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CURSO: TELECONTROL

YERLY CHIQUILLO OROZCO CODIGO:7143791

Fase 0 - Evaluar presaberes de comunicaciones y redes industriales.

Presentado por: Yerly Chiquillo Orozco. Código: 7143791.

Curso: 203052A-764.

Presentado a: Santiago Rúa tutor

Universidad Nacional Abierta y a Distancia “UNAD”. Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería. CEAD Santa Marta Septiembre 2020

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INTRODUCCIÓN Con el desarrollo de la siguiente actividad Fase 0 se busca evaluar presaberes de conceptos acerca de comunicaciones y redes industriales adquiridos en cursos anteriores. Identificando los protocolos de comunicaciones en la industria y los niveles de la pirámide de automatización CIM profundizando sobre el nivel supervisorio y el funcionamiento de los controladores industriales. Para el desarrollo de esta actividad se realizo una lectura previa, tomando como referente autores como Rodríguez, P. A. Sintetizando de manera clara y coherente las características de cada una de las capas de los estándares de acceso al medio en redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP en un mapa conceptual. Adicional se relaciona información significativa de las características de los buses de campo y describimos las características de las topologías de redes industriales Tipo Bus, anillo, estrella, árbol y malla de manera clara y coherente.

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OBJETIVOS.



Sintetizar de manera clara y coherente las características de cada una de las capas de los estándares de acceso al medio en redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP en un mapa conceptual.



Relacionar información significativa de las características de los buses de campo.



Describir las características de las topologías de redes industriales Tipo Bus, anillo, estrella, árbol y malla de manera clara y coherente.

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YERLY CHIQUILLO OROZCO CODIGO:7143791 1. Contenido.

Mapa conceptual estándar de acceso al medio en redes industriales. 1. El estudiante debe elaborar un mapa conceptual donde se sintetice las características de cada una de las capas de los estándares de acceso al medio de redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP

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Cuadro comparativo Buses de Campo. 2. El estudiante debe elaborar un cuadro comparativo donde se expongan las características de los buses de campo (HART, Red AS-i, Modbus, Devicenet, Profibus, Foundation Fieldbus, Industrial Ethernet & Profinet.) Medio HART

Red AS-i

Descripción

Topología

HART (Highway – Punto a punto y multi-drop. Addressable Remote Transducer). Pretende reemplazar el captador clásico de 4-20 mA, mediante la técnica de módulación FSK, permite conectar hasta 15 dispositivos sobre un mismo cable o bus, las transmisiones son de tipo digital, permite hasta 3000 m a 1200 bps mediante técnica polling. Basa la configuración de sus equipos en herramientas DLL. Actuador Sensor – Estrella, Bus, Árbol anillo. Interfase, es un bus de

Comunicación

Medio

Analógica 4 – 20 mA y Igual que 4 – digital 20 mA (bucle Maestro/Esclavo. de corriente).

Maestro/Esclavo.

2 hilos

Tiempo de ciclo 500 ms para digital.

5ms - 31 esclavos

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Devicenet

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campo desarrollado inicialmente por Siemens para la interconexión de actuadores y sensores binarios, es un sistema de conexionado diseñado para transmitir alimentación y datos mediante cable bifilar a distancias de hasta 100m, ideal para aplicar en niveles más bajos de automatización. A nivel físico, la red puede adoptar cualquier tipo de topología, permito la interconexión de 31 esclavos o 64, emplea un único de cable que permite tanto la transmisión de datos como la alimentación de los dispositivos conectados a la red DeviceNet, basado en Bus (Trunlink/Dropline) CIP, multiplicidad de fabricantes, el ser un estándar abierto proporciona a los usuarios finales multitud de soluciones

10 ms - 62 esclavos

Productor/Consumidor Par trenzado -, Punto a punto con para señal y multicast (uno a potencia. varios) y Maestro/Esclavo

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Profibus

técnicas, reducción de cableado en las señales de entrada-salida, posibilidad de pasar a otros sistemas de bus, eliminar o añadir nodos sin afectar el resto de elementos, plug and play. Profibus (PROcess Field BUS) es un estándar de bus de campo abierto independiente del fabricante, de origen Alemán, empleado para interconexión de dispositivos de campo de entrada/salida simples con PLC´s y PC´s PROFIBUS FMS (Fielbus Message Specification)    

Automatización de propósito general. Amplio rango de aplicaciones. Nivel de célula. Comunicación multi-maestro.

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Bus(DP, FMS,PA), estrella anillo, árbol (PA).

Maestro/Esclavo, punto a punto.

Par trenzado (RS485), Fibra.

Según configuración menos de 2 ms. Profibus DP requiere alrededor de 1 ms, transmitiendo a 12 Mbit/s, para transmitir 512 bit de entrada y 512 bit de salida con 32 estaciones.

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Comunicación orientada a objetos.  Interconexión en red de autómatas, supervisores de procesos, paneles de operación, PC´s, etc PROFIBUS PA (Automatización de procesos) o  Automatización de procesos.  Conexión de equipos de procesos sobre autómatas, supervisores de procesos, PC´s  Datos y alimentación sobre un cable.  Seguridad intrínseca. PROFIBUS DP (Periferia descentralizada)

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

Foundation Fieldbus

Automatización de planta.  Alta velocidad, tiempos de reacción muy pequeños.  Plug and play.  Eficiente y barato.  Transferencia de pequeñas cantidades de datos.  Conexión de equipos de campo, accionamientos, paneles de operación, autómatas programables y PC´s. Foundation Fieldbus Estrella o bus (H1), estrella Cliente/Servidor, H1 y High – Speed (HSE). Productor/Consumidor Ethernet (HSE). Puede . comunicar grandes volúmenes de información, ideal para aplicaciones con varios lazos complejos de control de procesos y automatización.

Par trenzado, H1: menor de Fibra. 500 ms. HSE: menor de 100 ms.

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Industrial Ethernet

Distribuye el tiempo entre los dispositivos de campo de manera que se hace posible la gestión de Bloques de Función genéricos y datar las alarmas en el mismo punto de detección (time-stamp). Utiliza un par de trenzado. Su capa física asegura la correcta transmisión y recepción por parte de los dispositivos, define dos perfiles H1 y HSE. El fabricante es quien decide dónde va situado el control, los problemas de colisiones quedan a cargo de los switches, soporta redundancia en interfases y dispositivos. La definición del protocolo Ethernet/IP (Ethernet Industrial Protocol) es la de un estándar de comunicación de red capaz de manejar grandes cantidades de

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  

DeviceNet: Bus (trunkline/dropline). ControlNet: Bus, Árbol. Estrella, Mixto. Ethernet/IP: estrella activa.

Productor/Consumidor con punto de a punto y Maestro/Esclavo para DeviceNet y ControlNet.

DeviceNet: Par -trenzado para señal y potencia. ControlNet: Coaxial o Fibra. Ethernet/IP: 10/100 – base

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datos a velocidades de 10 Mbps o 100 Mbps, y hasta 1500 bytes por paquete. La especificación utiliza un protocolo abierto en la capa de aplicación. En la industria es especialmente popular para aplicaciones de control. Así pues, este tipo de red es fácil de configurar, operar, mantener y ampliar. A su vez, permite la mezcla de productos de 10 Mbps y 100 Mbps, y es compatible con la mayoría de los conmutadores Ethernet. Esta tecnología se utiliza con ordenadores personales, mainframes, robots, dispositivos y adaptadores de entrada/salida (E/S), controladores lógicos programables (PLC) y otros dispositivos. La especificación está respaldada por la Industrial Ethernet

YERLY CHIQUILLO OROZCO CODIGO:7143791 T, par trenzado Cat. 5E.

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Profinet

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Association (IEA), ControlNet International (CI) y la Open DeviceNet Vendor Association (ODVA). PROFINET es el Flexible: Estrella, Árbol, estándar abierto de Bus, se recomienda Ethernet Industrial de la ethernet conmutada. asociación PROFIBUS Internacional (PI) según IEC 61784-2 (Communication Profile Family 3 (PROFIBUS & PROFINET) – RTE communication profiles); y uno de los estándares de comunicación más utilizados en redes de automatización. Profinet está basado en Ethernet Industrial, TCP/IP y algunos estándares de comunicación pertenecientes al mundo TI. Entre sus características destaca que es Ethernet en tiempo real, donde los

Standard TCP/IP, Par trenzado real (ciclo de Real Time, según IEC tiempo de 10 Isochronous Real 11801/61156 ms). Time. Versión híbrida para datos+energía M12, RJ45, Fibra óptica.

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dispositivos que se comunican por el bus de campo acuerdan cooperar en el procesamiento de solicitudes que se realizan dentro del bus. Partiendo de una conectividad básica, como es el cable Ethernet, y unas tramas de comunicaciones establecidas que correspondería a los niveles 1 y 2 del modelo OSI, PROFINET va incorporando nuevas funcionalidades denominadas “perfiles” de utilidad como ProfiSafe o ProfiEnergy, mediante una interpretación específica para cada caso de los datos transmitidos, modificando el nivel 7 (de aplicación).

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Topología de las redes Industriales. 3. El estudiante debe realizar una consulta y describir las características de las topologías de redes industriales (Tipo Bus, anillo, estrella, árbol, malla). Tipo Anillo: El medio de transmisión forma un circuito cerrado (anillo) al que se conectan los equipos.

Ilustración 1. Topología Árbol. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.

Ventajas de este tipo de topología: 

Los requerimientos de cable son mínimos.



Conexiones punto a punto de una estación con la siguiente.



Modo de transmisión (paso de testigo o token passing).



El mensaje vuelve al emisor (reconocimiento automático).



El tráfico de información va en un sentido único a lo largo del soporte de transmisión.



Es una estructura activa, la señal se regenera en cada nodo.



No permite la ampliación en funcionamiento.



En este tipo de redes está muy extendido el uso de la fibra óptica.

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Desventajas de este tipo de topología: 

La caída de un equipo interrumpe el tráfico de información (anillo simple).



Diagnóstico difícil debido al sentido único de flujo de información.



Añadir o quitar nodos afecta la red.



Distancias máximas entre nodos.

Tipo Bus: La distribución básica se realiza alrededor de un segmento de cable al cual se conectan los equipos. El modo de transmisión es aleatorio, un equipo transmite cuando lo necesita. Si hay transmisiones simultaneas (colisiones), unos algoritmos especiales solventan el problema.

Ilustración 2. Topología tipo bus. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.

Ventajas de este tipo de topología: 

Necesita menor longitud de cable en comparación con otras redes similares en extensión.



Las conexiones de alta impedancia permiten conectar y desconectar elementos de forma sencilla (por tanto, la caída de un equipo no afecta al resto de la red).



Elevada velocidad de transmisión.



La comunicación es multipunto.



Número reducido de conexiones.



Ampliación sencilla.



Es la opción más extendida actualmente en buses de campo.

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Desventajas de este tipo de topología: 

Falta de seguridad.



El diagnostico puede ser difícil debido a la estructura física.



No hay reconocimiento automático de mensajes.



En caso de sobrecarga de trafico puede bajar el rendimiento.

Tipo Árbol: Mezcla las características de las topologías Anillo, Estrella y Bus. Se encuentra en los sistemas de bus tipo sensor – actuador (AS-i).

Ilustración 3. Topología tipo Árbol. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.

Tipo Estrella: En esta configuración, todos los equipos están conectados a un equipo o nodo central (HUB, Host Unit Broadcast) que realiza las funciones de control y coordinación.

Ilustración 4. Topología tipo Estrella. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.

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Características de este tipo de topología: 

La transferencia de información es punto a punto un cable por estación.



Sencillez de su mantenimiento.



El equipo central, el HUB, controla toda la red.



El rendimiento (velocidad) dependerá del HUB.



La caída de un equipo no afecta al resto.



Diagnóstico sencillo ante fallos de elementos.



Si el HUB se para, la red queda inutilizada.



La cantidad de cable necesaria es mayor que otras topologías.



La ampliación del sistema está limitada por loa capacidad del nodo central o HUB.

Tipo Red: Permite la conexión entre dos estaciones a través de múltiples caminos.

Ilustración 5.Topología tipo Red. Tomado de Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales.

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Características de este tipo de topología: 

Fiabilidad y tolerancia a fallos. La caída de una línea de transmisión se solventa redirigiendo el tráfico por otro camino.



Alto costo de implementación.



No utilizado en buses de campo.

A escala industrial, las topologías más extendidas son las de Bus y Anillo. Debido a su robustez ante fallos, velocidad de transmisión y sencillez de ampliación.

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CONCLUSIONES Cuantiosas veces escuchamos en la industria la frase “protocolos de comunicación” sin tener claro de qué estamos hablando. Con el objeto de familiarizarnos, expusimos sus principales características y fundamentos de los más utilizados. En principio un protocolo de comunicación es un conjunto de reglas que permiten la transferencia e intercambio de datos entre los distintos dispositivos que conforman una red. Estos han tenido un proceso de evolución gradual a medida que la tecnología electrónica ha avanzado y muy en especial en lo que se refiere a los microprocesadores Se identifico los protocolos de comunicaciones en la industria y los niveles de la pirámide de automatización CIM profundizando sobre el nivel supervisorio y el funcionamiento de los controladores industriales. Se realizo una síntesis de manera clara y coherente acerca de las características de cada una de las capas de los estándares de acceso al medio en redes industriales OSI, ISA-SP50 y CIP en un mapa conceptual. Adicional se relacionó información significativa de las características de los buses de campo y describimos las características de las topologías de redes industriales Tipo Bus, anillo, estrella, árbol y malla de manera clara y coherente.

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BIBLIOGRAFÍA

Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales. Pp. (23-32, 39-62) Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unadsp/reader.action? ppg=37&docID=3175914&tm= 1545064128065 Comunicaciones y redes industriales Rodríguez, P. A. (2008). Comunicaciones industriales. Pp. (23-32,

39-62)

Recuperado

de

https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/una

dsp/reader.action?ppg=37&docID=3175914&tm= 1545064128065 Virgilio

Vásquez

López

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Bus

De

Comunicación

Industrial

ASi

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