito dependiendo de la aplicación en que fuera a usarse o hasta de la región geográfica. Algunos de estos continuación.

protocolos

los

estudiaremos

más

detalladamente

a

Profibus

Profibus (Process Field Bus) es posiblemente el bus de campo industrial con mayor número de nodos instalados, en el año 2004 se calculaba un total de 12,6 millones de nodos. Se trata de una red abierta, estándar e independiente de cualquier fabricante, cuenta con varios perfiles y se adapta a las condiciones de las aplicaciones de automatización industrial. La base del especificación del estándar Profibus fue un proyecto de investigación (1987-1990) llevado a cabo por los siguientes participantes: ABB, AEG, Bosch, Honeywell, Moeller, Landis & Gyr, Phoenix Contact, Rheinmetall, RMP, Sauter-cumulus, Schleicher, Siemens y cinco institutos alemanes de investigación. Hubo además una pequeña esponsorización por parte del gobierno alemán. El resultado de este proyecto fue el primer borrador de la norma DIN 19245, el estándar Profibus, partes 1 y 2. La parte 3, Profibus-DP, se definió en 1993. Recientes estudios de mercado llevados a cabo por empresas ajenas a la Organización de Usuarios de Profibus señalan a éste como el bus con más futuro en el campo de los procesos industriales. En el año 2002 se actualizaron incluyendo la versión para Ethernet llamada Profinet. Este tipo de red trabaja con nodos maestros y nodos esclavos. Los nodos maestros se llaman también activos y los esclavos pasivos. Además junto con las especificaciones de otros buses de campo se recoge en las normas internacionales IEC61158 e IEC61784. Características: •

Velocidades de transmisión:

9.6, 19.2, 93.75, 187.5, 500, 1500, 3000, 6000 y 12000 Mbit/s. •

Número máximo de estaciones: 127 (32 sin utilizar repetidores).

•

Distancias máximas alcanzables (cable de 0.22 mm de diámetro):

hasta 93.75 KBaudios: 1200 metros 187.5 KBaudios: 600 metros 500 KBaudios: 200 metros •

Estaciones pueden ser activas (maestros) o pasivas (esclavos).

•

Conexiones de tipo bidireccionales, multicast o broadcast.

Ambito de aplicación: Soporta una gran variedad de equipos que van desde PC´s y PLC´s hasta robots, pasando por todo tipo de elementos de campo, la mayoría de las aplicaciones industriales gracias a las tres posibilidades que ofrece Profibus (FMS, DP y PA). Desde máquinas sencillas, pasando por aplicaciones a nivel de célula hasta nivel de proceso con Profibus-PA.

Profinet Profinet es un protocolo de comunicación industrial Ethernet, definido por el IEC 61158 y el IEC 61784 para su uso en sistemas automatizados. Existen dos versiones del protocolo Profinet: PROFINET IO: para sistemas de entrada y salida distribuidos. PROFINET CBA (automatización basada en componentes) para interconección de sistemas distribuidos. PROFINET IO usa tres diferentes canales de comunicación para la transferencia de datos. El canal TCP/IP standard es usado para configuración, transferencia de archivos grandes (como programas de PLC) y operaciones de lectura/escritura no previstos. El diagnóstico de los canales de entrada/salida es transferido por este canal. El Canal RT o Canal de Tiempo Real es usado para transmisión prevista de datos, información de I/O y alarmas. Las comunicaciones RT hacen un bypass de la interfaz TCP/IP para permitir el cambio de datos con controladores programables. Las alarmas del canal IO son transferidas por este canal. Usa el Data Link para el Layer 2 del modelo OSI, como el Profibus DP. Esto asegura compatibilidad entre los protocolos Profibus. El tercer canal, IRT (Tiempo Real “Isocrono”) es el canal de alta velocidad usado para aplicaciones de Control de Movimiento. El IRT es implementado usando un ASIC.

ControlNet ControlNet es un protocolo de redes industriales abierto para aplicaciones de automatización industrial, es también conocido como FieldBus y está sostenido por la ControlNet International. ControlNet define un estrato físico único basado en el cable coaxial RG-6 con conectores BNC. Existen características que colocan a ControlNet separado de otros Fieldbusses como el soporte incluido para cables redundantes y el hecho de que toda comunicación en ControlNet está estrictamente de acuerdo a una agenda altamente determinística. El estrato físico de señalización está basado en el Manchester code a 5Mbit/seg. El protocolo de aplicación de ControlNet esta baado en el estrato del Common Industrial Protocol (CIP) que es también usado en DeviceNet y en

Ethernet/IP. Características principales • La tecnología de red basada en plataformas de software habituales en el mercado permite la comunicación de todos los controladores de la generación ControlNet. • El concepto descentralizado de ControlNet utiliza estándares establecidos en todos el mundo como Ethernet, TCP/IP, HTTP y E-Mail. • La integración horizontal permite comunicarse con otros equipos. Así por ejemplo, una estación de soplado puede ser utilizada por varios equipos GRAVICOLOR . • La integración vertical permite la comunicación con otros sistemas de informe y control basados en Windows. Así por ejemplo, se pueden procesar todos los datos registrados con software de oficina convencional. Como p. ej. Microsoft Excel. • Control y visualización con WEBpanels de Motan independientes del sistema. • Conexión opcional al sistema de ordenador piloto LINKnet de Motan. • Arquitectura abierta para aplicaciones basadas en tecnología de internet – lista para la integración de desarrollos futuros. DeviceNet DeviceNet es un protocolo de Comunicaciones usado en la automatización de la industria para controlar equipos de intercambio de datos. Usa el Controller Area Network como su columna vertebral y define un estrato de aplicación que cubre un perfil de aparatos. Las aplicaciones típicas incluyen el intercambio de

información, dispositivos de seguridad y grandes redes de control de entrada

y salida. Uno de los buses de campo más utilizado para el control en tiempo real de dispositivos en los primeros niveles de automatización es Device Net, una red de aplicación internacional, y por supuesto europea: cumple con el Estándar Europeo Oficial EN 50323-2, que asegura la interconectividad con una gran variedad de equipos de otros fabricantes. Historia: DeviceNet fue originalmente desarrollado por la empresa Norteamericana Allen-Bradley (ahora comprada por Rockwell Automation). Está ubicada en el tope del protocolo de la Controller Area Network (CAN) desarrollado por Bosch. Con el fin de promover el uso de DeviceNet en todo el mundo, Rockwell Automation adoptó el concepto de “abierto” y decidió compartir la tecnología con terceros. Por lo mismo ahora esta dirigido por el la Asociación de vendedores de DeviceNet Abierto (ODVA), una organización independiente localizada en Norteamérica. El ODVA mantiene las especificaciones del DeviceNet y vela por el avance del mismo. Adicionalmente, el ODVA asegura que se cumplan los standards de Devicenet proveyendo pruebas y conformidad del vendedor. Arquitectura: Estrato Físico: Los nodos están distribuidos junto a la red DeviceNet en una topología trunkline-dropline. Ésta permite la facilidad en el cableado y el acceso desde múltiples puntos. Adicionalmente los nodos pueden ser fácilmente removidos y añadidos para reducir el retraso en la producción., incrementan la flexibilidad de la red y tiempo en resolución de problemas. Debido a que el estrato físico esta ópticamente aislado del aparato, la alimentación para las comunicaciones y el aparato pueden compartir el mismo bus (reduciendo de esta manera la complejidad de la red y sus componentes) Estrato de enlace de datos (Data Link): DeviceNet usa un bus serial diferencial (CAN) como su estrato de enlace de datos. Usando CAN como Columna vertebral, DeviceNet requiere de un mínimo ancho de banda para transmitir y recibir mensajes en paquete. Adicionalmente, un procesador más pequeño puede ser seleccionado en el diseño del aparato gracias al formato de data frame y a la facilidad con la que el procesador puede analizar los datos. Red:

DeviceNet incorpora una red basada en conexión. Una conexión debe ser inicialmente establecida por un UCMM (Manager de mensajes desconectado) o un puerto de grupo 2 desconectado. Desde ahí, los mensajes explicitos e implícitos pueden ser enviados y recibidos. Los mensajes explicitos son paquetes de datos que en general requieren la respuesta de otro aparato. Los mensajes típicos son configuraciones de datos no sensibles al tiempo. Los mensajes implícitos son paquetes de datos que son críticos en el tiempo. Una conexión de mensaje explíciti debe ser establecida primero antes de un mensaje implícito. Cuando la conexión está hecha, la CAN identifica las rutas de los datos para el correspondiente nodo.

FieldBus Foundation Es una organización dedicada al único internacional, inter-operable standard de fieldbus. Fue establecido en septiembre de 1994 por la unión de WorldFIP North America e Interoperable Systems Project. De acuerdo a ellos mismos, la Fundación Fieldbus es una corporación sin fines de lucro que consiste de más de 350 de los suplidores del mundo y usuarios finales de control de procesos y manufactura automatizada de productos. Trabajando juntas, estas compañías han hecho contribucones al standard IEC/ISA de fieldbus. A diferencia de protocolos de redes propietaria, la fundación fieldbus no está bajo ninguna compañía individual, o controlado por una nación o cuerpo regulador. La fundación se dedica a diseñar un abiert, inter-operable fieldbus que esté basado en el modelo de comunicaciones de siete estratos de sistemas abiertos interconectados de la Organización Internacional para la Estandarización. Las especificaciones de la fundación son compatibles con los standards sancionados oficialmente por la Sociedad de Instrumentación, Sistemas y Automatización y por la Comisión Electrotécnica Internacional.