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• Leandro Capitanelli

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Contenido Introducción .................................................................................................................................................... 3 Redes LAN Industriales .................................................................................................................................... 5 Bus de Campo .............................................................................................................................................. 6 Ventajas de los buses de campo ............................................................................................................. 7 Buses de campos existentes .................................................................................................................... 8 Buses de alta velocidad y baja funcionalidad ...................................................................................... 8 

CAN: ......................................................................................................................................... 8

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SDS: .......................................................................................................................................... 8

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AS-I (Actuator-Sensor Interface): ............................................................................................ 8

Buses de alta velocidad y funcionalidad media................................................................................... 9 

DeviceNet: ............................................................................................................................... 9

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LONWorks (Local Operating Networks): ............................................................................... 10

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BitBus:.................................................................................................................................... 11

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DIN MessBus:......................................................................................................................... 11

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InterBus-S: ............................................................................................................................. 11

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UNI-TELWAY: ......................................................................................................................... 11

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ModBus: ................................................................................................................................ 11

Buses de altas prestaciones .............................................................................................................. 11 

ProfiBus: ................................................................................................................................ 12 1. PROFIBUS-DP (Distributed Peripherals). ............................................................................... 12 2. PROFIBUS-PA (Process Automation). .................................................................................... 12 3. PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification). ................................................................ 12 4. PROFIBUS sobre TCP/IP. ........................................................................................................ 12

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FIP (Factory Instrumentation Bus):........................................................................................ 14

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FieldBus foundation: ............................................................................................................. 15

Buses para áreas de seguridad intrínseca ......................................................................................... 16 

HART: ..................................................................................................................................... 16

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ProfiBus PA ............................................................................................................................ 16

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FIP .......................................................................................................................................... 16

Comparativa entre buses actuales ........................................................................................................ 17 Comparativa General......................................................................................................................... 17

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Comparativa de cableado.................................................................................................................. 18 Comparativa de número de nodos y acceso al medio ...................................................................... 18 Comparativa de tamaño de mensajes y detección de errores.......................................................... 19 Componentes de las redes industriales .................................................................................................... 19 Bridge: ................................................................................................................................................... 19 Repetidor: .............................................................................................................................................. 21 Gateway: ............................................................................................................................................... 21 Enrutadores: .......................................................................................................................................... 22 Medios físicos: ....................................................................................................................................... 22 Cable UTP Categoría 6 ....................................................................................................................... 22 Cable UTP Categoría 7 ....................................................................................................................... 23 Cable RS 485 ...................................................................................................................................... 23 LONWorks™ LSZH FireFighter® 410Series Industrial Data Screened 600 Volts ................................ 24 LONWorks™ DataGuard® (SWA) 400Series 1x2x16awg 600 Volts.................................................... 24 Fibra Óptica ....................................................................................................................................... 24 Distribuidores de Productos ...................................................................................................................... 24 Referencias ................................................................................................................................................ 25

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Redes Industriales Introducción El desarrollo del control distribuido en la industria va paralelo al de las comunicaciones. Cada vez es más necesario disponer de dispositivos inteligentes para realizar el control o la supervisión remota, tanto de procesos de fabricación, como de almacenamiento o distribución. Los sistemas o redes de comunicación empleados en entornos industriales se encuentran sometidos a una problemática específica que condiciona enormemente su diseño y los diferencia de las redes de datos o redes ofimáticas. Hacia los años 70 se comenzaron a introducir las computadoras en el control de procesos, fundamentalmente para realizar tareas de vigilancia. Esta se encargaba de supervisar ciertas variables para detectar niveles anómalos, generando alarmas pertinentes e informes sobre el estado del sistema. Posteriormente, se empezaron a emplear también en labores de control, ya que debido a su capacidad de cálculo podía sustituir al panel de control y tener programados los bucles de control. El principal inconveniente era la debilidad del sistema al existir un punto de fallo crítico, el propio ordenador. Una posible solución era duplicar el equipo, disponer de un ordenador de respaldo. El desarrollo de los microprocesadores, microcontroladores y los controladores lógicos programables (PLC´s) dio lugar a la aparición del control distribuido. En este tipo de esquemas el PLC o un microcontrolador es quien controla las variables del sistema. A su vez estos equipos se comunican con otros elementos de su nivel y con el nivel superior de supervisión. El fallo de un elemento de nivel superior no compromete el funcionamiento de los equipos de control local, minimizando su incidencia en el sistema. Además la aparición de sensores inteligentes y elementos programables (máquinas de control numérico, PLC, robots, etc) que favorece la automatización y flexibilizan el proceso productivo, demanda la necesidad de su programación y control de forma remota.

La comunicación en las plantas industriales se ha hecho imprescindible en la industria moderna. Muchos sistemas están conformados por equipos de diferentes fabricantes y funcionan en diferentes niveles de automatización. Pese a que puedan estar distanciados entre sí, a menudo se desea que trabajen en forma coordinada para un resultado satisfactorio del proceso. El objetivo principal es la comunicación totalmente integrada en el sistema. Esto reporta la máxima flexibilidad y permite integrar sin problemas productos de otros fabricantes a través de las interfaces de software estandarizados. Esta integración total se conoce como CIM (Computer Integrated Manufacturing). En las aplicaciones industriales, Ethernet es usado en conjunto con la pila de protocolos TCP/IP ya que suministra un mecanismo de transporte de datos confiable entre máquinas y permite la interoperabilidad entre diversas plataformas. Además permite tener una verdadera integración con la Internet corporativa. Como se dijo anteriormente en la industria coexisten una serie de equipos y dispositivos dedicados al control de una máquina o una parte cerrada de un proceso. Entre estos tenemos a los autómatas programables, ordenadores de diseño y gestión, sensores, actuadores, entre otros. El desarrollo de las redes industriales ha establecido una forma de unir todos estos dispositivos aportando las siguientes ventajas:

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Visualización y supervisión de todo el proceso productivo Toma de datos del proceso más rápida o instantánea Mejora del rendimiento general de todo el proceso Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos Programación a distancia, sin necesidad de estar a pié de fábrica.

Figura 1. Niveles de una Red Industrial En una red industrial coexistirán dispositivos de todo tipo, los cuales suelen agruparse jerárquicamente para establecer conexiones lo más adecuadas a cada área, como se observa en la (Figura 1). Tradicionalmente se definen cuatro niveles dentro de una red industrial: 

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Nivel de gestión: es el más elevado y se encarga de integrar los niveles siguientes en una estructura de fábrica, e incluso de múltiples factorías. Las máquinas aquí conectadas suelen ser estaciones de trabajo que hacen de puente entre el proceso productivo y el área de gestión, en el cual se supervisan las ventas, stock, etc. Se emplea una red de tipo LAN o WAN Nivel de control: se encarga de enlazar y dirigir las distintas zonas de trabajo. A este nivel se sitúan los autómatas de alta gama y los ordenadores dedicados al diseño, control de calidad, programación, etc. Se suele emplear una red de tipo LAN. Nivel de Campo: se encarga de la integración de pequeños automatismos (autómatas compactos, multiplexores de E/S, controladores PID, etc) dentro de subredes. En el nivel más alto de estas redes se suelen encontrar uno o varios autómatas programables, actuando como maestros de la red. En este nivel se emplean los campos de buses tradicionales, aunque también pueden existir redes superiores Ethernet Industrial bajo ciertas premisas. Nivel de E/S: es el nivel más próximo a la proceso. Aquí se encuentran los sensores y actuadores, encargados de manejar el proceso productivo y tomar las medidas necesarias para la correcta automatización y supervisión. Se tratan de sustituir los sistemas de

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cableado tradicionales por buses de campo de prestaciones sencillas y sistemas de periferia descentralizada.

Figura2. Topología típica de una Red Industrial. Otro punto de vista más generalizado hace una separación de las comunicaciones industriales en dos áreas principales, una comunicación a nivel de campo y una comunicación hacia el SCADA (Figura 2). En ambos casos la transmisión de datos se realiza en tiempo real, o por lo menos con una demora que no es significativa respecto de los tiempos del proceso, pudiendo ser crítico para el nivel de campo. Los llamados dispositivos de campo actúan directamente sobre el proceso productivo. Las comunicaciones a este nivel deben poseer unas características particulares para responder a las necesidades de intercomunicación en tiempo real que se deben producir y ser capaces de resistir un ambiente hostil donde existe gran cantidad de ruido electromagnético y condiciones ambientales duras.

Redes LAN Industriales Los estándares más extendidos son dos: 

MAP (Manufacturing Automation Protocol): nació como un producto diseñado especialmente para el entorno industrial, proporcionando un medio de transmisión determinista. Fue impulsado por General Motors y normalizado por el IEEE. No actúa a nivel de bus de campo, pero establece pasarelas hacia estos buses mediante terminales. También permite integración en redes WAN. Se desarrolló paralelamente con la arquitectura OSI y su implementación es compatible con los siete niveles de ese modelo.

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ETHERNET: desarrollada por Xerox Corporation y registrada junto con Digital e Intel. Es compatible con el modelo OSI en los niveles 1 y 2. Es uno de los estándares de red que más rápidamente evoluciona, debido a su uso masivo en redes ofimáticas. Posteriormente, a pesar de sus diferencias para su aplicación industrial por no ser originalmente un medio de transmisión determinista, ha ido ganando mercado como red para dispositivos industriales. Puede soportar el transporte de datos de diferentes protocolos de las capa de red, pero lo más común es que las capas superiores están compuestas por los protocolos del modelo TCP/IP.

NOTA: un medio de transmisión es determinista cuando, bajo ciertas condiciones normales de trabajo, permite determinar el tiempo máximo que un mensaje enviado a través de él va a tardar en llegas a su destino.

Bus de Campo Es un término genérico que describe un conjunto de redes de comunicación para uso industrial, cuyo objetivo es sustituir las conexiones punto a punto entre los elementos de campo y el equipo de control. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLC’s, transductores, actuadores y sensores. En el sector industrial, las transmisiones de datos se basan tradicionalmente en la tecnología de bus de da campo. Existen muchos tipos y estándares diferentes, por lo que la interoperabilidad resulta complicada y cara. Para sustituir cableado entre sensores-actuadores y los correspondientes elementos de control. Este tipo de buses debe ser de bajo coste, tiempo real, permitir la transmisión serie sobre un bus digital de datos con capacidad de interconectar controladores con todo tipo de dispositivos de entrada-salida, sencillos, y permitir controladores esclavos inteligentes. Además, deben gestionar mensajes cortos eficientemente, tener capacidad de manejar tráfico de eventos discretos, poseer mecanismos de control de error (detección y corrección), transmitir mensajes prioritarios, tener un bajo coste de instalación y de conexión por nodo, poder recuperarse rápidamente de eventos anormales en la red y responder rápidamente a los mensajes recibidos. Por regla general, tienen un tamaño pequeño (5 a 50 nodos), utilizan tráfico de mensajes cortos para control y sincronización entre los dispositivos, y la transferencia de ficheros es ocasional o inexistente. Según la cantidad de datos a transmitir, se dividen en buses de alto nivel, buses de dispositivos (unos pocos bytes a transmitir) y buses actuador/sensor (se transmiten datos a nivel de bit), pero en ningún caso llegan a transmitir grandes bloques de información. De manera general, aunque especialmente para los buses de campo y célula, las ventajas principales que se obtienen en su utilización son: mejor calidad y cantidad en el flujo de datos, ahorro de coste de cableado e instalación (Figura 3), facilidad en la ampliación o reducción del número de elementos del sistema, reducción de errores en la instalación y número de terminales y cajas de conexión.

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(a) (b) Figura 3. Instalación industrial: a) sin utilización de buses de campo, b) con buses de campo. Así como para las redes de factoría y de planta existe una implantación homogénea (basada en Ethernet), para las comunicaciones a nivel de célula y de campo no existe una norma de comunicaciones que haya alcanzado un alto grado de difusión y homogeneidad en los entornos industriales, esto hace que en algunos casos resulte técnicamente difícil integrar equipos de distintos fabricantes. Varias normas intentan imponerse, existiendo dos más destacadas: Profibus y Fieldbus Foundation, aunque también tienen una amplia difusión ASi, LonWorks, Interbus, DeviceNet, MODBUS, HART, ControlNet, WORLDFIP, FIP, etc. También existe una tendencia a implantar tecnología como Ethernet, muy probada en redes administrativas, de bajo coste, y que comienza a utilizarse en redes industriales de bajo nivel para sistemas en tiempo real. Otro aspecto importante en estos sistemas integrados es la seguridad, ya que al integrarse los sistemas de manera global, es decir, en redes administrativas y de control de procesos, los sistemas de control quedan más expuestos. En este nivel de integración, el esquema de control más habitual es el maestro-esclavo, constituyendo un sistema de control centralizado que debe recabar información de la planta de producción. Esta integración maestro-esclavo se utiliza especialmente en muchos equipos basados en autómatas programables, dónde éste es el maestro y se encarga de gestionar módulos remotos de sensores, actuadores, y hasta otros autómatas de menor entidad encargados de gestionar procesos locales. Dado que el panorama es tan amplio, nos limitaremos a describir los sistemas de comunicación más extendidos y aquellos que proponen sistemas abiertos, de modo que sean varios los fabricantes que comercializan los dispositivos, centrándonos en los niveles de célula y de campo.

Ventajas de los buses de campo La principal ventaja que ofrecen los buses de campo es la reducción de costos. Este ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: costos de instalación, costos de mantenimiento y mejora del funcionamiento del sistema. Una de las principales características de los buses de campo es una significativa reducción en el cableado necesario en el control de una instalación, tal como se observó anteriormente en la (Figura 3). Se estima que puede ofrecer una reducción de 5 a 1 en los costos de cableado. El hecho que los buses de campos sean más sencillos que otras redes de uso industrial como por ejemplo MAP, hace que el mantenimiento de la red sea menor, lo cual aumenta la fiabilidad del

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sistema a largo plazo. Además, este tipo de red permite a los operadores monitorizar todos los dispositivos que integran el sistema e interpretar fácilmente las interacciones entre ellos. Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema. Se utilizan algoritmos y procedimientos de control que simplifican el sistema de control y sus posibles ampliaciones. También hay que tener en cuenta que las prestaciones del sistema mejoran con el uso de la tecnología de los buses de campo debido a la simplificación en la forma de obtener la información de la planta desde los distintos sensores. Además esta tecnología permite la comunicación bidireccional entre los propios dispositivos de campo y entre estos y los sistemas de control. A nivel de red, la ventaja que proporciona los buses de campo es que reducen en 3 el número de capas del modelo OSI (Física – Enlace - Aplicación).

Buses de campos existentes En cualquier aplicación industrial es necesario asegurarse que todos los componentes de la red soporten un mismo bus de campo, para que la comunicación no presente problemas o hay que realizar pasarelas entre buses. Debido a la falta de estándares, varias compañías han desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con prestaciones y campos de aplicación diferentes. En una primera clasificación podríamos dividirlos en los siguientes grupos: Buses de alta velocidad y baja funcionalidad

Diseñados para integrar dispositivos simples como finales de carrera, fotocélulas, relés y actuadores simples, funcionando en aplicaciones de tiempo real y agrupados en una pequeña zona de la planta, típicamente en una máquina. Suelen representar las capas físicas y de enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos son:  CAN: Diseñado para su aplicación en vehículos El protocolo CAN es un estándar que viene descrito en el estándar ISO 11898, inicialmente impulsado por el fabricante alemán BOSCH para simplificar el cableado en los automóviles Mercedes-Benz. Así, una de las aplicaciones donde se utiliza más ampliamente es en automoción, donde existe gran cantidad de electrónica asociada a los elementos instalados tanto en el motor como en el resto del vehículo (airbag, cinturones de seguridad, climatización, iluminación, etc.) y es necesario el acceso distribuido, por lo que CAN proporciona una buena implementación para la comunicación entre estos elementos.  SDS: Bus para la integración de sensores y actuadores basados en CAN  AS-I (Actuator-Sensor Interface): Bus serie diseñado por Siemens para la integración de sensores y actuadores. Nació en 1990 como un intento de eliminar el cableado existente entre los sensores y actuadores binarios (todo-nada) con la característica añadida de proporcionar la tensión de alimentación sobre el mismo cable (hasta 8A). Posteriormente, el bus ha evolucionado para comunicarse con elementos inteligentes y poder transmitir datos y parámetros además de las señales binarias. El bus AS-I es considerado uno de los sistemas de comunicación más sencillos y con menos prestaciones, por lo que se emplea a nivel de campo en la parte más baja de la pirámide de automatización. AS-Ii es un sistema abierto definido por el estándar europeo EN50295 y el estándar IEC 62026-2. La (Figura 4) muestra el esquema de distribución adoptado en estas redes.

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(a) (b) Figura 4. a) Esquema de distribución de una red AS-I. b) Cable AS-I y método de conexión.

Existen dos tipos principales de buses AS-I (Figura 5), aquellos que integran el protocolo en el mismo elemento de entrada/salida mediante la inclusión de un chip ASIC (circuito integrado de aplicación específica), y aquellos módulos AS-I genéricos que disponen de 4 entradas/salidas de tensión para poder conectarles cualquier elemento sensor/actuador binario tradicional. Esta última opción resulta aconsejable para las instalaciones ya existentes pues no es necesario sustituir los elementos, sino únicamente los cables de conexión.

(a) (b) Figura 5. a) Módulo AS-I de 2 entradas/2 salidas genérico. b) Dispositivo actuador con AS-I integrado. Buses de alta velocidad y funcionalidad media

Se basan en el diseño de una capa de enlace para el envío eficiente de bloques de datos de tamaño medio. Estos mensajes permiten que el dispositivo tenga mayor funcionalidad, permitiendo su configuración, calibración o programación. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de forma eficiente y a bajo costo. Normalmente incluyen la especificación completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PC’s para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos ejemplos son:  DeviceNet: Utiliza como base el bus CAN, e incorpora una capa de aplicación orientada a objetos. 9

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LONWorks (Local Operating Networks): Red desarrollada por Echelon. Emplea como concepto básico para definir su red como una “red de control”, en contraste con las “redes de datos” que tradicionalmente se conocen. Las redes de control (como lo son la mayoría de las redes revisadas aquí) están orientadas a la transmisión de pocos datos, pero de modo seguro y con un tiempo restringido. La comunicación LONworks entre los nodos puede hacerse por control distribuido de igual a igual (peer to peer) o bien maestro/esclavo. Pero en cualquier caso, la inteligencia en los nodos (capacidad de computación) permite la distribución de la carga computacional de procesado para, por ejemplo, usarse en sensores inteligentes, realizando un análisis de los datos sensados, convertirlos en otros formatos, o analizarlos, para sólo realizar comunicación en casos concretos. Esta distribución de las funciones de control permite un incremento muy significativo del rendimiento y la robustez. Para ello, cada nodo incorpora la denominada “neurona” (neuron chip), consistente en 3 procesadores de 8 bits en paralelo, dos de ellos optimizados para el protocolo de comunicaciones, y un tercero para la ejecución de aplicaciones en el nodo. Esta técnica asegura que la complejidad de una aplicación no interfiere negativamente con el rendimiento de la red. Además, dado que toda la neurona queda incorporada en el mismo chip, el coste económico no es significativamente elevado, pudiendo incluso incorporar dentro del mismo, dispositivos como temporizadores, memoria, o incluso funciones específicas realizadas por hardware, facilitando así el desarrollo del software. Actualmente, el protocolo es abierto y puede ser implementado en software por cualquier fabricante. LONworks es capaz de funcionar en múltiples medios físicos de transmisión (utilizando los transceiver adecuados para cada uno de ellos), la tabla siguiente muestra algunos de los medios físicos posibles. Utiliza dos hilos y dependiendo del medio de transmisión el rendimiento es diferente. Puede emplear como medio físico la línea eléctrica de potencia y la topología de red que se emplee no influye siempre y cuando no se superen los límites marcados. La siguiente tabla muestra las características de la transmisión dependiendo del medio físico empleado. Tabla1. Medios físicos y prestaciones correspondientes para comunicaciones LONworks. Nombre del Medio físico Velocidad Num. Max. Máx. distancia transceiver Disp. TP/FP – 10

Par trenzado, topología libre

78 kbps

64-128

500 mts (topol. libre) 2200 mts. (topol. bus)

TP/XF-1250

Par trenzado, topología de bus

1,25 Mbps

64

125 mts.

PL-20

Línea eléctrica

5,4 kbps

Depende del emplazamiento

IP-10

LONworks sobre IP

Fijado por la red IP

Depende del emplazamiento Fijado por la red IP

Fijado por la red IP

El protocolo LONtalk implementa las siete capas OSI empleando una mezcla entre funciones hardware y software. Las características que incorpora incluyen acceso a archivos multimedia, reconocimiento de las transacciones, comunicación entre iguales, prioridades de transmisión, autentificación del remitente del mensaje, eliminación de colisiones, soporte cliente-servidor, y otras funciones avanzadas. Se utiliza una variante del

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protocolo CSMA para el control de acceso al medio (CSMA predictivo persistente-p) empleando una técnica de acceso aleatoria (de modo similar a Ethernet). BitBus: Red desarrollada por Intel. DIN MessBus: Estándar alemán de bus de instrumentación, basado en comunicación RS-232. InterBus-S: Bus de campo alemán de uso común en aplicaciones medias. Es una red de sensores/actuadores distribuidos para sistemas de fabricación y control de procesos continuos. Es un sistema con método de comunicación maestro-esclavo, abierto de alta prestaciones, de topología en anillo. Interbus no está respaldado por los grandes fabricantes de autómatas. Sin embargo, alrededor de 700 desarrolladores de dispositivos de campo lo soportan. Un sistema basado en Interbus está compuesto por una tarjeta de control, instalada en un PC industrial o en un autómata programable que comunica con un conjunto de dispositivos de entrada/salida. Es un sistema con estándar europeo EN50254 de 1997. UNI-TELWAY: Desarrollado por Telemecanique. ModBus: Define un protocolo de comunicación de topología maestro - esclavo. Es uno de los protocolos más veteranos, apareció en 1979 para transmitir y recibir datos de control entre los controladores y los sensores a través del puerto RS-232 (comunicación punto a punto), con un alcance máximo de 350 metros. No ha sido estandarizado por ninguna entidad, pero sus especificaciones están disponibles. Funciona mediante el sistema maestro/esclavo, y posee dos modos esenciales de funcionamiento, modo ASCII, enviando dos caracteres (2 bytes) para cada mensaje, pudiendo haber hasta 1 segundo de tiempo de diferencia entre ellos, y modo RTU (Remote Terminal Unit), donde se envían 4 caracteres hexadecimales (4 bits cada uno) para cada mensaje. Esta última opción es más empleada en transmisiones inalámbricas. Existe la versión MODBUS plus donde se emplea el puerto RS485 para permitir hasta 32 nodos y cubrir distancias de hasta 1500 metros con técnica de transmisión de paso de testigo. Ambos emplean como medio físico el par trenzado apantallado y la tensión de alimentación es independiente para cada dispositivo. Se trata de un protocolo con limitaciones y donde sólo es recomendable usarlo en caso de instalaciones donde existan instalaciones de este tipo (para mantener compatibilidad), pero donde en la actualidad es posible emplear medios de comunicación con más prestaciones y un precio similar. Actualmente se está impulsando el empleo de MODBUS sobre TCP/IP para aprovechar las infraestructuras que se están implantando para Internet, y usar protocolos industriales empleando las mismas líneas y empaquetando mensajes MODBUS dentro de los paquetes TCP/IP, de modo que son necesarios unos módulos de encapsulado y desencapsulado para conectar con módulos tradicionales MODBUS.

Buses de altas prestaciones

Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de toda una empresa, en muy diversos tipos de aplicaciones. Aunque se basan en aplicaciones de alta velocidad, algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exige. La capa de aplicación oferta un gran número de servicios al usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS. Entre sus características incluyen:  Redes multi-maestro con redundancia.  Comunicación maestro-esclavo según el esquema pregunta-respuesta.  Recuperación de datos desde el esclavo con un límite máximo de tiempo.  Capacidad de direccionar unicast, multicast y broadcast.

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Petición de servicios a los esclavos basada en eventos. Comunicación de variables y bloques de datos orientada a objetosDescarga y ejecución remota de programas. 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: impulsado por fabricantes alemanes. La base para el desarrollo de este protocolo fue un proyecto de investigación de varias empresas y cinco institutos de investigación alemanes. Actualmente, Profibus en sus 3 versiones FMS, DP y PA son estándar europeo EN50170 desde 1996, aunque sus actividades comenzaron alrededor de 1987. Existen más de dos millones de dispositivos Profibus instalados, con aproximadamente 250 fabricantes de productos Profibus en todo el mundo. Son dos las asociaciones principales que organizan las actividades encaminadas a la mejora de este bus: PI (Profibus Internacional) y PNO (Organización de usuarios de Profibus). La familia Profibus consiste en tres versiones compatibles: 1. PROFIBUS-DP (Distributed Peripherals). Optimizado para alta velocidad y coste reducido. Esta versión de Profibus está diseñada especialmente para comunicación entre sistemas automáticos de control y E/S distribuidos a nivel de campo (periferia descentralizada). Puede ser empleado para remplazar transmisiones paralelas de señales con 24V o 4-20 mA. El intercambio de datos es cíclico. El tiempo de ciclo del bus ha de ser menor que el tiempo de ciclo del programa del controlador central. 2. PROFIBUS-PA (Process Automation). Está especialmente diseñado para automatización de procesos. Permite que sensores y actuadores puedan ser conectados a un bus común en áreas de especial seguridad calificadas como Ex. Permite comunicación de datos y transporte de energía sobre el mismo bus empleando tecnología de dos cables, acorde con el estándar internacional IEC 1158-2. Básicamente, es la ampliación de ProfibusDP compatible en comunicación con una tecnología que permite aplicaciones para la automatización de procesos en recintos expuestos al peligro de explosiones (áreas clasificadas Ex). También existen diversos perfiles orientados a aplicaciones concretas donde se definen elementos específicos como perfiles de automatización de edificios, aplicaciones seguras ante fallos (PROFISafe), control numérico y robots, encoders, drivers de motores de velocidad variable o interfaces Hombre-máquina. 3. PROFIBUS-FMS (Fieldbus Message Specification). Es la solución de propósito general para tareas de comunicación a nivel de control. Los potentes servicios FMS abren un amplio rango de aplicaciones y proveen gran flexibilidad. También puede ser empleado para tareas de comunicaciones extensas y complejas. En Profibus-FMS la funcionalidad es más importante que conseguir un sistema con tiempo de reacción pequeño. En la mayor parte de aplicaciones, el intercambio de datos es fundamentalmente acíclico en base a la demanda del proceso del usuario. 4. PROFIBUS sobre TCP/IP. A través de una pasarela, y empleando la especificación MMS (Manufacturing Message Specification) puesto que FMS constituye un subconjunto de la misma, es posible enviar mensajes sobre una red TCP/IP con destino a nodos de una red Profibus.

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Figura 6. Esquema de comunicaciones existente en una red Profibus multimaestro. Las (Figura 6 y 7) muestran cómo es posible la utilización de Profibus dentro de los diferentes niveles de la pirámide de automatización y su posible uso conjunto con redes corporativas basadas en Ethernet (TCP/IP) con el empleo de las tres versiones Profibus existentes.

Figura 7. Estructura de una pirámide de automatización basada en las diferentes versiones Profibus (incluyendo Profibus sobre TCP/IP mediante MMS). Profibus emplea una topología de bus con terminación en ambos extremos para adaptación de impedancias. Esta técnica asegura el acoplamiento y desacoplamiento de estaciones (incluso en áreas de seguridad) durante operación normal sin afectar al resto. En cuanto al medio físico empleado, se utiliza: 13

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RS 485 (H2): Par trenzado apantallado, usado básicamente para DP y FMS, acorde al estándar RS-485, emplea transmisión asíncrona, con transferencias desde 9.6 kbit/s hasta 12 Mbit/s (seleccionables). Usa 32 estaciones por segmento, máximo 127 estaciones, con distancia máxima dependiente de velocidad deseada (12 Mbit/s=100 m; 1,5 Mbit/s=400m;