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Introducción a las redes Industriales

E

D

C

B

A Duración: 45 min.

TOLED

Posicionamiento de las principales Redes

Interconexión de productos

Principales conceptos usados y Standard

Criterios de comunicación

Redes Industriales Locales – Porque se usan? Expert, Training: Philippe WARIN Created by: AMEG

Introduction to local industrial networks - July 2004

1

POR QUE SE USAN?

E

D

C

B

A

TOLED

Posicionamiento de las principales Redes

Interconexión de productos

Principales conceptos usados y Standard

Criterios de comunicación

Redes Industriales Locales – Porque se usan?

Introduction to local industrial networks - July 2004

2

- Que es una Red Industrial local?

Datos Digitales 1 Enlace serial

TOLED

0

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3

- Menor costo de instalación

No Red

TOLED

Red

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4

- Menor sensibilidad a las interferencias Electromagnética

Velocidad Analoga Comando 0-10 V

Velocidad digital Comando 0 - 32767 En un evento de interferencia, el mensaje puede ser repetido

No interfiere en el

Interfiere en el valor recibido

No Red

TOLED

valor recibido

Red

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5

- Posibilidad de distribución inteligente

Adición de una tarjeta opcional para automatización remota

TOLED

Configuración de acciones locales reflejas

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6

- Preciso diagnostico en un evento de falla

Falla Generica

No Red

TOLED

Falla Sobrecarga

Red

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7

- Facilidad de remplazar un equipo defectuoso

OOS module

TOLED

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8

CRITERIOS DE COMUNICACION

E

D

C

B

A

TOLED

Posicionamiento de las principales Redes

Interconexión de productos

Principales conceptos usados y Standard

comunicación Criterios de comunicacion

Redes Industriales Locales – Porque se usan?

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9

- Para comunicarse...

A quien le estoy hablando? Cuando puedo hablar? Tengo que enviar la información a intervalos regulares?

Cantidad de correspondientes? Uno o mas habladores?

Puedo ser remplazado?

Modelo OSI: Clasificación y organización

Que distancia?

Que instalación debo Usar?

Tamaño máximo del mensaje?

Me entienden?

Que lenguaje?

TOLED

Es urgente?

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10

- El modelo OSI de la ISO

 Modelo OSI: Open System Interconnection Arquitectura de siete capas  ISO:

International Standards Organization

 Divididas en subconjuntos homogéneos y ordenados

TOLED

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11

- Descripción del modelo OSI Normalización de las funciones para propósitos de intercambiabilidad.

PROFILE APPLICATION LAYER

7

Gramática - Semántica

PRESENTATION 6 LAYER

Conversión del formato

SESSION LAYER 5

Organización y sincronización de los intercambios

TRANSPORT LAYER

4

Control de direccionamiento de punta a punta

NETWORK LAYER

3

Direccionamiento de datos

2

Control de enlace Control de acceso al medio

1

Equipo físico

LINK LAYER PHYSICAL LAYER

TOLED

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12

- Criterios de la redes locales industriales Intercambiabilidad: Archivos EDS, GSD?

PROFILE APPLICATION LAYER

LINK

7

2

LAYER PHYSICAL LAYER

TOLED

1

Lenguaje: Modbus, FMS? Procesamiento de datos: Client-server, producer-consumer content, periodicity?

Servicio de datos: Variables accesibles, tamaño máximo? Acceso al Medio: master-slave, token ring, random access? Direccionamiento: Dirección 1, 5, distribución general? Control de transmisión: parity check, CRC, delimiters? Control de flujo: NACK, XON-XOFF, inhibit time? Medio: twisted pair, coaxial cable, optical fibre? Topología: bus, star, tree, grid? Max. no. de dispositivo: 2, 31, 64, 128? Max. distancia entre dispositivos: 100 m, 1 km, 15 km?

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13

PRINCIPALES CONCEPTOS USADOS Y STANDARDS H

Examen

F

E

D

C

B

A

TOLED

Política de Redes para la "Industria"

Posicionamiento de las principales Redes

Interconexión de productos

Principales conceptos usados y Standards

Criterios de comunicación

Redes Industriales Locales – Porque se usan?

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14

CAPA 1: PHYSICAL

Los principales medios usados

Standard Par trenzado: RS232, RS422, RS485 Las diferentes topologías

TOLED

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15

Physical layer 1

- Los principales medios usados  La selecciona del MEDIO afecta la:  Velocidad  Distancia  La inmunidad electromagnética

 Los medios usados mas comunes:

Menor

 Pares de cables trenzados

y apantallados  Cable coaxial

Costo

 Fibra optica Mayor

TOLED

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16

Physical layer 1

- Standard par trenzado  RS232:  Enlace punto a punto vía conector SUB-D 25-pines o 9-pines.  Distancia < 15 m, velocidad < 20 Kbps

 RS422:  Full-duplex (bidireccional simultáneamente) bus a 4 hilos multi-

drop (varios equipos).  Buena inmunidad a las interferencias, distancia máxima 1000 m a 100Kbps.  2 hilos de transmisión, 2 hilos de recepción.

 RS485:  Half-duplex (bidireccional alternado) bus a 2 hilos multi-drop.  Iguales características eléctricas que RS422A pero sobre 2 hilos.

TOLED

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17

Puerto serial computador

TOLED

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18

Puertos de comunicación

PLC Horner

TOLED

PLC SIEMENS S7-200

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19

Puerto de comunicación PLC KOYO

TOLED

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20

Resumen comunicación Serial

TOLED

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21

Physical layer 1

- Las diferentes topologías RING

POINT-TO-POINT

Example: Used by Interbus

Example: PC - PLC console connector link

STAR

GRID Example: Internet network via routers

Example: PCs connected over Ethernet via a HUB

En línea

Encadenados

BUS

Resistencias de fin de línea TOLED

TREE Example: Intranet network via hubs and switches

Example: CANopen, DeviceNet, Profibus-DP, FIPIO, Modbus RS485

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22

LAYER 2: LINK Principales métodos de acceso al medio Master - Slave Token Ring Random access

Direccionamiento Control de calidad de la transmision Character level parity check Message validity check using a control word Message format check using delimiters

Control de flujo

Transparente para el

usuario, a excepción del direccionamiento

TOLED

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23

Link layer 2

- Acceso al medio Cuando puedo hablar?

Cuando el maestro me invite a hablar

Master - Slave

Token Ring Cuando es mi turno Cuando nadie mas este hablando

TOLED

Random access Colisión destructiva: CSMA-CD Colisión no destructiva: CSMA-CA

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24

Link layer 2

- El sistema Master-Slave  El master concede el acceso al medio  El slave puede acceder al medio después de ser interrogado por el master. Pregunta Tienes algo para decir?

Nada para decir!

Master

Slave

Respuesta Usado por Asi, FIPIO, Modbus, Profibus-DP y Uni-Telway

Puede ser usado en CANopen y DeviceNet (por configuracion)

TOLED

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25

Link layer 2

- Token Ring  Ring: Los miembros del anillo son autorizados para hablar cuando reciben la señal.  Token: Paso de un grupo de bits de un nodo a otro en orden ascendente de la dirección (Address). Address 2

Address 1

Address 3

Address 4

Usado por Modbus Plus

TOLED

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26

Link layer 2

- Acceso aleatorio  Los datos pueden ser transmitidos tan pronto un silencio es detectado.  Cada dispositivo "escucha" mientras transmite.  Si los datos recibidos son diferentes a los enviados, ha ocurrido una colisión.  Hay 2 tipos de colisión:

destructiva no-destructiva

TOLED

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27

Link layer 2

- Acceso aleatorio colisión destructiva Operación paso a paso en un evento de colisión:  Cualquier mensaje en el transcurso de la transmisión es detenido.

 Se envía una trama mezclada: la trama se pierde.  Se observa un tiempo de espera aleatorio.  El mensaje es reenviado. Sto p

Principio usado por Ethernet y conocido como CSMA-CD CSMA-CD = Carrier Sense Multiple Access - Collision Detection

TOLED

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Link layer 2

- Acceso aleatorio con colisión no destructiva

El mensaje se mantiene valido, debido a un sistema de partes dominantes y recesivas. • El dispositivo con la prioridad mas baja para su transmisión (parte recesiva) • El dispositivo con la prioridad más alta continua su transmisión. • El dispositivo con la prioridad mas baja trata de enviar su mensaje de nuevo tan pronto el medio esta libre. Dominante

Sto p

Recesivo

Principio usado por CANopen y DeviceNet y conocido como CSMA-CA CSMA-CA = Carrier Sense Multiple Access - Collision Avoidance TOLED

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29

Link layer 2

- Direccionamiento A quien le estoy hablando?

Interface Advantys FTB x10

x1

Lucy

Fred

Address 77 Un grupo

TOLED

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30

Link layer 2

- Ejemplo de direccionamiento Ejemplo usando una trama Modbus SOF Address Function

Data

Checksum EOF

Address = 77

Si un mensaje es dirigido a todos los dispositivos: Distribución General o difusión

Direcciones de uso reservado: 0, 255. No pueden ser configuradas en los dispositivos.

TOLED

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31

Link layer 2

- Control de calidad de la transmisión Usted me ha entendido?

Estación de soldadura

Si!

No escuche el final de la oración

TOLED

Character level parity check Message validity check using a control word Message format check using delimiters

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32

Link layer 2

- Comprobación a nivel de carácter - Paridad

Ejemplo usando una trama Modbus SOF Address Function

Data

Control word

EOF

Address Start Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1 Bit 0 Parity Start

Address = 77 includes 4 bits at 1

Even Odd parity

1

0

1

0

0

1

1

0

1

Parity 1 0

1

Oddnumber numberofofbits bitsatat1 1 Even

TOLED

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33

Link layer 2

- Validación del mensaje utilizando una palabra de control Ejemplo usando una trama Modbus SOF Address Function

Data

Control word

EOF

El campo contiene un valor calculado de un bloque de bits y usado para comprobar la validez del mensaje.

Ejemplos : Checksum CRC = Cyclic Redundancy Check LRC = Longitudinal Redundancy Check TOLED

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34

Link layer 2

- Comprobación del mensaje utilizando delimitadores Ejemplo usando una trama Modbus SOF Address Function

Data

Checksum EOF

Información Standard insertada en cada mensaje para delimitar los diferentes campos: inicio, fin, etc.

Transmisión adicional Prueba de calidad

TOLED

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35

Link layer 2

- Control de flujo

NACK = Not acknowledged

Espere, déjeme terminar!!!

TOLED

XON-XOFF Inhibit Time

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36

LAYER 7: APPLICATION Application layer 7

Intercambio de mensajes Sistema Client-Server Sistema Producer-Consumer

Tipos de datos Datos de proceso Datos de servicio

Tipos de tráficos Intercambios cíclicos

Intercambios no cíclicos

TOLED

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37

Application layer 7

- Intercambio de mensajes Que lenguaje usaremos?

Sistemas de intercambio de mensajes:

Francés?

Ingles?

Intercambio de mensajes: Client - Server

Modbus UNI-TE FMS

Italiano? TOLED

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38

Application layer 7

- Sistema Client-Server El CLIENT es una entidad que solicita un servicio El SERVER es una entidad que responde a una solicitud del cliente Pregunta Pregunta Puede colocarse Cual es la en La cuenta por favor? Reversa? velocidad del motor?

Como ordene, Señorita rpm Esta1000 en reversa.

Client

Respuesta

Server

Usado por Modbus, UNI-TE, FMS, etc.

TOLED

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39

Application layer 7

- Sistema Producer-Consumer El PRODUCER es una sola entidad que produce la información

El CONSUMER es una entidad que la usa (algunas entidades pueden usar la misma información).

Son las= 13:51 Velocidad 1200 rpm

Producer Producer

Tal ves iré al cine Estoy cambiando mi Velocidad a 1200 rpm

Es hora de Muestro la irme velocidad

Consumer 1 Consumer 1 Consumer Consumer 22 Usado por CANopen y DeviceNet

TOLED

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40

Application layer 7

- Tipos de datos

Datos de proceso

Monitoreo - Control

TOLED

Datos de servicio

Configuración - Ajustes - Diagnostico

Pequeño volumen de datos

Gran volumen de datos

Se refrescan rápidamente a intervalos regulares o cuando cambian de estado

Enviar una reinicialización o en caso de un problema No hay restricción del tiempo

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41

Application layer 7

- Tipos de trafico

Intercambios cíclicos

Intercambios acíclicos

Usado para datos de proceso

Usado para datos de servicio

Refresca automáticamente

En el inicio, los datos de configuración y ajuste son transmitidos automáticamente

2 palabras (Word): Entradas y Salidas

TOLED

Si se requiere, activación vía programación, en los casos de configuración y ajuste de datos

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42

PROFILE

Profile

Sistema Abierto

Profile Archivos EDS

TOLED

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43

Profile

- Sistema abierto En un sistema abierto = Componentes interoperables e intercambiables

Interoperabilidad = Habilidad de los dispositivos de comunicarse inteligiblemente uno con otro Se consigue por la adherencia estricta de las especificaciones del protocolo. Intercambiabilidad = Habilidad de un dispositivo para intercambiarse por otro Se consigue adherencia estricta de las especificaciones del perfil.

TOLED

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44

Profile

- Perfil del dispositivo Puedes tomar mi lugar? Cabello oscuro, ojos cafés, 25 años, estatura 1,82 y peso 78 kilos Cabello rubio, Ojos azules, 15 años, estatura 1,71 y peso 60 Kilos Perfil = Es una forma normalizada de describir las funciones de un dispositivo Cabello café, ojos verdes, 8 años, estatura 1,5 y peso 45 kilos

TOLED

Por ejemplo un archivo EDS EDS

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45

Profile

- Archivo EDS Datos de configuración

Objeto de aplicación

Red Herramienta de configuración

Información del dispositivo

Dispositivo Hoja de datos electrónica

EDS = Electronic Data Sheet ---> Sintaxis estricta En disco flexible o CD-ROM - Descargable Usados por el software de configuración de la red Por Profibus-DP: EDS = GSD TOLED

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INTERCONEXION DE PRODUCTOS H

Examen

F

E

D

C

B

A

TOLED

Política de Redes para la "Industria"

Posicionamiento de las principales Redes

Interconexión de productos

Principales conceptos usados y Standard

Criterios de comunicación

Redes Industriales Locales – Porque se usan?

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-Mejora o adaptación de las especificaciones de la red

Physical layer 1

Link layer 2

Network layer 3 Application layer 7

TOLED

Repeater (Repetidor) Hub (Concentrador) Transceiver (Transceptor)

Longitud – Numero de dispositivos

Adaptación de acceso al medio

Switch (Interruptor) Bridge (Puente)

Longitud – Numero de dispositivos - Colisión

Router (Enrutador)

Conexión entre redes del mismo tipo

Gateway (Puerta de enlace)

Conexión entre redes de distinto tipo

Adaptación a una capa mas baja

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48

- Repeater (Repetidor) Repetidor

1

1

Puede ser usado para aumentar la longitud y el numero de dispositivos que pueden ser conectados para agregar un nuevo segmento. Amplificador de señal

Segmento 1

Segmento 2

Ejemplo: Repetidor ASi Referencia: XZMA1 Se conecta a un cable plano por medio de un conector tipo vampiro.

TOLED

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49

- Hub (Concentrador) Hub

1

1

1

1

Puede ser usado para aumentar la longitud y el numero de dispositivos agregando varios segmentos . 1 dispositivo por segmento. Topología Star. Amplifica la señal recibida por un puerto y la envía a los demás puertos

Ejemplo: 4-port 10 Mbps Ethernet hub RJ45 Referencia: 499NEH10410 4 x 10baseT

TOLED

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50

- Transceiver (Transceptor) Transceptor

1

Puede ser usado para adaptar diferentes medios físicos.

1

Convertidor de señal. Segmento 1

Segmento 2

Ejemplo: Ethernet twisted pair - fibre optic transceiver 100 Mbps Referencia: 499NTR10100 Conversión 100baseTX (RJ45) - 100baseFX (SC)

TOLED

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51

- Switch (Interruptor) Interruptor

2

2

2

2

1

1

1

1

Puede ser usado para aumentar la longitud y la cantidad de dispositivos, agregando varios segmentos. Topología Star. Cuando un mensaje es recibido, la dirección del receptor es analizada y se envia al puerto correspondiente.

Ejemplo: 8-port 10/100 Mbps Ethernet switch Referencia: 499NES18100 8 x 10baseT / 100baseTX (RJ45)

TOLED

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52

- Bridge (Puente) Puente

Red 1

2

2

1

1

Puede ser usado para conectar dos capas que utilizan la misma capa de aplicación, pero diferentes capas bajas. Red 2

Ejemplo: Modbus Ethernet TCP-IP / Modbus serial link bridge Referencia: 174CEV30010 Ethernet interface: 1 x 10baseT = RJ45 Modbus interface: RS232 o RS485 en RJ45 o terminales de tornillo

TOLED

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53

- Router (Enrrutador) Enrrutador

Red 1

3

3

2

2

1

1

Puede ser usado para enlazar la información de redes diferentes que utilizan la misma capa de aplicación.

Principalmente utilizado en Internet vía dirección IP

Red 2

Ejemplo: Allied Data Ethernet router

TOLED

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54

- Gateway (Puerta de enlace o pasarela) Gateway

Red 1

7

7

2

2

1

1

Puede ser usado para conectar dos redes de diferente tipo completamente. Requiere la configuración de software Red 2

Ejemplo: Profibus-DP - Modbus serial link gateway Referencia: LUFP7 Profibus-DP interface (slave): 9-pin SUB-D Modbus interface (master): RS485 en RJ45

TOLED

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55

POSICIONAMIENTO DE LAS PRINCIPALES REDES H

Examen

F

E

D

C

B

A

TOLED

Política de Redes para la "Industria"

Posicionamiento de las principales Redes

Interconexión de productos

Principales conceptos usados y Standard

Criterios de comunicación

Redes Industriales Locales – Porque se usan?

Introduction to local industrial networks - July 2004

56

- Redes disponibles en el mercado

Clasificación de redes locales Posicionamiento de las principales redes en el mercado Comparación de las características principales

TOLED

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57

- Clasificación de las redes locales 1 Mbps

1 minuto

Archivos en N x seconds

1 Kbps 1s CANTIDAD 10 words en N x 100 ms DE DATOSNAxSER TRANSMITIDOS TIEMPO DE RESPUESTA REQUERIDO N x words in N x 10 ms

1 bit

1 ms N x bits en N x ms

TOLED

Nivel 3 Compañía

Sistemas de información

Data Bus

Servidores PC

Nivel 2 Planta

Dirección de producción Supervisión

Field Bus

PLCs

Nivel 1 Maquinas

Monitoreo y control

Device Bus

Nivel 0 Components Sensor bus

Variadores de velocidad RTU, etc.

Detección y reacción Sensores y actuadores digitales

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58

- Posicionamiento de las principales Redes

Ethernet

Modbus Plus

Profibus-DP

FIPIO

CANopen Interbus

Modbus LS

Seriplex

ASi

Device bus

DeviceNet

Field bus

Profibus-FMS

FIPWAY

Data bus

Sensor bus

TOLED

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59

- Comparación de las características de la capa física

ASi

CANopen

DeviceNet

Ethernet TCP/IP Modbus

Cable coaxial : 10 base2 - 10 base5 Par trenzado Doble Par trenzado apantallado: apantallado 10 baseT-10 baseTX Fibra Óptica 10 baseF-10 baseFX

Profibus-DP

FIPIO

Interbus

Modbus

Par trenzado apantallado Fibra Óptica

Par trenzado apantallado Fibra Óptica

Doble Par trenzado apantallado

Par trenzado apantallado

Par trenzado 1000m Fibra Óptica 3000m

400m

1300m

Cable plano amarillo apantallado o no apantallado

Par trenzado apantallado

Max. distancia sin repetidores

100m

Depende de la velocidad 25m a 1 Mbps 1km a 10 Kbps

Max. distancia con repetidores

300m

Depende del tipo de repetidor

Depende del tipo de repetidor

Fibra Óptica 10km

400 a 4800m Depende de la velocidad

15km

12.8km

Depende del tipo de repetidor

Velocidad

166 Kbps

9 Velocidades posibles desde 10 Kbps a 1 Mbps

125, 250 o 500 Kbps

10/100Mbps

9.6 Kbps a 1 Mbps

1 Mbps

500 Kbps

Hasta 19200 bps

Max. numero de dispositivos

ASi V1: 1 master + 31 slaves ASi V2: 1 master + 62 slaves

127 Dispositivos Incluyendo al master

64 1 master y 63 slaves

64 Exploración de I/O y Modbus

Mono o Multi-masters 122 dispositivos max

1 director + 126 dispositivos

512

32 1 master y 31 slaves

Medio

TOLED

Depende de la Depende de la velocidad Par trenzado 100m velocidad 100m a 500Kbps Fibra Óptica 2000m 100m a 12Mbps 500m a 125Kbps 1.2km a 10Kbps

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60

-Comparación de las características de las Ethernet capas de aplicación y enlace ASi CANopen DeviceNet TCP/IP Profibus-DP FIPIO Interbus Modbus Metodo de Acceso al Medio

Tipo y tamaño de intercambio de datos

TOLED

Master Slaves

ASi V1: Ciclico: 4 IN bits 4 OUT bits Aciclico: 4 P bits

CSMA/CA

Ciclico I/O: PDO 8 IN bytes 8 OUT bytes

Aciclico: SDO ASi V2: Param./adjust. Ciclico: 4 IN bits >8 bytes Atribuibles 3 OUT bits a fraccionamiento de Aciclico: 3 P bits informacion

CSMA/CA

CSMA/CD

Cyclic I/O: I/O messages 8 IN bytes 8 OUT bytes or >8 if fragmentation

Cyclic I/O: I/O scanning 125 IN words 125 OUT words

Acyclic: Explicit messages Param./adjust. >8 bytes atribuible a fraccionamiento de informacion

Acyclic: Param./adjust. via mensajes asincronos 507 words

Token ring y master/slaves

Cyclic I/O: PZD 244 IN words 244 OUT words PKW = 1 word a la vez

Bus manager

Cyclic I/O: 32 IN words 32 OUT words Acyclic: Param.= 30 words Adust. = 30 words

Master Slaves Trama Sencilla

Cyclic I/O: 256 I/O words Acyclic: 256 words via fragmentacion

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61

- Redes Principales de Schneider Electric Bus de datos Bus de campo

Ethernet TCP-IP Modbus Bus de dispositivos

CANopen

Modbus RS485 Islas de automatizacion

ASi Bus de sensores

TOLED

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62

- Redes Principales de SIEMENS Bus de datos Bus de campo

Profinet – Profibus FMS

Foundation Bus de dispositivos

Profibus DP

Field Bus

Islas de automatizacion

ASi – Profibus PA Bus de sensores

TOLED

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63

TOLED

Introduction to local industrial networks - July 2004

64