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REDES INDUSTRIALES

TABLA DE CONTENIDOS TAREA 1: Reconoce las características de los elementos de un sistema de comunicación Industrial. .................................................................................. 9 Configura e instala un controlador lógico programable mediante la interfaz RS-232 .............. 10 FUNDAMENTO TEORICO ...................................................................................................... 17 Velocidad de transmisión ..................................................................................................... 17 Velocidad de Modulación ..................................................................................................... 18 Velocidad de modulación ..................................................................................................... 19 Transmisión de datos ........................................................................................................... 20 Tipos de transmisión ............................................................................................................ 22 Técnicas de transmisión ....................................................................................................... 23 Puerto serie .......................................................................................................................... 26 Tipos de cables y enlaces .................................................................................................... 31 Norma rs-485........................................................................................................................ 35 Conversores RS-232 a RS-485 ............................................................................................ 39 Norma RS-422 frente a RS-485 ........................................................................................... 42 Puerto Paralelo ..................................................................................................................... 43 Conectar dos ordenadores por Puerto Serie ...................................................................... 45

TAREA 2: Determina los principales protocolos de comunicación Industrial. ..... 48 Instala un transmisor en un Proceso Industrial ...................................................................... 48 Configura un transmisor en un proceso industrial .................................................................. 53 Instala un HART Comunicator en un Proceso Industrial ......................................................... 61 FUNDAMENTO TEORICO ...................................................................................................... 67 Buses de campo ................................................................................................................... 67 Buses de campo existentes.................................................................................................. 68 Buses de alta velocidad y baja funcionalidad ....................................................................... 68 Buses de alta velocidad y funcionalidad media .................................................................... 69 Buses de altas prestaciones................................................................................................. 69 Buses para áreas de seguridad intrínseca ........................................................................... 70 Comparativa entre buses actuales ....................................................................................... 71

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REDES INDUSTRIALES Comparativa general .......................................................................................................... 73 Comparativa de cableado..................................................................................................... 74 Comparativa de número de nodos y acceso al medio ......................................................... 74 AS-i: Aktuator Sensor Interface ............................................................................................ 74 INTERBUS ........................................................................................................................... 76 CAN: Controller Area Networking ......................................................................................... 79 PROFIBUS ........................................................................................................................... 80 Arquitectura de Protocolo PROFIBUS.................................................................................. 82

TAREA 3: Determina y configura los elementos en una red Industrial. ............ 84 Instala un controlador lógico programable a una red Ethernet ............................................... 84 Configura un controlador lógico programable a una red Ethernet .......................................... 89 Configura un controlador lógico programable Micrologix a una red Ethernet ..................... 89 Configurar un controlador lógico Programable SIEMENS S7-1200 a una red PROFINET ........................................................................................................................... 96 Cambio de la dirección IP de un controlador lógico programable AB Micrologix ............. 104 Realizar el cambio de la dirección IP de un controlador SIEMENS S71200 ...................... 109 FUNDAMENTO TEORICO .................................................................................................... 111 El modelo OSI .................................................................................................................... 111 Modelo general de comunicación ....................................................................................... 112 Origen, destino y paquetes de datos .................................................................................. 114 Medios ................................................................................................................................ 114 Protocolo ............................................................................................................................ 116 Evolución de las normas de networking de ISO ................................................................. 117 El modelo de referencia OSI .............................................................................................. 118 Capas del modelo de referencia OSI ................................................................................. 119 Encapsulamiento ................................................................................................................ 122 Nombres de los datos en cada capa del modelo OSI ........................................................ 124 El modelo de referencia TCP/IP ......................................................................................... 125 Comparación entre el modelo OSI y el modelo TCP/IP ..................................................... 127 Uso de los modelos OSI y TCP/IP ..................................................................................... 128

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REDES INDUSTRIALES Red industrial...................................................................................................................... 129 Tecnología de buses de Campo......................................................................................... 129 Ventajas de un bus de campo ............................................................................................ 130 Desventajas de un bus de campo ...................................................................................... 130 Tipos de BUS ..................................................................................................................... 130 Clasificación de las redes Industriales. .............................................................................. 131 Componentes de las redes Industriales. ............................................................................ 131 Topología de redes Industriales ......................................................................................... 132 Beneficios de una red industrial ......................................................................................... 132 Redes Industriales con PLC ............................................................................................... 132 Soluciones con Ethernet..................................................................................................... 132

TAREA 4: Implementa Proyectos de control basado en Computadora ............. 133 Desarrolla un sistema de supervisión y control para un proceso remoto ............................. 134 FUNDAMENTO TEORICO .................................................................................................... 148 Unidades Maestras (Master Terminal Units) ...................................................................... 151 Características de las unidades maestras .......................................................................... 151 Hardware y Software .......................................................................................................... 152 Hardware en sistemas de supervisión: PLC y PC. ............................................................. 153 Uso del PC como centro neural del MTU. .......................................................................... 155 Adquisición de Datos .......................................................................................................... 156 Human Machine Interface .................................................................................................. 158 WinCC ................................................................................................................................ 159 Estructura de WinCC .......................................................................................................... 161 Software de configuración .................................................................................................. 162 Software de Runtime .......................................................................................................... 162 SIMATIC WinCC Sm@rtServer (TIA Portal) ...................................................................... 162

TAREA 5: Implementa Control de procesos OPC .............................................. 164 Desarrolla un sistema de supervisión y control para un proceso remoto ............................. 165 FUNDAMENTO TEORICO .................................................................................................... 179 Arquitectura Cliente OPC / Servidor OPC .......................................................................... 180

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REDES INDUSTRIALES Acceso de Datos OPC........................................................................................................ 182 Gestión de Alarmas y Eventos ........................................................................................... 182 Acceso a Datos Históricos.................................................................................................. 182 Aplicaciones OPC............................................................................................................... 182 Arquitectura General y Componentes ................................................................................ 183 Tipos de servidores OPC ................................................................................................... 183

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TAREA 1: RECONOCE LAS CARACTERÍSTICAS DE LOS ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL. Una red de comunicación industrial es un sistema de transmisión de datos que permite el intercambio de información entre equipos electrónicos, la información que pueden intercambiar los equipos puede ser de lo más variada: correos electrónicos, imágenes, mensajes, variables de proceso, registros de una base de datos, etc. Uno de los medios de comunicación más empleado es la comunicación Serie, que desde los años sesenta no ha cambiado prácticamente nada la configuración y los protocolos de comunicación del puerto, por lo que todas las conexiones a través del puerto serie cumplen con la norma RS-232 (Recommended Standard) de ElA (Electronic Industries Association). Renombrada como EIA-232 en el año 1991, aunque sigue utilizándose mayoritariamente la denominación primera, ya que está muy arraigada. En el ámbito internacional es definida por CCITT, como la recomendación V.24. En la industria se emplea la norma RS-485 que se encuentra normalizada en la norma ISO 8482 en 1993, esta norma presenta varias ventajas sobre la norma RS-232, por ejemplo inmunidad al ruido y otras características que veremos en este capítulo. EQUIPOS Y MATERIALES:  Computador Pentium 4 o superior.  Sistema operativo Windows XP o superior.  Controlador lógico Programable Micrologix.  Programa de Automatización Industrial RS Logix500, RSLinx.  Cable de comunicación de datos (serie).  Conectores DB9. ORDEN DE EJECUCION.  Instalación de los Programas de Automatización Industrial en la computadora.  Implementación de las tareas y comprobación del correcto funcionamiento.

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Configura e instala un controlador lógico programable mediante la interfaz RS-232 En esta actividad vamos a realizar la instalación de un controlador lógico programable PLC Allen Bradley modelo Micrologix 1400 mediante la interfaz RS 232, mediante un cable de comunicación Null módem el cual conectaremos al puerto COM de una computadora personal (Workstation) CABLE NULL MODEM. Null módem (modem nulo) es un método para conectar dos terminales usando un cable serie RS-232. En la confección null módem las líneas de transmisión y recepción están cruzadas. Existe más de una forma de realizar una conexión null módem emplearemos la siguiente:

PROCEDIMIENTO: Prepararemos el cable Null módem siguiendo los siguientes pasos a continuación: 1. Abrir los conectores DB9 y soldar con estaño los terminales con los que vamos a trabajar.

2. Soldar con estaño el extremo de cada conductor del cable de datos, luego soldar a los terminales del conector DB9.

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3. Finalmente proteger el conector con la funda y ajustar los tornillos de ambos extremos del cable de comunicación de datos.

Siguiendo el procedimiento instalaremos el controlador lógico programable a la computadora personal empleando el cable construido en la actividad anterior 1. Instalar una fuente de 24VDC al controlador lógico programable, el modelo Micrologix 1400 necesita una fuente externa, existen otros modelos como el Micrologix 1100 que viene con una fuente integrada al controlador.

2. Esperar unos instantes hasta que el controlador inicialice su sistema operativo, cuando esté listo se activara en el panel del controlador el indicador luminoso RUN

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3. Retirar la cubierta e instalar el conector serie en el controlador, hacer lo mismo en la computadora.

Existen controladores que no poseen puerto de comunicación serie, por ejemplo el modelo Micrologix 1100 sólo incluye puerto Ethernet. 4. Abrir el programa de conectividad RSlinx, para instalar los drivers del controlador y realizar comunicación entre la computadora y el puerto COM.

5. En el programa RSlinx seleccionar en la barra de menú la opción comunications/ configure drivers.

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6. En la ventana de configuración de drivers seleccionar en la lista desplegable el driver RS-232 DF1 devices, luego presionar el botón Add New.

7. Instalaremos el driver de comunicación serie AB_DF1-1, en la ventada de configuración de drivers podemos instalar los controladores que sean necesarios, por ejemplo los controladores Ethernet si necesitamos descargar programas o controlar de manera remota a nuestro controlador programable

8. Los parámetros se pueden configurar en la ventana RS-232 DF1 Devices, estos parámetros serán puerto de comunicaciones, velocidad de transmisión, bit de paridad, bit de parada, protocolo, etc. Podemos presionar el botón de autoconfiguración si desconocemos alguno de estos parámetros.

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9. Presionemos el botón de Start para inicializar el driver instalado, en el caso de tener varios drivers de comunicación instalados estos pueden activarse o detenerse según nuestros requerimientos, luego presionar el botón Close.

10. Seleccionamos en la barra de menú la opción: Comunicatios/ RSWho para inspeccionar la comunicación con nuestro controlador programable.

11. Observaremos en rama de comunicaciones de nuestra computadora, en este caso “Workstation, PC05”, el driver AB_DF1, DH-485 el parámetro 01-Micrologix 1400 – UNITITLED indicándonos que nuestro controlador está instalado y en línea.

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12. Después de comunicar el controlador programable, procedemos a leer en su memoria de programa, en la barra de menú del programa RSLogix500 realizaremos la configuración del driver de comunicación instalado, seleccionamos la opción Tools / Options.

13. Configuramos el driver instalado en el programa RSLinx en la ventana System Options, aquí seleccionamos en la lista desplegable la opción AB_DF1-1. Podemos examinar si el controlador está en línea presionando el botón Who Active, también podemos examinar el programa del controlador programable y subirlo al programa RSLogix presionando el botón Upload

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REDES INDUSTRIALES 14. El programa empezara a subir el programa del controlador a la computadora, esto permitirá realizar modificaciones o actualizaciones en el proceso en el que se encuentra instalado el PLC.

15. El programa preguntara si deseamos conectar al controlador programable en línea, aceptamos y presionamos el botón SI.

16. Finalmente procedemos a depurar el programa que se encuentra grabado en el PLC, comprobando la comunicación entre la computadora (Workstation) y el controlador programable (PLC) mediante el cable serie null modem, este procedimiento es similar en otros casos, existiendo una diferencia al instalar el driver de comunicación.

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REDES INDUSTRIALES FUNDAMENTO TEÓRICO. Aunque las comunicaciones digitales comenzaron su gran desarrollo a partir de la década de los 50, mucha de la terminología y conocimientos básicos se han derivado del viejo arte de la telegrafía. El baudio es un parámetro de naturaleza eléctrica que representa la velocidad de modulación o velocidad básica de transmisión en impulsos por segundo; es una medida de la capacidad de un canal para transportar impulsos digitales y está muy relacionado con el ancho de banda del canal. Estrictamente hablando, el baudio es un enunciado de la velocidad de señalización e indica cuántos impulsos de portadora son apropiados para transmitir información por unidad de tiempo sobre un canal dado. Por otro lado, el bit es la unidad de información y es una medida de la cantidad de información contenida en un mensaje dado y que puede transmitirse mediante impulsos o en cualquiera otra forma. El baudio no se refiere entonces a la cantidad o flujo de información; la cantidad de información que se puede “empacar” en cada baudio se representa por el número de bits por baudio, y la velocidad o flujo de la información se expresa en bits por segundo (bps). La velocidad de la transmisión digital se mide en bits por segundo (bps). Son velocidades comunes de los módems: 28.8 Kbps, 33.6 Kbps, y 56 Kbps donde la K significa mil. Los dispositivos completamente digitales son mucho más rápidos. Cuanto más rápido, desde luego es mejor. Una velocidad de 2400 bps enviaría un texto de 20 páginas tecleado a un espacio, en 5 minutos. El lado análogo es medido en baudios, dónde un baudio es un cambio por segundo en la señal. Muchos usan bps y baudios cómo si fueran la misma cosa. Para velocidades de 2400 bps y menores, eso es verdad, pero no para las velocidades más elevadas donde por cada cambio de señal se transmite más de un bit.

Velocidad de transmisión. Velocidad binaria, tasa o flujo de bits (bit rate en inglés), es la velocidad global de transmisión expresada en bits por segundo. Se denomina velocidad de transmisión en un canal de datos, al número de dígitos binarios transmitidos en la unidad de tiempo, independientemente que los mismos lleven o no información. Está dada por la cantidad de bits que se transmiten por segundo independientemente de si los mismos contienen información o no. La unidad con que el SI (Sistema Internacional) expresa el bit rate es el bit por segundo (bit/s, b/s, bps). La b debe escribirse siempre en minúscula, para impedir la confusión con byte por segundo (B/s). Para convertir de bytes/s a bits/s, basta simplemente multiplicar por 8 y viceversa. Que la unidad utilizada sea el bit/s, no implica que no puedan utilizarse múltiplos del mismo:

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REDES INDUSTRIALES  kbit/s - kbps (kb/s, kilobit/s o mil bits/Segundo).  Mbit/s - Mbps (Mb/s, Megabit/s o un millón de bits/segundo).  Gbit/s - Gbps (Gb/s, Gigabit, mil millones de bits).  Byte/s (B/s u 8 bits por segundo).  Kilobyte/s (kB/s, mil bytes u ocho mil bits por segundo).  Megabyte/s (MBs/s, un millón de bytes u 8 millones de bit por segundo).  Gigabyte/s (GB/s, mil millones de bytes u 8 mil millones de bits). Velocidades típicas de los accesos de conexión a Internet  Módem Telefónico: 56 kbps = 7 kB/s (7 kilobytes por segundo).  ADSL: 1024 kbps (nominal 1 Mbps) = 128 kB/s (128 kilobytes por segundo).  Cable: 2400 kbps = 300 kB/s (300 kilobytes por segundo).  VSAT: 600 kbps = 75 kB/s (75 kilobytes por segundo).  Telefonía móvil 3G: 384 kbps = 48 kB/s (48 kilobytes por segundo). Bit rate empleado en transmisión sonora:  8 kbit/s teléfono.  32 Kbit/s Radio AM.  96 Kbit/s Radio FM.  128 kbit/s Sonido calidad CD, muy común en MP3.  192 kbit/s Sonido calidad CD en formato MP3.  320 kbit/s Máxima calidad para formato MP3

Velocidad de Modulación. Se define como la inversa del tiempo más corto entre dos instantes significativos de la Señal.

Esta velocidad está dada por la velocidad de cambio de la señal y por lo tanto dependerá del esquema de codificación elegido. También se suele definir como “la inversa del tiempo que dura el elemento más corto de señal que se utiliza para crear un pulso”. La velocidad de modulación, también se suele llamar velocidad de señalización.

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REDES INDUSTRIALES Hay que diferenciar entre la razón de datos (bits por unidad de tiempo) y la velocidad de Modulación (elementos de señal por unidad de tiempo). Cuanto mejor sea el sistema de codificación, mayor velocidad de modulación se podrá obtener .

Velocidad de modulación. Si se tiene un sistema de comunicaciones a través del cual se transmiten datos binarios, señal cuadrada, y considerando que la frecuencia de dicha señal es de 1 MHz. De acuerdo al desarrollo de Fourier, por ser la señal cuadrada, solo tendremos armónicas impares y si aceptamos una deformación que permita despreciar a las señales más allá de la 5ª armónica, el ancho de banda necesario para transmitir dicha señal será: BW = 5f – f = 4f BW = 5MHz – 1MHz = 4MHz Ahora bien, si consideramos que a dicha frecuencia estamos transmitiendo ceros y unos, el periodo resultara t = 1 μs, razón por la cual el tiempo de duración de cada bit será 0.5μs y ello implica una velocidad de modulación de 2MBaudios. Si consideramos que se trata de un solo canal y por ser la señal cuadrada tenemos 2 niveles, resulta que la velocidad de transmisión y la velocidad de modulación coinciden numéricamente, resultando la velocidad de transmisión VT = 2 Mbits/seg. Si ahora consideramos tener una señal cuya frecuencia es de 2MHz y aceptamos una distorsión, al igual que en el caso anterior, que permita despreciar a las señales más allá de la 5ª armónica, el ancho de banda resultará. f = 2MHz BW = 5 * 2MHz – 2MHz =10 MHz – 2 MHz = 8MHz En este caso la duración de cada bit es de 0.25 ms, por lo tanto, siguiendo el mismo razonamiento del caso anterior, la velocidad de transferencia resultara de 4 Mbits/seg.

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Si en un tercer análisis consideramos que la frecuencia de la señal es de 2MHz pero aceptamos una distorsión en la cual se desprecian las señales cuya frecuencia esté más allá de la tercera armónica, el ancho de banda resultará: f = 2MHz BW = 3 – 2MHz – 2 MHz = 4MHz y para la frecuencia dada la velocidad de transmisión es, igual que en el caso anterior, de 4 Mbits/seg. Del análisis anterior podemos obtener las siguientes conclusiones:  Para transmitir una señal sin deformación se requiere un ancho de banda infinito.  Todo medio de transmisión disminuye el ancho de banda, razón por la cual todas las señales sufren alguna deformación.  Cuanto mayor es el ancho de banda mayor es la velocidad de transmisión que puede obtenerse.  Cuanto mayor es la frecuencia de la señal, mayor es la velocidad de transmisión puesto que cada bit tiene un menor tiempo de duración y ello hace que sea posible enviar mayor cantidad de bits en el mismo tiempo.

Transmisión de datos. Los distintos tipos de transmisión de un canal de comunicaciones pueden ser de tres clases diferentes:  Simplex.  Duplex o Half-dúplex (o Semi-dúplex)  Full-Dúplex (o dúplex completo). SIMPLEX. En este caso el transmisor y el receptor están perfectamente definidos y la comunicación es unidireccional. Este tipo de comunicaciones se emplean usualmente en redes de radiodifusión, donde los receptores no necesitan enviar ningún tipo de dato al transmisor. Un ejemplo de servicio simplex es el que brindan las agencias de noticias a sus asociados.

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SEMI-DUPLEX. En este caso ambos extremos del sistema de comunicación cumplen funciones de transmisor y receptor y los datos se desplazan en ambos sentidos pero no simultáneamente. Este modo también se denomina en “dos sentidos alternos”, aludiendo al hecho de que las dos estaciones pueden transmitir alternativamente. Esto es comparable a un puente que tiene un solo carril y con circulación en los dos sentidos. Este tipo de transmisión se usa a menudo en la interacción entre las terminales y la computadora central. Mientras que el usuario introduce y transmite datos, la computadora central no podrá enviar datos a la terminal, ya que si no, éstos aparecerían en la pantalla de la terminal provocando confusión. Otro ejemplo, la conversación entre dos radioaficionados que están dialogando, pero donde uno espera que el otro termine de hablar para continuar el diálogo; nunca pueden ambos hablar simultáneamente. FULL-DUPLEX. En la transmisión Full-Dúplex las dos estaciones pueden simultáneamente enviar y recibir datos. Este modo se denomina “dos sentidos simultáneos” y es comparable a un puente que tuviera dos carriles con tráfico en ambos sentidos o la conversación telefónica entre dos personas se escucha y hablan simultáneamente. Para el intercambio de datos entre computadoras, este tipo de transmisión a más eficiente que la transmisión semi-duplex.

Para la señalización digital, en la que se requiere un medio guiado, la transmisión fulldúplex normalmente exige dos caminos separados (por ejemplo, dos pares trenzados), mientras que la transmisión semi-duplex necesita solamente uno. Para la señalización analógica, dependerá de la frecuencia: si una estación transmite y recibe a la misma frecuencia, utilizando transmisión inalámbrica se deberá opera en modo semi-duplex, aunque para medios guiados se puede operar en full-dúplex utilizando dos lineal de transmisión distintas. Si una estación emite en una frecuencia y recibe a otra, para la transmisión inalámbrica se deberá operar en full-dúplex. Para medios guiados se deberá optar por full-dúplex usando una sola línea

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Tipos de transmisión. TRANSMISION PARALELA. Todos los bits se transmiten simultáneamente, existiendo luego un tiempo antes de la transmisión del siguiente boque. Este tipo de transmisión tiene lugar en el interior de una maquina o entre maquinas cuando la distancia es muy corta. La principal ventaja de esto modo de transmitir datos es la velocidad de transmisión y la mayor desventaja es el costo. También puede llegar a considerarse una transmisión en paralelo, aunque se realice sobre una sola línea, al caso de multiplexación de datos, donde los diferentes datos se encuentran intercalados durante la transmisión. Cuando se usa la transmisión en paralelo, se emplean generalmente altas velocidades, dado que esa es precisamente, una de sus características más importantes: enviar más bits en menor tiempo posible. En estos casos las velocidades se miden en Bytes o caracteres por segundo. En general no se usa este tipo de transmisión, cuando las distancias superan las decenas de metros debido a que el tiempo de arribo de los bits difiere de una línea a otra, situación ésta que se agrava con el aumento de la distancia.

TRANSMISION SERIE. En este caso los n bits que componen un mensaje se transmiten uno detrás de otro por la misma línea a la salida de una maquina los datos en paralelo se convierten los datos en serie, los mismos se transmiten y luego en el receptor tiene lugar el proceso inverso, volviéndose a obtener los datos en paralelo. La secuencia de bits transmitidos es por orden de peso creciente y generalmente el último bit es de paridad. Un aspecto fundamental de la transmisión serie es la sincronía, entendiéndose como tal al procedimiento mediante el cual transmisor y receptor reconocen los ceros y unos de los bits de igual forma.

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La sincronía puede tenerse a nivel de bit, de byte o de bloque, donde en cada caso se Identifica el inicio y finalización de los mismos. La secuencia de los bits transmitidos se efectúa siempre al revés de cómo se escriben las cifras en el sistema de numeración binario. Cuando se transmite con bit de paridad, éste se transmite siempre al final de la cadena de datos. La transmisión en modo serie tiene dos procedimientos diferentes, el denominado síncrono y el asíncrono.

Técnicas de transmisión. En este capítulo estudiaremos la transmisión de datos serie; es decir, la transmisión de datos al través de un único camino, en lugar utilizar un conjunto de líneas en paralelo, muy usado en los dispositivos de E/S y en los buses internos de los computadores. En la transmisión serie, los elementos de señalización se envían a través de la línea de Transmisión de uno en uno. La transmisión de una cadena de bits desde un dispositivo a otro a través de una línea de transmisión implica un alto grado de cooperación entre ambos extremos. Uno de los requisitos esenciales es la sincronización, el receptor debe saber la velocidad a la que se están recibiendo los datos de tal manera que pueda muestrear la línea a intervalos constantes de tiempo para así determinar cada uno de los bits recibidos. Para determinar el valor binario en la recepción de los datos digitales, se realiza un muestreo de la señal por cada bit recibido. TRANSMISION ASÍNCRONA. La transmisión asíncrona consiste en evitar el problema de la temporización mediante el envío ininterrumpido de cadenas de bits que no sean muy largas en su lugar, los datos se transmiten enviándolos carácter a carácter, normalmente cada carácter tiene una longitud de 5 a 8 bits1. La temporización o sincronización se debe mantener durante la duración del carácter, ya que el receptor tiene la oportunidad de resincronizarse al principio de cada carácter nuevo.

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Cuando no se transmite ningún carácter, la línea entre el emisor y el receptor estará en estado de reposo es equivalente al elemento de señalización correspondiente al 1 binario. El principio de cada carácter se indica mediante un bit de comienzo que corresponde al valor binario 0, a continuación se transmite el carácter, comenzando por el bit menos significativo, que tendrá entre cinco y ocho bits. Normalmente, los bits correspondientes al carácter van seguidos de un bit de paridad, que ocupará por tanto la posición del bit más significativo. El bit de paridad se determina en el emisor de tal manera que el número de unos dentro del carácter, incluyendo el bit de paridad, sea par (paridad par) o impar (paridad impar), dependiendo del criterio que se elija. Este bit se usa en el receptor para la detección de errores; por último está el denominado elemento de parada, que corresponde a un 1 binario. Se debe especificar la longitud mínima del elemento de parada, y normalmente coincide con 1, 1.5 ó 2 veces la duración de un bit convencional. No se especifica un valor máximo debido a que el elemento de parada es igual que el estado de reposo, el transmisor transmitirá la señal de parada hasta que se vaya a transmitir el siguiente carácter

Si se envía una cadena de caracteres, la separación entre cada dos caracteres será uniforme e igual a la duración del elemento de parada. Por ejemplo, si el elemento de parada corresponde a 1 bit y se envía los caracteres ABC, con paridad par y transmisión de izquierda (primer bit) a derecha (último bit), el patrón de bits será: 01000001010010000101011000011111...111. El bit de comienzo (0) determinará la secuencia de temporización para los siguientes 9 elementos, que corresponden con un

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REDES INDUSTRIALES código de 7 bits, el bit de paridad y el bit de parada. En el estado de reposo, el receptor buscará una transición de 1 a 0 que indicará el comienzo del siguiente carácter y entonces muestreará, siete veces la señal de entrada, una vez por cada intervalo. A continuación buscará la siguiente transición de 1 a 0, lo que no ocurrirá antes del intervalo correspondiente a la duración de un bit. Este esquema no es muy exigente en cuanto a los requisitos de temporización. Por ejemplo, generalmente los caracteres se envían como unidades de 8 bits, incluyendo el bit de paridad. Si el receptor es un 5 por ciento más rápido o más lento que el emisor, el octavo muestreo estará desplazado un 45 por ciento, lo que significa que todavía es aceptable. La transmisión asíncrona es sencilla y barata, si bien requiere 2 o 3 bits suplementarios por cada carácter. Por ejemplo, en un código de 8 bits sin bit de paridad y con un elemento de parada de duración 1 bit, de cada 10 bits, 2 no contendrán información ya que se dedicarán a la sincronización; por tanto, los bits suplementarios llegan a un 20 por ciento. Por descontado que el porcentaje de bits suplementarios se podría reducir mediante la transmisión de bloques con más bits entre el bit de comienzo y el de parada. No obstante, cuanto mayor sea el bloque de bits, mayor será el error de temporización acumulativo. Para conseguir un mejor rendimiento se puede usar una estrategia diferente para la sincronización denominada transmisión síncrona. TRANSMISION SINCRONA. En la transmisión síncrona, se transmite un bloque de bits como una cadena estacionaria sin utilizar códigos de comienzo o parada. El bloque puede tener una longitud de muchos bits. Para prevenir la desincronización entre el emisor y el receptor, sus relojes se deberán sincronizar de alguna manera. Una posibilidad puede ser proporcionar la señal de reloj a través de una línea independiente. Uno de los extremos (el receptor o el transmisor) enviará regularmente un pulso de corta duración. El otro extremo utilizará esta señal a modo de reloj esta técnica funciona bien a distancias cortas, sin embargo a distancias superiores, los pulsos de reloj son susceptibles de las mismas dificultades y defectos que las propias señales de datos, por lo que pueden aparecer errores de sincronización. La otra alternativa consiste en incluir la información relativa a la sincronización en la propia señal de datos. Para la señalización digital, esto se puede llevar a cabo mediante la codificación Manchester o Manchester Diferencial. Para señales analógicas se han desarrollado a su vez diversas técnicas; por ejemplo, se puede utilizar la propia portadora para sincronizar al receptor usando la fase, en la transmisión síncrona se requiere además un nivel de sincronización adicional para que el receptor pueda determinar dónde está el comienzo y el final de cada bloque de datos.

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REDES INDUSTRIALES Para llevar a cabo esto, cada bloque comienza con un patrón de bits denominado preámbulo y generalmente termina con un patrón de bits de final. Además de los anteriores, se añaden otros bits que se utilizan en los procedimientos de control del enlace. Los datos, más el preámbulo, más los bits de final junto con la información de control se denomina trama. El formato en particular de la trama dependerá del procedimiento de control del enlace que se utilice.

En la figura se muestra, en términos generales, un formato típico para una trama de una transmisión síncrona. Normalmente, la trama comienza con un preámbulo denominado delimitador de 8 bits. El mismo delimitador se utiliza igualmente como indicador del final de la trama. El receptor buscará la aparición del delimitador que determina el comienzo de la trama. Este delimitador estará seguido por algunos campos de control, el campo de datos (de longitud variable para la mayoría de los protocolos), más campos de control y por último, se repetirá el delimitador indicando el final de la trama. Para los bloques de datos que sean de suficiente tamaño, la transmisión síncrona es mucho más eficiente que la asíncrona. La transmisión asíncrona requiere un 20 por ciento o más de bits suplementarios. La información de control, el preámbulo y el final son normalmente menos de 100 bits. Puerto serie. El puerto serie tiene como ventaja la facilidad del cableado en la comunicación, tan sólo son necesarios dos hilos para establecer la comunicación: uno de transmisión y otro de masa. En caso de comunicación en los dos sentidos necesitaríamos otro cable más de recepción. El puerto serie se utilizó inicialmente para conectar el PC a un módem. En esta conexión, al PC se le denomina DTE/ETD (Data Terminal Equipement o Equipo Terminal de Datos) y al módem se le denomina DCE/ETCD (Data Comunication Equipement o equipo de terminación de circuito de datos). Otra ventaja de la comunicación serie es que desde los años sesenta no ha cambiado prácticamente nada la configuración y los protocolos de comunicación del puerto serie, por lo que todas las conexiones a través del puerto serie cumplen con la norma RS-232 (Recommended Standard) de ElA (Electronic Industries Association). Renombrada como EIA-232 en el año 1991, aunque sigue utilizándose

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REDES INDUSTRIALES mayoritariamente la denominación primera, ya que está muy arraigada. En el ámbito internacional es definida por CCITT ahora denominada UIT-T, como la recomendación V.24. Todas estas normas son las recomendaciones funcionales. La comunicación serie es asíncrona, y los datos enviados son los encargados de sincronizar al receptor con respecto al emisor. La Figura muestra el esquema del protocolo de comunicación que comentamos a continuación. A cada byte de información a transmitir se le añaden una serie de bits fijos de señalización para marcar el comienzo (bit de inicio o START) y el final de cada byte (bits de parada o STOP). El transmisor y el receptor utilizan bases de tiempos diferentes que se mantienen sincronizadas mediante el bit de arranque de cada byte.

Los aspectos más importantes de la norma V24, que define las características funcionales, se complementan con la norma V.28 de las características eléctricas y la ISO 2110 de las mecánicas, estando casi siempre asociadas en la definición del interface de que se trate. Veamos a continuación cada uno de ellos: Mecánicos. La interconexión se efectúa mediante dos conectores de 25 patillas, tipo DB25, siendo macho el que incorpora el DTE/ETD (PC) y hembra el del DCE/ETCD (módem), aunque algunas veces este criterio se puede contravenir (en la figura 4.5 se muestra uno). De los 25 polos en la práctica sólo se utilizarían 9, por lo que se redujo al conector DB9. Mediante un cable, plano o redondo, se conecta cada una de las patillas, constituyendo cada conexión un circuito de enlace, identificado por un número determinado.

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Eléctricos. Las características eléctricas se describen con todo detalle en las recomendaciones V.10, V. 11 y V28, cada una específica para un tipo de aplicación.  V.10 Circuitos de enlace asimétricos para uso con equipos que emplean tecnología de circuitos integrados y funcionan a velocidades entre 20 y 100 kbit/s.  V.11 Circuitos de enlaces asimétricos para uso con equipos que emplean tecnología de circuitos integrados y funcionan a velocidades hasta 10 Mbit/s.  V.28 Circuitos de enlaces asimétricos para uso con equipos que emplean tecnología de circuitos discretos y funcionan a velocidades inferiores a 20 kbit/s. La V.28 es la adoptada por la mayoría de los módem, que define una velocidad de transmisión de hasta 20 Kbit/s y una longitud máxima de 15 metros (50 pies). Las señales eléctricas se definen entre +3 y + 15 voltios para el estado activo y entre -3 y -15 voltios para el estado no activo. Los fabricantes utilizan tensiones de + 5 y -5 voltios o bien + 12 y -12 voltios. Funcionales. Los circuitos necesarios para establecer el diálogo entre los equipos son los siguientes sus funciones y asignación de patillas. RS-232-C Standard (DB25)

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Normalmente, en un enlace no se emplean todos los circuitos, sino que se hace uso de un número limitado de ellos, que varía en función de que sea una transmisión asíncrona o síncrona y de que los equipos conectados posean mayor o menor grado de inteligencia para efectuar el control de la transmisión mediante el propio protocolo lógico, sin necesidad de control físico. A continuación se definen los circuitos de enlace y sus funciones:  Circuito 102 - Tierra de señalización o retorno común: Este conductor establece el retorno común para los circuitos de enlace asimétricos que siguen la Recomendación V.28 y el potencial de referencia en corriente continua para los circuitos de enlace definidos en las Recomendaciones V. 10, V. 11 y V35.  Circuito 102a - Retorno común del ETD: Este conductor se conecta al retorno común del circuito del ETD usándose como potencial de referencia para los receptores de circuitos asimétricos, del tipo VIO, del ETCD. 

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REDES INDUSTRIALES  Circuito 102b - Retorno común del ETCD: Este conductor se conecta al retorno común del circuito del ETCD usándose como potencial de referencia para los receptores de circuitos asimétricos, tipo V.I0, del ETD.   Circuito 102c - Retorno común: Este conductor establece el retorno común de la señal para circuitos de enlace de corriente simple, cuyas características eléctricas son conforme a la Recomendación V.31.  Circuito 103 - Transmisión de datos: Este es el circuito utilizado para transferir las señales generadas en el ETD hacia el ETCD.  Circuito 104 - Recepción de datos: Este es el circuito utilizado para transferir las señales procedentes del ETCD hacía el ETD.  Circuito 105 - Solicitud de transmitir: Señales que controlan la función de transmisión por el canal de datos del ETCD. Si se encuentra activo el ETCD entrará en modo de transmisión hasta que dicha señal pase a estado de desactivada.  Circuito 106 - Preparado para transmitir: Las señales transmitidas por este circuito indican al ETD que el ETCD está preparado para aceptar señales de datos para su transmisión por el canal de datos o con fines de prueba y mantenimiento.  Circuito 107 - Equipo de datos preparado: Estas señales indican si el ETCD está dispuesto para funcionar; si se encuentra activada indica que el convertidor de señal o equipo similar está conectado a la línea y el ETCD preparado para intercambiar señales de control con el ETD para iniciar la transferencia de datos.  Circuito 108.1 - Conexión del ETD a la línea: Las señales transmitidas por este circuito controlan la conexión o desconexión a la línea del conversor de señales.  Circuito 108.2 - Terminal de datos preparado: Si esta señal se activa el ETCD se preparará para conectar a la línea el conversor de señal, y mantiene esta conexión después de que se ha establecido por medios suplementarios. El estado desactivado tiene por efecto que el ETCD desconecte de la línea el equipo de conversión de señales, una vez completada la transmisión a la línea de todos los datos entregados.  Circuito 109 - Detector de señales de línea recibidas por el canal de datos: Las señales transmitidas por este circuito indican si las señales de línea recibidas por el canal de datos están o no dentro de los límites especificados. Si se encuentra activada indicará que la señal recibida es apropiada; en caso contrario que se encuentra fuera de los límites definidos.  Circuito 110 - Detector de calidad de la señal de datos: Señales que indican si existe o no cierta probabilidad de error en los datos recibidos. La calidad de la señal se ajusta a la Recomendación pertinente sobre el ETCD.  Circuito 111 - Selector de velocidad binaria (procede del ETD): Las señales transmitidas por este circuito se utilizan para seleccionar una de las dos velocidades binarias (de señalización) de un ETCD dual, ya sea síncrono o asíncrono. Si está activada se selecciona la velocidad más alta, y la más baja si está desactivada.

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REDES INDUSTRIALES  Circuito 112 - Selector de velocidad binaria (procede del ETCD): Las señales transmitidas por este circuito se utilizan para la selección de la velocidad binaria en el ETD, en función de la utilizada por un ETCD síncrono o asíncrono. Si está activada se selecciona la velocidad más alta; y la más baja si está desactivada.  Circuito 113 - Temporización para los elementos de señal en la transmisión (procede del ETD): Señales que proporcionan al ETCD la temporización para los elementos de señal. La condición de activado/desactivado debe de mantenerse por periodos de tiempo iguales.  Circuito 114 - Temporización para los elementos de señal en la transmisión (procede del ETCD): Señales que proporcionan al ETD la temporización para los elementos de señal. La condición de activado/desactivado debe de mantenerse por periodos de tiempo iguales.  Circuito 115 - Temporización para los elementos de señal en la recepción (procede del ETCD): Señales que proporcionan al ETD la temporización para los elementos de señal. La condición de activado/desactivado debe mantenerse por periodos de tiempo iguales, y la transición de activado a desactivado indicará la posición del centro de cada una de las señales del circuito 104.  Circuito 118 - Transmisión de datos por el canal de retorno: En las transmisiones realizadas por el canal de retorno este circuito es equivalente al 103.  Circuito 119 - Recepción de datos por el canal de retorno: En las transmisiones realizadas por el canal de retorno este circuito es equivalente al 104.  Circuito 120 - Petición de transmisión por el canal de retorno: Señales que controlan la función de transmisión por el canal de datos (de retorno) del ETCD. Es equivalente al circuito 105. Si se encuentra activo el ETC13 entrará en modo de transmisión hasta que dicha señal pase a estado de desactivada.  Circuito 121 - Canal de retorno preparado: Las señales transmitidas por este circuito indican al ETD que el ETCD está preparado para aceptar señales de datos para su transmisión por el canal de datos (de retorno) o con fines de prueba y mantenimiento. Es equivalente al circuito 106. Si se encuentra activo el ETCD puede transmitir datos por el canal de retorno; si está desactivada no puede hacerlo.  Circuito 122 - Detector de señal de línea recibida por el canal de retorno: Este circuito es equivalente al 109, pero con la diferencia de que se utiliza para indicar si la señal de línea recibida por el canal de retorno se encuentra dentro de los límites especificados.  Circuito 125 - Indicador de llamada. Señales que indican si el ETCD: Está recibiendo algún tipo de señal de llamada. Tipos de cables y enlaces. Existen infinidad de tipos de cables serie, en función del tipo de conexión y del protocolo que se haya implementado, por tanto necesitaremos recurrir normalmente a la documentación del fabricante para construir el cable que nos permita conectarnos con un

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REDES INDUSTRIALES periférico. Hay que poner especial cuidado en el tipo de conector, pues las patillas de la norma no se corresponden entre un conector DB9 y un conector DB25. El cable de conexión original se utilizó para conectar un ordenador (DTE) con un módem externo (DCE).

Cuando se desea conectar dos DTE entre sí (por ejemplo, para conectar dos ordenadores, o para conectar un ordenador con un autómata) se utiliza un cable denominado null módem, el nombre lo recibe porque de lo que se trata es de anular el módem (DCE) pues conectaremos los dos DTE directamente mediante un cable NULL MÓDEM (1).

Como se observa en el NULL MÓDEM (1), las líneas DTR y RTS están realimentadas a las líneas DSR/CD por un lado y CTS por otro. Esto hace que cuando el DTE activa DTR y RTS recibe respuesta inmediata de preparado (DSR y CTS) por parte de un DCE que realmente no existe. Este cable no permite conocer si en el otro extremo hay o no un dispositivo conectado.

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En el cable NULL MÓDEM (2), las líneas DTR/DSR y RTS/CTS están cruzadas entre ambos DTE, esto permite que cada DTE sepa si el otro extremo está ya conectado, además permite implementar un control de flujo hardware. Cuando cualquiera de los dos DTE activa las líneas RTS/DTR, está informando al extremo opuesto que ya está preparado para transmitir o recibir datos.

Como se observa en el cable para impresora en serie, sólo se utiliza la transmisión en un sentido; se utiliza control de flujo hardware mediante las líneas DTR/DSR. El siguiente cable se utiliza para conectar un PC por el puerto serie, a un puerto serie RS232C de los autómatas programables de la marca Ornron. Se representa el conector de Omron. Se pueden realizar conexiones uno-a-uno mediante el puerto RS-232C para conectar dos autómatas mediante la siguiente configuración.

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El siguiente cable se utiliza para conectar un PC por el puerto serie, a una unidad de enlace LK201 de los autómatas programables de la marca Omron. Para realizar programas de comunicaciones con un solo ordenador podemos utilizar el cable loopback como el siguiente: Este cable LOOPBACK realmente es un conector que permite que un DTE transmita datos y los reciba por el mismo puerto. Si conectamos un LED en serie en el cable que va de la señal TX a RX podremos monitorizar los bits que transmitimos/recibimos. Existen además en el mercado unos dispositivos denominados monitores de puerto serie que disponen de un LED por cada línea del puerto y que permiten monitorizar tanto las líneas de control como las líneas de datos.

Otras posibles conexiones de null módem son las siguientes:

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Los tipos de enlaces posibles, a través de un puerto serie podemos hacer una comunicación punto a punto: simplex, half-duplex y full-duplex.

Norma rs-485. La norma RS-485 se encuentra normalizada en la norma ISO 8482.1993. Esta norma presenta varias ventajas sobre la norma RS-232.  Bajo coste. La conexión se realiza mediante dos hilos, además la diferencia de tensión necesaria es de tan sólo 1,5 voltios en contraste con los 5 voltios que requiere la norma RS-232, haciendo que los circuitos puedan ser alimentados con 5 voltios.  Enlaces largos: Una conexión RS-485 puede tener una extensión de 1.200 metros.  Posibilidad de red. La norma RS-232 permite conectar únicamente dos dispositivos para establecer una comunicación punto a punto, mientras que la norma RS-485 permite conexiones multipunto de hasta 32 nodos con posibilidad de aumentar a 256 nodos sobre un cable con dos hilos.  Velocidad. Se pueden alcanzar velocidades de hasta 10 Mb/s. CARACTERÍSTICAS. La norma RS-232 sólo permite enlaces punto a punto entre dos nodos, las comunicaciones que se pueden establecer son del tipo simplex, half-duplex o full-duplex. La norma RS-485 permite enlaces multipunto o multinodo (más de 2 nodos) mediante la conexión de un bus de dos hilos entre todos los nodos para formar una red con topología

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REDES INDUSTRIALES física en bus. Todos los nodos pueden escuchar el medio, pero sólo uno de ellos puede transmitir en un mismo instante, se trata por tanto de comunicaciones half-duplex.

La señal que se transmite está balanceada, al contrario que en la norma RS-232 donde no lo está. Esto quiere decir que se utiliza la diferencia de potencial entre los dos hilos para establecer el nivel lógico que hay en la línea; no se trata por tanto de una señal referida a masa.

Las señales balanceadas son mucho más inmunes al ruido eléctrico, debido a que las interferencias se acoplan por igual a los dos hilos y, por tanto, su diferencia es cero. Esta inmunidad al ruido eléctrico las hace ideales para entornos industriales. Si utilizamos un cable en par trenzado mejoraremos aún más la inmunidad al ruido. El módulo de la tensión diferencial VA -VB debe de encontrarse entre 1,5 y 6 voltios; la sensibilidad es de 0,2 voltios. Se considera “1” lógico cuando la tensión VA es 0,2 voltios mayor que la tensión VB, se considera “0” lógico cuando la tensión VB es 0,2 voltios mayor que VA. La figura siguiente muestra la señal típica RS-485; se ha dibujado la señal en la línea asumiendo una tensión base de 3 voltios. Obsérvese que la tensión VAB tiene un valor de pico a pico de 6 voltios.

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La norma establece que el número de nodos será de 32, pero con receptores de alta impedancia se pueden alcanzar los 256 nodos. Los adaptadores RS-485 utilizan típicamente una fuente de alimentación de 5 voltios. Cada nodo del enlace dispone de un adaptador. La línea de control TX/RX ENABLE controla el modo de funcionamiento del nodo; cuando la línea tiene un cero el nodo puede escuchar el tráfico en la línea; cuando la línea de control se pone a uno el nodo puede transmitir. Tipos de enlaces. Los enlaces RS-485 se pueden utilizar en comunicaciones punto a punto cuando se desea alcanzar mayor velocidad o abarcar una distancia mayor que la soportada por la norma RS-232. Se pueden establecer enlaces simplex o half-duplex mediante dos hilos.

Si se desea establecer una conexión punto a punto de tipo full-duplex es necesario utilizar adaptadores de RS-485 con doble circuito de salida. En este enlace, un canal se utiliza en un sentido y el otro en sentido contrario.

Si se utiliza una conexión RS485 para un enlace punto a punto no se podrán utilizar las líneas de control de flujo de la norma RS-232, ya que estas líneas no están disponibles en

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REDES INDUSTRIALES el enlace, sin embargo, sí es posible utilizar un control de flujo software por XON/XOFF para controlar el flujo entre los dos nodos enlazados. Si deseamos realizar un enlace multinodo tendremos que recurrir a alguna de las técnicas de medio compartido (paso de testigo, contienda, sondeo, etc.), ya que no es posible la transmisión simultánea por parte de dos o más nodos.

Cuando se utilizan adaptadores de doble circuito es posible sustituir un enlace RS-232 por otro RS-485 sin modificar el protocolo de comunicaciones. Ésta es otra de las ventajas de esta norma: es transparente para el programador. Para que el software desarrollado para RS-232 funcione en un enlace RS485 sólo es necesario instalar un adaptador RS-232 a RS-485 en cada nodo y los cables adecuados. También es posible utilizar los adaptadores de doble circuito para formar un enlace multinodo full-duplex. En esta configuración, un nodo transmite al resto de los nodos a través de un canal y recibe de todos ellos a través de otro canal distinto. En esta configuración se puede utilizar control de acceso al medio mediante maestro-esclavo: uno de los nodos (por ejemplo el nodo 0) se encarga de gestionar qué nodo tiene permiso para transmitir mediante el envío del mensaje correspondiente a través del canal 1, de este modo, todos los nodos esclavos pueden escuchar las órdenes que les envía el nodo maestro. Cuando un nodo tiene permiso para transmitir puede utilizar el canal 2 para enviar el mensaje al nodo maestro que lo retransmitirá al nodo destino. Todo el tráfico de red pasa, por tanto, por el nodo maestro al igual que en una topología en estrella.

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La corriente que se utiliza en el enlace depende del tipo de cable y resistencias termínales que se dispongan, normalmente en los dos extremos de un enlace RS-485 multinodo se dispone de dos resistencias de 120Ω conectadas entre los cables A y B que son vistas como una única resistencia de 60Ω de forma similar a las resistencias terminales. El valor de esta resistencia debe coincidir con la impedancia característica Z0 del cable utilizado para evitar reflexiones en los extremos de la línea. En algunos enlaces de poca longitud y velocidad, es posible eliminar esta resistencia sin que el enlace se vea afectado.

Conversores RS-232 a RS-485. Existen en el mercado gran variedad de conversores RS-232 a RS-485. La mayoría de ellos son externos y se pueden conectar directamente al puerto serie del ordenador. Estos conversores en el extremo que se conecta al PC tienen un conector DB-9 o DB-25 y en el otro extremo pueden disponer de una gran variedad de terminales: conectores RJ11, RJ45, DB-9, DB25, etc. Se utilizan tres líneas del DTE, la línea de salida de datos TX, la línea de entrada de datos RX y la línea de control RTS para habilitar o no la transmisión. Cuando RTS está a “0” el DTE puede transmitir, cuando está a “1” el DTE puede recibir. Por ejemplo el cable de asignación PC / PPI (PC norma RS-232 y PPI norma RS-485) con conector DB-9:

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NORMA RS-422. La norma RS-449 representa un considerable avance al permitir distancias y velocidades mucho mayores: 1.200 metros y hasta 10 Mbit/s en el caso de señales balanceadas (RS-422) o 40 kbit/s en el caso contrario (RS-423). Emplea un conector de 37 patillas para el canal principal y uno de 9 para el secundario. Presenta una gran inmunidad frente al ruido.

La norma RS-449 define la conexión mecánica y funcionalmente, mientras que las características eléctricas de la misma están contenidas en las normas RS-422, para circuitos equilibrados, y la RS-423, par circuitos no equilibrados. Otra diferencia respecto a la RS-232 es que al estar el margen de tensiones situado en la banda comprendida entre ±0,2 y ±6 voltios.

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El PLC de Omron utiliza la siguiente configuración para comunicar dos autómatas con una tarjeta LK-202 con el conector RS-422 de 9 pines:

Norma RS-422 frente a RS-485. La norma RS-422 fue diseñada para permitir mayores distancias y velocidades de transmisión que la norma RS-232, sus características son similares a las de la RS-485: ambas utilizan tensiones balanceadas y permiten alcanzar similares distancias y velocidad. La principal diferencia entre ambas es que la norma RS422 fue diseñada para comunicaciones punto a punto mientras que la norma RS-495 permite realizar comunicaciones multínodo. La norma RS-485 permite utilizar el método de acceso por contienda: cuando dos nodos transmiten a la vez y se distorsiona la información en el bus es posible recuperar el error. La norma RS-422 no permite este método de acceso ya que la transmisión simultánea de dos o más nodos podría provocar errores hardware en los adaptadores. Por este motivo, si se utiliza la RS-422 se suele implementar normalmente mediante cuatro hilos. La

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REDES INDUSTRIALES norma RS-485 en cambio sólo requiere de dos hilos para formar una red semiduplex, aunque puede utilizarse con 4 hilos en duplex.

Puerto Paralelo. La característica más relevante del puerto paralelo es que es capaz de transmitir 8 bits de datos simultáneamente a través de 8 líneas en paralelo. La distancia máxima del cable es de 2 a 4 metros lo que reduce mucho su ámbito de aplicación, a cambio, la velocidad de transferencia puede ser mucho mayor que la de un puerto serie. El inconveniente es que resulta más caro. Las señales eléctricas que se utilizan son el lógica positiva: 0 voltios para “0” y 5 voltios para “1” lógico.

El puerto paralelo en los PC se presenta siempre como un conector DB-25 hembra. La norma IEEE 1284 define 3 tipos de conectores:  Tipo A: se corresponde con el clásico conector DB25 macho (PC), 25 pines.

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REDES INDUSTRIALES  Tipo B: se corresponde con al conector CENTRONICAS que se suele conectar a la impresora, posee 36 pines.  Tipo C: conector nuevo que se utiliza en algunos dispositivos de 36 pines

En este conector:  8 líneas (pines) son para salida de datos (bits de DATOS). Sus valores son únicamente modificables a través de software, y van del pin 2 (dato 0, D0) al pin 9 (dato 7, D7).  5 líneas son de entrada de datos (bits de ESTADO), únicamente modificables a través del hardware externo. Estos pines son: 11, 10, 12, 13 y 15, del más al menos significativo.  4 líneas son de control (bits de CONTROL), numerados del más significativo al menos: 17, 16, 14 y 1. Habitualmente son salidas, aunque se pueden utilizar también como entradas y, por tanto, se pueden modificar tanto por software como por hardware.  Las líneas de la 18 a la 25 son la tierra. En la siguiente tabla se detallan la nomenclatura y descripción de cada línea. La columna "Centronics pin" se refiere a las líneas del conector tipo Centronics usado en las impresoras. La columna E/S se refiere al dato visto desde el lado del PC.

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Conectar dos ordenadores mediante el Puerto Serie. Se puede conectar dos ordenadores por puerto Serie en entorno Windows para comprobar un cable Null Modem, sin utilizar software ajeno al Sistema Operativo, esto es de gran utilidad para pasar ficheros de un PC a otro cuando algunos de los S.O. no soporta DCC (Conexión Directa por Cable), por ejemplo Windows NT 4.0, o no se dispone de tarjeta de red. Para ello deberemos disponer de un cable serie Null Modem (Modem Nulo), que preparamos en la actividad anterior, según sea el DB9 o DB25. Luego deberemos tener iniciar el programa Hyperterminal que viene instalado en Windows XP (en Windows 7 podemos descargar la aplicación Hyperterminal del internet), para iniciar el programa con pulsamos Inicio/ Accesorios /Comunicaciones/ Hyperterminal (En ambos equipos iniciamos el Hyperterminal) La conexión es visible en ambos equipos, el intercambio de información se realiza de forma bidireccional, es decir, el host manda información al invitado y viceversa. Si decidimos cambiar la tipografía de nuestra conexión (Archivo>Propiedades>Configuración>Configuración ASCII) tenemos que cerciorarnos que dicha topografía sea compatible 100% con el idioma utilizado, es decir, en nuestro caso tenemos que utilizar una topología que contenga acentos, etc. En este tipo de conexión no hace falta definir qué equipo es el host y que equipo es el invitado ya que nuestro software lo define automáticamente, identifica como host el primer equipo que se conecte. Para realizar la conexión seguiremos el siguiente procedimiento:  Una vez abierto seleccionamos un nombre de conexión y aceptamos.

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 Ahora deberemos elegir un Puerto Serie que tengamos libre, normalmente COM 1 (si empleamos adaptador USB-RS232 elegimos COM3).

 Configuramos el puerto Serie en la ventana de propiedades.

 Después de realizar la configuración, se abrirá una nueva conexión abriéndose el Hyperterminal.

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REDES INDUSTRIALES  Desde el equipo que vamos a enviar pulsamos en la pestaña Transferir y seleccionamos Enviar y elegimos el fichero a transferir y configurar en ambos el mismo de protocolo de transmisión, se recomienda Zmodem.

 En el equipo que va recibir pulsamos en Transferir, seleccionamos Recibir y elegimos el directorio en el cual va a ser recibido

Ventajas del Hyperterminal:  Se puede conversar fluidamente entre ambos equipos.  Se puede visualizar el envío de archivos.  Conexión mucho más sencilla, con sólo un botón.  Dispone de una interfaz amigable. Desventajas del Hyperterminal:  La comunicación resultar un poco más compleja.  Configurado a distintas velocidades no responde adecuadamente. Para la realización de estas pruebas, utilizamos una velocidad de 115.200 Bps, que no era el máximo marcado en las configuraciones, pero si el máximo con el que la conexión era realizable.

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TAREA 2: DETERMINA LOS PRINCIPALES PROTOCOLOS DE COMUNICACIÓN INDUSTRIAL. Cuando un proceso se realiza sin la intervención humana decimos que se trata de un proceso automatizado la automatización permite la eliminación “total” o parcial de la intervención del hombre. Los automatismos son dispositivos de realizar tareas sin la intervención humana. Algunas máquinas coma las lavadoras tienen programadores y las ordenes que proporcionan se llaman programas tipos de automatización. En la actualidad existen diversas maneras de automatizar un proceso o realizar un trabajo y estas soluciones varían dependiendo del entorno, recursos, capacidades técnicas, personal, entre otros aspectos importantes. Por otro lado las alternativas también son muy variadas y van desde el uso de fuentes de energía tales como la hidráulica, eléctrica y la neumática, se mencionaran algunos de los motivos por los cuales la neumática es beneficiosa. Equipos y Materiales:  Computador Pentium 4 o superior.  Sistema operativo Windows XP o superior.  Transmisor de Presión, Temperatura.  Modem HART.  Programa de Automatización Industrial Pactware.  Un Instrumento HART Comunicator. Orden de Ejecución:  Instalación del programa de Instrumentación Industrial en la computadora.  Implementación de las tareas y comprobación del correcto funcionamiento de las tareas.

Instala un transmisor en un Proceso Industrial. En esta actividad vamos a realizar la instalación y configuración de un transmisor en un proceso industrial, para nuestras actividades escogimos un transmisor para medir presión y otro de temperatura, ambos son instrumentos inteligentes con la capacidad de comunicación, el protocolo de comunicación manejado por estos instrumentos es HART, para configurarlos y leer los datos que transmiten emplearemos un Modem HART y un HART Comunicator que además tienen la capacidad de comunicarse a un computador (Workstation) mediante un programa denominado Pactware.

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REDES INDUSTRIALES MODEM HART. Es un dispositivo que puede leer los datos enviados por un instrumento inteligente en el protocolo de comunicación HART y mediante su interfaz RS232 recibir los datos de la variable de proceso mediante el PACTWARE.

PROCEDIMIENTO: Instalaremos el programa de instrumentación Industrial Pactware 4.0 en la computadora, este programa permitirá comunicarnos con el Modem HART. El programa podemos descargarlo desde el siguiente enlace: http://www.microflx.com/HART_Software_Links.htm 4. Abrir la carpeta que contiene el instalador del programa Pactware, haremos clic en la aplicación Setup, se abrirá una ventana en la que seleccionaremos el idioma

5. Seleccionaremos el tipo de instalación, con esta configuración se descargaran los archivos del programa Pactware.

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6. En la ventana siguiente se especifica la ruta de descarga para los drivers genéricos ICS Generic HART, específicamente los drivers FDT 1.2 DTM.

7. Un DTM es una librería que cada fabricante de instrumentos proporcionará para sus equipos, si no se instala esta librería en la computadora el modem HART no podrá establecer comunicación con el Pactware.

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REDES INDUSTRIALES 8. Finalizamos la instalación del programa, en los pasos siguientes procedemos a realizar la instalación del modem HART.

9. Preparar el modem HART para su instalación, en nuestro caso emplearemos modem que tiene un conector RS232.

un

10. Conectar el modem en un puerto COM de la computadora, si la PC tiene puerto COM integrado a la placa madre, es probable que presente algunos problemas con la lectura de datos, es recomendable instalar una tarjeta externa.

11.

Inicializamos el programa Pactware.

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12. Agregamos un dispositivo de comunicación en la ventana de proyecto.

13. Instalaremos un dispositivo de tipo COM1, el cual será reconocido como modem HART conectado al puerto de comunicaciones serie de la computadora configurado como Maestro Primario, el cual tendrá la dirección 0. La dirección del instrumento será 0 por defecto y en el caso que solo examinemos un instrumento en el proceso, si existiera más de un instrumento conectado en red (Multipunto) debemos proporcionarle a cada instrumento una dirección distinta llegando a un máximo de 15.

14. Después de realizar la configuración, procedemos a establecer la comunicación entre la computadora (Workstation) y el instrumento (realizaremos los pasos anteriores cada vez que nos comuniquemos con un instrumento distinto).

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15. Estableceremos la comunicación con el instrumento, se nos mostrara una ventana de progreso de comunicación.

16. Observaremos en la barra de estado del programa que cuando exista problemas de comunicación el icono de comunicación se mostrara en color rojo, si la comunicación es correcta se mostrara como en la figura siguiente.

Configura un transmisor en un proceso industrial. En esta actividad vamos a realizar la instalación y configuración de un transmisor en un proceso industrial, para nuestra actividad empleamos un transmisor para medir presión y otro de temperatura, ambos son instrumentos inteligentes con la capacidad de comunicación, el protocolo de comunicación manejado por estos instrumentos es HART, para configurarlos y leer los datos que transmiten emplearemos un Modem HART y un HART Comunicator que además tienen la capacidad de comunicarse a un computador (Workstation) mediante un programa denominado Pactware. TRANSMISOR. Los transmisores digitales digitalizan la señal análoga medida y utilizan un microprocesador. La señal analógica al ingresar al transmisor es digitalizada con un ADC. Debido al tiempo necesario para cuantificar una señal, los instrumentos digitales no realizan una medición continua, sólo se toman muestras (samples) de la señal. Existen transmisores inteligentes que al poseer un microprocesador realiza funciones que no hacen los analógicos: linealiza, compensa en función de otra variable medida, uno de

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REDES INDUSTRIALES ellos es el transmisor SMART en el que su salida es analógica de 4 a 20 mA, y se puede comunicar con un "hand-held"(HART comunicator) usando modulación en la salida. CARACTERÍSTICAS.  Son flexibles en sus funciones: disponen de más funciones, por la facilidad de la manipulación de números por un microprocesador. Las funciones pueden ser modificadas o ampliadas cambiando el firmware  La salida analógica de 4 a 20 mA es independiente del circuito de medida, su rango puede ser distinto al del instrumento.  La calibración e Idealización son realizados digitalmente.  Las técnicas digitales de acondicionamiento son más poderosas.  Compensa del drift del sensor con la ayuda de un sensor de temperatura.  Mayor exactitud.  Mayor rangeabilidad.  Autodiagnóstico.  Capacidad de comunicación, como en los instrumentos smart y digitales.

PROCEDIMIENTO: Instalaremos el Transmisor de Presión modelo LD301 de la marca SMAR y leeremos sus parámetros y realizaremos su configuración mediante El programa Pactware

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1. Verificar las características técnicas del Transmisor de Presión modelo LD301, podemos observar que demás de tener la capacidad de comunicación digital el transmisor puede enviar señales analógicas de 4 a 20mA, esta señal analógica varia de manera proporcional a la cantidad de presión ( Valor mínimo 4mA y valor máximo 20mA )

2. Conectar una fuente de 24VDC para alimentar al transmisor y en serie al circuito una resistencia de 250 ohmios.

3. Luego realizaremos le conexión de resistencia de 250ohmios.

los terminales del modem en paralelo a la

4. Podemos emplear una compresora para generar señales de prueba y verificar las lecturas registradas por el transmisor, instalar en el transmisor un adaptador para poder conectar una manguera al compresor de aire.

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5. Retirar la tapa posterior del Transmisor y conectar los terminales del modem a COMM TEST, estos terminales son las salidas de datos analógicos o digitales, la mayoría de transmisores inteligentes poseen esta salida de comunicación que pueden soportar protocolos como HART, PROFIBUS, CAN, etc.

6. Finalmente instalaremos el modem HART a la computadora (Workstation).

7. Después de instalar los equipos procedemos a la instalación del DTM para el transmisor LD301 de la marca SMAR. Por cada nuevo transmisor que instalemos se debe instalar su DTM (driver), para nuestro equipo será SMAR Device Library.

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8. Cuando se realice el proceso de instalación observaremos que se instalaran una serie de librerías dentro de las que se encuentra la necesaria para transmisor.

9. Iniciamos el programa Pactware.

10. Agregaremos un nuevo dispositivo en la venta de proyecto.

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11. Configuramos la interface de comunicación y el puerto de comunicación serial, otro parámetro que debemos tener en cuenta es la dirección del dispositivo, la dirección por defecto será 0 cuando examinamos un dispositivo, esta dirección puede variar en el caso de configurar más de un instrumento en red.

12. Después de crear la conexión COM1 procedemos a establecer comunicación con el modem HART.

13. Como paso siguiente agregaremos un nuevo dispositivo.

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14. En la ventana de instalación de dispositivo seleccionamos el LD301 de la marca SMART, luego presionamos el botón aceptar.

15. El dispositivo se encuentra instalado, ahora debemos establecer comunicación con el transmisor.

16. Después de conectar el dispositivo, procedemos a leer los parámetros en línea del instrumento.

17. Se abrirá una ventana de Parametraje en Línea, en ONLINE PARAMETRIZE exploramos la opción Configuration/ Measurement podemos observar en que unidad de medida trabaja el instrumento además los parámetros mínimo (Lower) y máximo (Upper) de la medida de presión.

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18. Explorando la opción Configuration/ Display podemos configurar la variable que se mostrara en el display (pantalla) del instrumento, es posible agregar un segundo parámetro (en nuestro caso mediremos presión y el porcentaje de la variable del proceso).

19. Toda configuración o modificación en el instrumento podremos verificarla después de unos instantes en el instrumento.

20. Explorando la opción General/Multidrop podemos configurar la dirección que tendrá el instrumento cuando sea configurado en una red multipunto.

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21. Finalmente después de realizar las modificaciones para que estas sean grabadas en la memoria del instrumento ejecutamos la opción “escribir datos en el instrumento”, en la propiedades del instrumento LD301.

Instala un HART Comunicator en un Proceso Industrial. En esta actividad vamos a realizar la instalación y configuración de un HART Comunicator en un proceso industrial, este instrumento se instalara en el puerto de comunicación de un Transmisor, este a su vez pude estar instalado directamente en el proceso, la ventaja de emplear este dispositivo está en su reducido tamaño comparándolo con una computadora personal (Workstation), ambos son instrumentos inteligentes con la capacidad de comunicación, el protocolo de comunicación manejado por estos instrumentos es HART. HART COMUNICATOR. Es un dispositivo PORTATIL que puede leer los datos enviados por un instrumento inteligente en el protocolo de comunicación HART y mediante su interfaz RS232 recibir los datos de la variable de proceso mediante el PACTWARE.

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PROCEDIMIENTO. 1. Instalaremos los terminales al HART Comunicator, es importante observar el estado de las baterías teniendo como alternativa el uso de una fuente externa.

2. En la parte posterior encontramos un gráfico que nos muestra la manera de instalar el instrumento al proceso.

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REDES INDUSTRIALES 3. Instalaremos una resistencia de 250 Ohmios en serie entra el transmisor y una fuente externa de 24Vdc, en paralelo a este circuito se conectaran los terminales del HART Comunicator.

4. Encendemos el Comunicator mientras inicializa su sistema se nos mostrara en su pantalla grafica el mensaje : “ Self Test in Progress”

5. En la parte inferior de la pantalla el HART Comunicator tiene un teclado que permite el desplazamiento por el menú del dispositivo, el ingreso y modificación de sus parámetros. El botón que tiene el indicador I/O es empleado para encender-apagar el equipo, los botones que tiene las flechas UP, DOWN se emplean para el desplazamiento en el menú, la flecha izquierda se emplea a modo de ESC y la flecha derecha se emplea como INTRO. 6. Debido a la velocidad de transferencia de datos del protocolo HART la lectura de los parámetros del transmisor puede tardar unos minutos mientras esto sucede no debemos retirar la conexión física del instrumento.

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7. Después de inicializar el sistema el instrumento nos indica que se encuentra en modo de lectura y buscando dispositivos.

8. El mensaje siguiente muestra las opciones: Fuera de Línea, En Línea, Dispositivos Frecuentes y Utilidades, seleccionamos la opción “ En Línea”

9. Después seleccionar el dispositivo en línea, observamos el nombre del transmisor “PIT – 20”, presionamos el botón de INTRO.

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10. Los parámetros relacionados al dispositivo son: Configuración de Dispositivo, Variable de proceso PV, valor mínimo que registrara el instrumento PV-LRV y valor máximo registrado PV-URV, seleccionamos “Configuración de Dispositivo,”

11. Podemos tener acceso a muchos parámetros del transmisor , en este instructivo ingresaremos a la configuración básica

12. La opción Tag determinará el nombre que tomara el transmisor para el proceso en este caso PIT-20, presionamos INTRO para modificar este valor.

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13. La opción PV Unit determinará la variable con la que trabajara el transmisor, a ser un transmisor de presión la variable elegida es PSI, pero esta variable puede variar entre Bar, mBar, etc.

14. La opción Información de dispositivo muestra un resumen de los parámetros del transmisor, estos son los que se muestran al momento de leer en el dispositivo cuando empleamos el programa Pactware.

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REDES INDUSTRIALES FUNDAMENTO TEÓRICO. Buses de campo. “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 a través del tradicional bucle de tensión o de corriente de 4-20 mA. Típicamente son redes digitales, bidireccionales, multipunto, montadas sobre un bus serie, que conectan dispositivos de campo como PLCs, transductores, actuadores y sensores. Cada dispositivo de campo incorpora cierta capacidad de proceso, que lo convierte en un dispositivo inteligente, manteniendo siempre un coste bajo. Cada uno de estos elementos será capaz de ejecutar funciones simples de autodiagnóstico, control o mantenimiento, así como de comunicarse bidireccionalmente a través del bus. El objetivo es reemplazar los sistemas de control centralizados por redes para control distribuido con las que mejorar la calidad del producto, reducir costes y mejorar la eficiencia. Para ello se basa en que la información que envían y/o reciben los dispositivos de campo es digital, lo que resulta mucho más preciso que si se recurre a métodos analógicos. Además, cada dispositivo de campo es un dispositivo inteligente y puede llevar a cabo funciones propias de control, mantenimiento y diagnóstico. De esta forma, cada nodo de la red puede informar en caso de fallo del dispositivo asociado, y en general sobre cualquier anomalía asociada al dispositivo. Esta monitorización permite aumentar la eficiencia del sistema y reducir la cantidad de horas de mantenimiento necesarias. Ventajas de los buses de campo. La principal ventaja que ofrecen los buses de campo y la que los hace más atractivos a los usuarios finales, es la reducción de costo. El ahorro proviene fundamentalmente de tres fuentes: ahorro en costo de instalación, ahorro en el costo de mantenimiento y ahorros derivados de la mejora del funcionamiento del sistema. Una de las principales características de los buses de campo es una significativa reducción en el cableado necesario para el control de una instalación, cada célula de proceso sólo requiere un cable para la conexión de los diversos nodos. En comparación con otros tipos de redes, dispone de herramientas de administración del bus que permiten la reducción del número de horas necesarias para la instalación y puesta en marcha. Los buses de campo ofrecen mayor flexibilidad al usuario en el diseño del sistema. Algunos algoritmos y procedimientos de control que con sistemas de

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REDES INDUSTRIALES comunicación tradicionales debían incluirse en los propios algoritmos de control radican ahora en los propios dispositivos de campo, simplificando 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 información de la planta desde los distintos sensores. Las mediciones de los distintos elementos de la red están disponibles para todos los demás dispositivos, la simplificación en la obtención de datos permitirá el diseño de sistemas de control más eficientes. Con la tecnología de los buses de campo, se permite la comunicación bidireccional entre los dispositivos de campo y los sistemas de control, pero también entre los propios dispositivos de campo. Otra ventaja de los buses de campo es que reducen a 3 el número de capas del modelo OSI (Física, Enlace y Aplicación) para hacer más ágil su funcionamiento. Proporcionan además un conjunto de servicios de administración. Al usuario sólo se le exige tener un conocimiento mínimo de los servicios de administración de la red, ya que parte de la información generada por dichos servicios puede ser necesaria para la reparación de averías en el sistema.

Buses de campo existentes. La estandarización es aún una asignatura pendiente. Las firmas del mundo de la automatización industrial asumen el apoyo a uno u otro estándar, imponiendo así su uso a aquellas empresas a las que venden sus productos, por lo tanto, 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 haya que realizar pasarelas entre buses. Debido a la falta de estándares, diferentes compañías han desarrollado diferentes soluciones, cada una de ellas con diferentes prestaciones y campos de aplicación, 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 una máquina. Suelen especificar las capas física y de enlace del modelo OSI, es decir, señales físicas y patrones de bits de las tramas. Algunos ejemplos son:

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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 de modo que permite incluir aspectos como la configuración, calibración o programación del dispositivo. Son buses capaces de controlar dispositivos de campo complejos, de forma eficiente y a bajo coste. Normalmente incluyen la especificación completa de la capa de aplicación, lo que significa que se dispone de funciones utilizables desde programas basados en PCs para acceder, cambiar y controlar los diversos dispositivos que constituyen el sistema. Algunos incluyen funciones estándar para distintos tipos de dispositivos (perfiles) que facilitan la interoperabilidad de dispositivos de distintos fabricantes. Algunos ejemplos son:

Buses de altas prestaciones. Son capaces de soportar comunicaciones a nivel de toda la factoría, en muy diversos tipos de aplicaciones. Aunque se basan en buses de alta velocidad, algunos presentan problemas debido a la sobrecarga necesaria para alcanzar las características funcionales y de seguridad que se les exigen. La capa de aplicación oferta un gran número de servicios al usuario, habitualmente un subconjunto del estándar MMS. Entre sus características incluyen

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Algunos ejemplos son:

Buses para áreas de seguridad intrínseca. Incluyen modificaciones en la capa física para cumplir con los requisitos específicos de seguridad intrínseca en ambientes con atmósferas explosivas, la seguridad intrínseca es un tipo de protección por la que el aparato en cuestión no tiene posibilidad de provocar una explosión en la atmósfera circundante. Un circuito eléctrico o una parte de un circuito tienen seguridad intrínseca, cuando alguna chispa o efecto térmico en este circuito producidos en las condiciones de prueba establecidas por un estándar (dentro del cual figuran las condiciones de operación normal y de fallo específicas) no puede ocasionar una ignición. Algunos ejemplos son HART, Profibus PA HART. Es un acrónimo en inglés para Transduction Remoto Direccionable en Red. El Protocolo HART usa la norma Bell 202 Modulación por desplazamiento de frecuencia o MDF (FSK en inglés) para empalmar señales digitales de comunicación a bajo nivel sobre 4 a 20 Ma.

Esto permite la comunicación bidireccional en campo y hace posible la transmisión de información adicional más allá de sólo las variables normales de proceso comunicadas de y hacia un instrumento inteligente de campo. El Protocolo HART se comunica a 1200 bps sin interrumpir la señal de 4 a 20 mA y permite a la aplicación central (maestra) obtener

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REDES INDUSTRIALES dos o más actualizaciones digitales por segundo de un dispositivo inteligente de campo. Ya que la señal digital MDF es de fase continua no hay interferencia con la señal de 4 a 20 mA. La Tecnología HART es un protocolo maestro/servidor, lo cual significa que un dispositivo inteligente de campo (servidor) sólo habla cuando le habla un maestro. El Protocolo HART se puede utilizar en diversos modos, como punto a punto o multipunto para transmitir información hacia y desde los instrumentos inteligentes de campo y el control central o los sistemas de monitoreo. La comunicación HART se produce entre dos dispositivos habilitados con HART, típicamente un dispositivo de campo inteligente y un sistema de control o monitoreo. La comunicación se produce mediante un cable de instrumentación de calidad estándar y el uso de prácticas de cableado y terminación estándar. El protocolo HART proporciona dos canales de comunicación simultáneos: la señal analógica de 4 a 20 mA y una señal digital. La señal de 4 a 20 mA comunica el valor primario medido (en el caso de un instrumento de campo) con el circuito de corriente 4 a 20 mA, el estándar más rápido y más fiable de la industria. Información adicional del dispositivo se comunica mediante una señal digital que se superpone a la señal analógica. La señal digital contiene la información del dispositivo incluyendo el estado del dispositivo, diagnóstico, valores medidos o calculados adicionales, etc. Juntos, los dos canales de comunicación proporcionan una solución completa de comunicación de campo muy robusta a bajo costo que es fácil de usar y configurar

El Protocolo HART suministra hasta dos maestros (primario y secundario). Esto permite usar maestros secundarios como comunicadores de mano sin interferir con las comunicaciones desde y hasta el maestro primario, es decir, el sistema de control / monitoreo

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El protocolo HART permite toda la comunicación digital con los dispositivos de campo en configuración de red punto a punto o multipunto.

Configuración Multipunto. También hay una opción de modo de comunicación "ráfaga" donde un solo dispositivo servidor puede transmitir continuamente un mensaje de respuesta estándar HART. Con este modo de comunicación ráfaga opcional son posibles mayores tasas de actualización y el uso normalmente se limita a la configuración punto a punto.

Comparativa entre buses actuales. Las tablas siguientes recogen las características generales, topológicas y de cableado de los distintos estándares y las compara con la red Ethernet industrial

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Comparativa general.

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REDES INDUSTRIALES Comparativa de cableado.

Comparativa de número de nodos y acceso al medio

AS-i: Aktuator Sensor Interface. AS-i es un bus de campo desarrollado inicialmente por Siemens, para la interconexión de actuadores y sensores binarios (www.as-interface.com). Actualmente está recogido por el estándar IEC TG 17B.

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A nivel físico, la red puede adoptar cualquier tipo de topología: estructura en bus, en árbol, en estrella o en anillo. Permite la interconexión de un máximo de 31 esclavos en la versión 2.0 o 64 en la versión 2.1. La longitud máxima de cada segmento es de 100 metros. Dispone de repetidores que permiten la unión de hasta tres segmentos, y de puentes hacia redes Profibus. Como medio físico de transmisión, emplea un único cable que permite tanto la transmisión de datos como la alimentación de los dispositivos conectados a la red. Su diseño evita errores de polaridad al conectar nuevos dispositivos a la red. La incorporación o eliminación de elementos de la red no requiere la modificación del cable. El cable consta de dos hilos sin apantallamiento. Para lograr inmunidad al ruido, la transmisión se hace basándose en una codificación Manchester. La señal con la codificación Manchester se traduce en pulsos de corriente, que producen pulsos positivos y negativos en la tensión de alimentación, que indican las transiciones en la señal. A partir de la detección de dichas transiciones se reconstruye la secuencia de bits transmitida. Cada esclavo dispone de hasta 4 entradas/salidas, lo que hace que la red pueda controlar hasta 124 E/S digitales. La comunicación sigue un esquema maestro - esclavo, en la cual el maestro interroga a las estaciones enviándoles mensajes (llamados telegramas) de 14 bits y el esclavo responde con un mensaje de 7 bits. La duración de cada ciclo pregunta-respuesta es de 150 µs. En cada ciclo de comunicación se deben consultar todos los esclavos, añadiendo dos ciclos extras para operaciones de administración del

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REDES INDUSTRIALES bus (detección de fallos). El resultado es un tiempo de ciclo máximo de 5ms. para 31 esclavos.

INTERBUS. INTERBUS es un bus de campo para la interconexión de sensores y actuadores. Las partes claves de INTERBUS han sido estandarizadas en Alemania por la DKE (Deutsche Elektrotechnische Kommission para DIN y VDE). En 1993, se publicó la norma DIN E 19 258. Esta norma cubre los protocolos de transmisión y los servicios que necesita para la comunicación de datos de proceso. Las especificaciones para la transmisión de parámetros han sido publicadas en el DIN Report 46 (1995). INTERBUS se basa en un esquema maestro-esclavo. El maestro del bus actúa simultáneamente como interfaz con los niveles superiores de la jerarquía de funcionamiento interno es en anillo, es decir, todos los dispositivos están conectados formando un camino cerrado aunque el aspecto del cableado es un bus. El anillo principal es el que parte del maestro, aunque pueden formarse otros anillos para adaptarse a la estructura particular de cada sistema. Este tipo de conexiones se lleva a cabo mediante unos equipos denominados módulos terminadores de bus. Un rasgo distintivo de INTERBUS es que las líneas de envío y recepción de datos están contenidas dentro de un mismo cable que une todos los dispositivos. De esta forma, el sistema tiene el aspecto físico de un bus o un árbol. Típicamente, la capa física se basa en el estándar RS-485. Debido a la estructura de anillo y a que es necesario transportar la masa de las señales lógicas, INTERBUS requiere un cable de cinco hilos para interconectar dos estaciones. Con velocidades de transmisión de 500 Kbps, pueden alcanzarse distancias de hasta 400 m entre dispositivos. Cada dispositivo incorpora una función de repetidor que permite extender el sistema hasta una longitud total de 13 Km. Para facilitar el funcionamiento de INTERBUS, el número máximo de estaciones está limitado a 512. La estructura punto a punto de INTERBUS y su división en anillo principal y subanillos es ideal para la incorporación de distintos medios de transmisión en distintas zonas de la planta si esto fuese necesario. La estructura de anillo ofrece dos ventajas. La primera es que permite el envío y recepción simultánea de datos (full duplex). En segundo lugar, la capacidad de autodiagnóstico del sistema se ve mejorada, ya que la conexión de cada nodo a la red es activa. INTERBUS permite la detección preventiva de errores por medio de una evaluación estadística de la calidad de las transmisiones. La determinación de la frecuencia de los errores de transmisión permite prever la aparición de fallo en un componente de la red.

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REDES INDUSTRIALES Para facilitar la detección de errores y la puesta en marcha del sistema, INTERBUS permite la desconexión transparente de los subanillos conectados al anillo principal. El direccionamiento se basa en la posición física de cada sistema dentro del anillo, aunque opcionalmente se dispone de la posibilidad del empleo de direcciones lógicas para acceder a dispositivos individuales independientemente de su posición.

El protocolo de transmisión de INTERBUS se estructura en tres capas que se corresponden con capas del modelo OSI. La capa 1 es la capa física. Especifica aspectos como la velocidad, modos de codificación de la señal física, etc. La capa 2 se corresponde con la capa de enlace. Garantiza la integridad de los datos y permite el soporte de dos tipos de datos, por una parte los datos correspondientes a procesos cíclicos, y por otra parte datos que aparecen asíncronamente. La capa de enlace es determinista, es decir, garantiza un tiempo máximo para el transporte de datos entre dispositivos. El control de acceso al medio se encuadra dentro de los mecanismos TDMA (Time Division Multiple Access), eliminando así la posibilidad de colisiones. Cada dispositivo tiene reservado un slot de tiempo adecuado para su función dentro del sistema. El tiempo de ciclo es la suma de los tiempos asignados a cada dispositivo. Pueden definirse slots adicionales para la transmisión de bloques de datos en modo conexión. De esta forma pueden enviarse grandes bloques de datos a través de INTERBUS, sin alterar el tiempo de ciclo para los datos de proceso. Otra ventaja importante que incorpora este tipo de control de acceso al medio, es que todos los elementos insertan sus datos en el bus simultáneamente, lo que garantiza que las mediciones en las que se basan los bucles de control, fueron realizadas simultáneamente. La trama se forma por concatenación de los datos de cada estación. De forma física se realiza mediante un registro. Cada dispositivo se une al anillo mediante un registro cuya longitud depende de la cantidad de información que debe transmitir. Los datos provenientes de las distintas estaciones van llegando al master en función de su posición dentro del anillo. Cada ciclo de transmisión comienza con una secuencia de datos que contiene la palabra de “loopback” seguida de los datos de salida de los

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REDES INDUSTRIALES distintos dispositivos, en la línea de salida. Durante el envío de datos, el flujo de retorno entra el maestro como flujo de entrada. Tras el envío de la trama completa, se envía un CRC de 32 bits. Debido a la estructura de conexiones punto a punto, el cálculo del CRC siempre se hace entre cada dos nodos. Por último se envía una palabra de control para indicar el estado de cada dispositivo (detección de errores de transmisión, etc.). Si no hubo errores comienza un nuevo ciclo. Además de los ciclos de datos, también hay ciclos de identificación. Este ciclo permite la administración del bus. Cada dispositivo tiene un código de identificación que indica el tipo de dispositivo de que se trata, y el tamaño de su bloque de datos. La configuración del bus se lleva a cabo por una secuencia de ciclos de identificación en los que el maestro comienza a leer en orden, la identificación de los dispositivos conectados. En función de estas lecturas se configura la trama que circulará en el ciclo de datos. Desde el punto de vista físico INTERBUS funciona según un procedimiento asíncrono de arranque y parada. Se envía una cabecera que contiene información adicional como por ejemplo los delimitadores de trama, código de función y tipo de mensaje, junto con ocho bits de datos adicionales. Los momentos de inactividad se ocupan con mensajes de estado. No contienen datos de la capa de enlace y sólo sirven para garantizar una actividad permanente en el medio de transmisión. Si dicha actividad se interrumpe durante más de 20 ms, se interpreta por todos los dispositivos como una caída del sistema. En respuesta a esta situación, los dispositivos se desconectan de la red y van a un punto seguro definido con antelación. La tercera de las capas de INTERBUS corresponde la capa de aplicación. En el maestro se ejecuta de forma cíclica un programa que actualiza continuamente los datos correspondientes a los distintos procesos conectados a la red, y los deja accesibles para el sistema de control, de modo que por ejemplo un PLC puede acceder a ellos de forma sencilla mediante instrucciones de entrada/salida. El uso de técnicas de acceso directo a memoria evita el uso de servicios que necesitan grandes bloques de datos, lo que facilita la consecución del tiempo real. El acceso desde ordenadores se realiza mediante adaptadores adecuados para conectarlos al bus. INTERBUS implementa en la capa de aplicación un subconjunto de servicios basados en MMS que se denomina PMS (Peripherals Message Specification). Incluye unos 25 servicios que permiten la comunicación con dispositivos de proceso inteligentes. Estos servicios permiten por ejemplo el establecimiento y monitorización de conexiones, lectura y escritura de parámetros o la ejecución remota de programas.

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REDES INDUSTRIALES CAN: Controller Area Networking. CAN es un bus de comunicaciones serie estandarizado por ISO, que fue desarrollado inicialmente a finales de los 80 para la industria del automóvil. En su especificación básica, se exigía alta velocidad, alta inmunidad al ruido y capacidad para la detección de cualquier tipo de error con el tiempo, CAN ha pasado de la industria automovilística a la fabricación y a la industria aeronáutica.(www.can.bosch.com, www.can-cia.de). Los protocolos definidos por CAN se ajustan a la proporcionan especificaciones de la capa de aplicación sobre la base de CAN. El medio físico consiste en un cable de par trenzado con los terminadores adecuados en la especificación básica de CAN, la velocidad máxima de transmisión es de 250 Kbps, mientras que en la versión ampliada alcanza velocidades de 1 Mbps. La implementación básica de CAN presenta una fuerte relación entre la CPU del dispositivo y el controlador CAN (que implementa los protocolos de capa física y de enlace). Los mensajes son difundidos por toda la red y son comprobados por la CPU de cada una de las estaciones que la forman. Este tipo de funcionamiento disminuye el aprovechamiento de la velocidad de transmisión de la red. En la versión conocida como "Full CAN", el controlador de red incorpora un filtro de selección de mensajes en base a un campo de identificación de esa forma la CPU sólo recibirá aquellos mensajes que le interesen, Philips es el principal líder de la versión básica de CAN, mientras que Intel y Siemens lideran la versión completa.Full CAN permite dos tamaños distintos de identificadores de mensajes: la versión A permite identificadores de 11 bits (2032 identificadores), mientras que la versión extendida (B) tiene identificadores de 29 bits

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REDES INDUSTRIALES La capa de enlace define el formato y la temporización usada para la transmisión de los mensajes. Las tramas CAN tienen dos bytes descriptores y hasta 8 bytes de datos. Los descriptores definen la prioridad de los mensajes y su tipo. El primer campo o campo de arbitraje está formado por los 11 bits del identificador (en tramas tipo A) y el bit RTR si RTR vale 0, indica que se trata de una trama de datos, mientras que si vale 1 indica que se trata de una petición de datos, en ese caso, el campo de datos indicará los bytes que formarán la respuesta. El campo de control está formado por 6 bits Los bits r1 y r0 están reservados para futuras ampliaciones del protocolo, los cuatro bits que forman el DLC indican el número de bytes que forman la trama de datos y que van a continuación. El campo de datos contiene de cero a ocho bytes el bit más significativo de cada byte es el primero que se transmite a continuación hay un campo de CRC, que contiene un código de redundancia cíclica de 15 bits y un bit delimitador que siempre vale 1 el campo de acuse de recibo consiste en dos bits. El primer bit se envía a 1 y es puesto a cero por las estaciones que reciben correctamente el mensaje el segundo es un bit delimitador que vale 1 el delimitador de final de trama consiste en 7 bits a 1, tras cada trama hay un período de tres bits (deben estar a 1), destinado a dar un tiempo mínimo a las estaciones a prepararse para la recepción o envío de otro mensaje. Las tramas de tipo B se diferencian en el campo de arbitraje. En este caso hay un primer grupo de 11 bits similar al de las tramas de tipo A, y que actúa como valor base del identificador. La segunda parte del identificador (18 bits) es la extensión del identificador. Para distinguir ambos formatos, la trama tipo B incorpora dos bits que separan los dos trozos del identificador el primero es el bit SRR (Substitute Remote Request). Se envía siempre a 1 para dar prioridad a las tramas de datos estándar de tipo A con el mismo identificador base. El bit IDE que sigue al bit SRR se envía siempre a 1, y permite distinguir tramas tipo A y tipo B.

PROFIBUS. PROFIBUS es una especificación de bus de campo para una amplia gama de aplicaciones dentro de los campos de fabricación, industria de procesos o automatización de edificios (www.profibus.com). PROFIBUS puede ser usado tanto en aplicaciones en las que el tiempo de respuesta de las comunicaciones es crítico, como en redes de comunicaciones complejas que involucren un gran número de necesidades de comunicación. Existen tres versiones de PROFIBUS, todas ellas compatibles entre si.

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REDES INDUSTRIALES

 PROFIBUS-DP: Optimizado para aplicaciones de alta velocidad y bajo coste. Se diseñó específicamente para cubrir la comunicación entre sistemas de control automático y la periferia descentralizada al nivel de dispositivo. PROFIBUS-DP puede usarse para sustituir los antiguos bucles de corriente 0-20 mA.  PROFIBUS-PA: está diseñado especialmente para la automatización en la industria de procesos. Su principal diferencia con PROFIBUS-DP es que la capa física permite su utilización incluso en zonas de seguridad intrínseca. PROFIBUS-PA permite la comunicación de datos y la alimentación de los equipos a través de un único par de hilos siguiendo el estándar IEC 1158-2.  PROFIBUS-FMS: es la solución de propósito general para la comunicación al nivel de célula. Los servicios que incorpora PROFIBUS-FMS dotan al sistema de una gran flexibilidad. Características Básicas. PROFIBUS especifica las características técnicas y funcionales de un bus de campo que permite la unión de los equipos de control con su periferia descentralizada, desde el nivel de campo hasta el nivel de célula. En los sistemas PROFIBUS se diferencian dos tipos de estaciones, Maestros y Esclavos. Los dispositivos Maestro determinan las comunicaciones de datos a través del bus. Un maestro puede enviar mensajes sin necesidad de recibir una petición externa para que lo haga cuando logra el control de medio mediante la consecución del testigo. En terminología PROFIBUS, también se denominan estaciones activas.

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REDES INDUSTRIALES Los dispositivos esclavo o dispositivos periféricos incluyen los dispositivos de entrada/salida, válvulas, accionadores o dispositivos de medida. No tienen capacidad para acceder directamente al bus y sólo pueden enviar acuses de recibo de mensajes enviados por algún maestro, o contestar a las peticiones de datos que éstos les hagan. Por ello, los esclavos también se denominan estaciones pasivas. Como sólo necesitan implementar una parte del control de acceso al medio, su fabricación resulta más barata.

Arquitectura de Protocolo PROFIBUS. La arquitectura de protocolos de PROFIBUS se basa en el modelo de referencia OSI, de acuerdo con el estándar ISO 7498.  PROFIBUS-DP. define las capas física y de enlace, así como el interfaz de usuario. Las capas 3 a 7 no están definidas. El DDLM (Direct Data Link Mapper) proporciona un interfaz de usuario sencillo para el acceso a la capa 2. Como medio físico se usa la tecnología RS-485, fibra óptica o ambas.  PROFIBUS-FMS. se definen las capas física, de enlace y de aplicación. La capa de aplicación consiste en el FMS (Fieldbus Message Specification) y el LLI (Lower Layer Interface). FMS contiene el protocolo de aplicación y proporciona al usuario un amplio conjunto de servicios. LLI permite proporcionar a FMS una interfaz independiente del dispositivo con la capa de enlace. Dicha capa implementa el protocolo de acceso al bus y la seguridad de datos. Como medio físico se emplea RS-485, fibra óptica o ambas.  PROFIBUS-PA. utiliza el protocolo de PROFIBUS-DP y le añade como característica particular la definición de los perfiles de dispositivo. Como medio de transmisión utiliza el estándar IEC 1158-2, lo que permite su utilización en zonas de seguridad intrínseca. Mediante un puente es posible acoplar fácilmente las redes PROFIBUSDP con las redes PROFIBUS-PA. Por su parte, PROFIBUS-DP y PROFIBUS-FMS usan las mismas tecnologías de transmisión y un protocolo uniforme de acceso al medio, por ello, ambas pueden operar simultáneamente sobre el mismo cable. Control de Acceso al Medio en PROFIBUS. Las tres versiones de PROFIBUS usan el mismo control de acceso al medio, incluyendo los aspectos relacionados con la seguridad de los datos y el manejo de los protocolos de transmisión y los telegramas. En PROFIBUS, la capa 2 se denomina FDL (Fieldbus Data Link). El MAC es determinista, de modo que sólo una estación tiene derecho a transmitir en cada momento. En particular ha sido diseñado para cumplir dos objetivos:

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REDES INDUSTRIALES  En las comunicaciones entre sistemas activos (maestros), encargados de tareas de control complejas, debe asegurarse que cada estación tenga suficiente tiempo para ejecutar sus tareas de comunicación dentro de un intervalo de tiempo definido.  Las tareas de comunicación cíclicas se implementarán de la forma más sencilla posible para permitir la comunicación entre un maestro y uno o varios esclavos. Por tanto, el control de acceso al medio de PROFIBUS incluye un sistema de paso de testigo en bus (Token-bus) entre los maestros, junto con un sistema de consulta maestro-esclavo para la comunicación entre cada maestro y su periferia. El mecanismo de paso de testigo garantiza el derecho a acceder al bus de cada maestro durante un determinado período de tiempo. El paso de testigo es un telegrama especial que permite la cesión al nodo que lo recibe, del derecho a acceder al bus. El testigo sigue una secuencia según un anillo lógico, con un tiempo máximo predeterminado para la rotación completa del testigo. La comunicación maestro-esclavo permite que el maestro que posee el testigo en un instante determinado se comunique con los esclavos que dependan de él. El maestro puede enviar mensajes a los esclavos y leer las contestaciones de éstos. De esta forma es posible tener un sistema con un único maestro y múltiples esclavos, un sistema formado sólo por estaciones activas, o un sistema híbrido.

La capa de enlace también es el encargado de la seguridad de los datos. Todos los telegramas tienen distancia Hamming 4, debido al uso de delimitadores de comienzo y fin de trama especiales, así como un bit de paridad para cada byte según se define en el estándar IEC 870-5-1.

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REDES INDUSTRIALES

TAREA 3: DETERMINA UNA RED INDUSTRIAL.

Y

CONFIGURA LOS ELEMENTOS EN

Hoy en día las tecnologías que triunfan en el mercado son aquellas que ofrecen las mejores ventajas y seguridad a los clientes, cada vez se está acabando con tecnologías cerradas; que en un mundo en proceso de globalización, es imposible que sobrevivan. A nivel industrial se está dando un gran cambio, ya que no solo se pretende trabajar con la especificidad de la instrumentación y el control automático, sino que existe la necesidad de mantener históricamente información de todos los procesos, además que esta información este también en tiempo real y que sirva para la toma de decisiones y se pueda así mejorar la calidad de los procesos. Las condiciones extremas a nivel industrial requieren de equipos capaces de soportar elevadas temperaturas, ruido excesivo, polvo, humedad y demás condiciones adversas; pero además requiere de personal capaz de ver globalmente el sistema de control y automatización industrial junto con el sistema de red digital de datos. Equipos y Materiales:  Computador Pentium 4 o superior.  Sistema operativo Windows XP o superior.  Controlador lógico Programable Micrologix, Simatic S7-1200 o superior.  Equipo concentrador de red D-LINK.  Equipo concentrador de red inalámbrica D-LINK DWL-2100AP.  Programa de Automatización Industrial RS Logix500, RSLinx, TIA Portal11.  Cable de comunicación de datos según norma TIA 568-B. Orden de Ejecución:  Instalación de los Automatización Industrial en la computadora.  Implementación de las tareas y comprobación del correcto funcionamiento de los equipos.

Instala un controlador lógico programable a una red Ethernet. En esta actividad vamos a realizar la instalación de un controlador lógico programable en una red Ethernet, la finalidad de hacer esta configuración leer sus parámetros, descargar

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REDES INDUSTRIALES y actualizar sus programas de manera remota, podremos cambiar su dirección para evitar conflictos con algún otro dispositivo en la red industrial. Después de preparar el cable de comunicación de datos para red Ethernet según la norma TIA-568-B procedemos a la instalación del controlador lógico programable (PLC) marca Allen Bradley modelo Micrologix 1100, este equipo tiene integrado un puerto de comunicaciones Ethernet, el proceso de instalación se muestra a continuación: Ethernet Industrial. Ethernet industrial es el nombre dado a la utilización del protocolo Ethernet en un entorno industrial, de automatización y control de máquinas de producción. Industrial Ethernet (IE) se centra en la producción de elementos que hacen que una empresa rentable a través de algún proceso de fabricación. Industrial Ethernet, a veces denominado Producción Ethernet está diseñado para mantener el control de un proceso de producción durante el seguimiento de la producción de muchos artículos tradicionalmente relegado al mundo analógico, como temperatura, humedad, pH, presión, flujo, viscosidad, densidad, peso, la vibración, RPM, tensión, corriente, radiación, control de movimiento total robótica con retroalimentación, acceso y control por satélite, circuito cerrado de televisión con HD de movimiento, voz y de intercomunicación, etc.

Ethernet industrial no se trata sólo de una versión más robusta de TI de Ethernet. Ethernet industrial se centra en el entorno de producción y no debe nunca confundirse con el entorno de TI tradicional. IE requiere mucho normas más estrictas para los productos que se han desplegado, ya que están habitualmente en entornos de fábrica, cerca de interferencia electromagnéticas, dispositivos como motores, mecánicos y de alta humedad, altas temperaturas o el frío, de alto contenido químico, comparativamente con el entorno Ethernet TI tradicional donde la mayoría de los dispositivos de TI que han sido diseñados para utilizar entornos de oficina.

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REDES INDUSTRIALES PROCEDIMIENTO. 1. Instalamos una fuente de 24Vdc, conectamos sus terminales al ingreso de energía del controlador (si trabajamos con un controlador Micrologix 1100 la fuente viene integrada), esperamos unos instantes mientras el controlador inicializa.

2. Conectar el conector de enlace de red en el puerto del controlador.

3. El controlador lógico programable (PLC) fue previamente grabado con la dirección 192.168.1.250, abrimos el explorador de Windows y verificamos esta dirección IP, se debe tener en cuenta que esta que el IP es definida por el administrador de la red y puede variar.

4. Luego de realizar la exploración y búsqueda de la dirección antes mencionada el explorador nos mostrara una ventada con los datos cargados desde el Firmware del controlador: Nombre de dispositivo, Modelo, Dirección MAC, Dirección IP, modo de operación.

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5. Para acceder a los datos del dispositivo, se requiere las credenciales del administrador del equipo, los datos de fábrica son los siguientes usuario: Administrator, contraseña: ml1100 (para el modelo Micrologix 1400 la contraseña es ml1400).

6. Después de ingresar los datos del administrador podremos ver los datos del controlador, si estos datos no son correctos podemos escribir lo siguiente, usuario: guest, contraseña guest.

7. La primera opción de datos nos indicara: nombre de archivo, tipo y nivel de acceso.

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8. La opción de diagnóstico indicará: velocidad de transmisión, modo de comunicación y conexiones Ethernet establecidas.

9. La opción estado de la red indicara: bytes enviados y recibidos, comandos enviados y recibidos.

. 10. Para cambiar la contraseña del administrador o de los usuarios ingresamos a la opción manejo de usuarios como se indica en el grafico siguiente.

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CONFIGURA ETHERNET.

UN CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE A UNA RED

Configura un controlador lógico programable Micrologix a una red Ethernet. En esta actividad vamos a configurar un controlador lógico programable, asignaremos su dirección IP para acceder remotamente, estableceremos comunicación en línea y descargaremos un programa al controlador CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE MICROLOGIX. El Controlador lógico programable MicroLogix 1100 está diseñado para ampliar la cobertura de aplicación por entradas análogas integradas, Otra de las ventajas que provee este PLC es que viene integrado con comunicación de Ethernet y capacidades de visualización. El controlador MicroLogix 1100 tiene la capacidad de editar el programa en línea. Cada MicroLogix 1100 cuenta con 16 I/O digitales y salidas a relé.

Este PLC cuenta con la capacidad de expandir sus entradas y salidas, usando los mismos módulos que el MicroLogix 1200.Se pueden expandir lasI/O con un máximo de 4 módulos de expansión. Este PLC se programa con el programa RSLogix 500 en lenguaje escalera y dentro de este se puede hacer la edición en línea, cada módulo está diseñado para soportar comunicación RS-232/RS-485 puerto combinado para serial y comunicación de red, y un segundo puerto incluido en este que es el puerto para comunicación Ethernet de

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REDES INDUSTRIALES mensajería punto a punto. Cuenta además con una pantalla LCD que permite monitorear al controlador y el estado de las I/O, así como permite realizar cambios de bit o datos enteros PROCEDIMIENTO. Después de preparar el cable de comunicación de datos para red Ethernet según la norma TIA-568-B procedemos a la instalación del controlador lógico programable (PLC) marca Allen Bradley modelo Micrologix 1100, este equipo tiene integrado un puerto de comunicaciones Ethernet, el proceso de instalación se muestra a continuación: 1. Instalamos una fuente de 24Vdc, conectamos sus terminales al ingreso de energía del controlador (si trabajamos con un controlador Micrologix 1100 la fuente viene integrada), esperamos unos instantes mientras el controlador inicializa veremos que se enciende el indicador RUN.

2. Conectar el cable de enlace de red en el puerto del controlador.

3. Conectar el cable de enlace de red a la computadora.

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4. Todos los controladores vienen con una dirección MAC grabada, esta no puede modificarse, por otro lado la dirección IP debemos asignarla mediante un programa denominado BOOTP-DHCP Server que se encuentra en la carpeta Rockwell Software.

5. En el programa BOOTP-DHCP podemos asignar la dirección IP que tendrá el controlador en la red industrial, para ello debemos asignar la puerta de enlace, mascara de subred, DNS y nombre de dominio.

6. Después de escribir la dirección que tendrá el controlador se abrirá el entorno del programa BOOTP-DHCP, luego de unos instantes aparecerá en la dista de dispositivos en línea, podremos identificar la dirección MAC del equipo.

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7. Se ha definido la dirección para el controlador y es la siguiente: 192.168.1.100, para que esta dirección se asigne debemos seleccionar sus propiedades con el clic derecho del mouse y escoger la opción “Add Relation List”.

8. En la lista que se encuentra en la parte inferior el programa asignara a la dirección MAC del controlador la dirección 192.168.1.100 que fue ingresada en los pasos anteriores

9. Luego de asignar la dirección IP al controlador lógico programable (PLC), procedemos a establecer la comunicación con el programa RSLinx, recordemos que los PLC de la marca Allen Bradley usan este programa para enlazar el controlador con el software de programación RSLogix 500 ò 5000

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10. Procedemos a la configuración del driver de comunicación, seleccionamos en la barra de menú del programa Comunications / Configure Drivers.

11. Seleccionamos en La opción drivers disponibles y en ella de la lista desplegable Ethernet Devices; en la operación anterior establecimos comunicación por el puerto serie, ahora realizaremos la conexión por el puerto Ethernet.

12. Presionamos el botón Add New, con esta acción se abrirá una ventana que indicara el nombre que tendrá nuestra conexión es este caso será AB_ETH-1.

13. En la lista de dispositivos configurados RSlinx mostrará la dirección IP que configuramos en el programa BOOTP-DHCP.

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14. Presionamos el botón Start para iniciar la comunicación entre el controlador y el programa RSLinx, en este momento el programa RSLogix puede estar en línea con el controlador para ser programado.

15. Podemos visualizar en la relación de equipos conectados con la computadora Workstation-PC05, una conexión AB_ETH, Ethernet, al seleccionarla en la parte derecha del programa aparecerá un icono que representa al controlador con la dirección asignada.

16. Después de comunicar el controlador programable, procedemos a leer en la memoria de programa, en la barra de menú del programa RSLogix500 realizaremos la configuración del driver de comunicación instalado, seleccionamos la opción Tools / Options.

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17. Configuramos el driver instalado en el programa RSLinx en la ventana System Options, aquí seleccionamos en la lista desplegable la opción AB_ETH-1. Podemos examinar si el controlador está en línea presionando el botón Who Active, también podemos examinar el programa del controlador programable y subirlo al programa RSLogix presionando el botón Upload.

18. El programa descargara en la programa desde el controlador, esto permitirá realizar modificaciones o actualizaciones el programa Ladder que se encuentra instalado el PLC.

19. El programa RSlogix500 nos consultará si deseamos conectar al controlador programable en línea, aceptamos y presionamos el botón SI.

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20. Finalmente procedemos a depurar o realizar las modificaciones necesarias del programa que se encuentra grabado en el PLC, con esta operación comprobamos la comunicación Ethernet entre la computadora Workstation, PC05 y el controlador programable (PLC). Podemos hacer esta configuración de manera remota mediante un punto de acceso o cualquier otro dispositivo que soporte comunicación Ethernet

CONFIGURA UN CONTROLADOR LÓGICO PROGRAMABLE SIEMENS S71200 A UNA RED PROFINET. En esta actividad vamos a realizar la creación de un nuevo proyecto y configuración del controlador lógico programable PLC de la marca Siemens Modelo S7-1200, este controlador es una versión mejorada del conocido S7-200 y viene con un puerto Ethernet integrado (PROFINET). Luego de haber establecido creado el proyecto realizaremos la comunicación y asignaremos una dirección IP del controlador para que pueda ser empleado por las demás aplicaciones en el proceso. SIMATIC S7-1200. Este PLC que destaca por su versátil y flexible configuración aunada a alto rendimiento y tamaño muy compacto. El nuevo sistema de ingeniería Simatic Step 7 Basic permite configurar tanto el controlador como los paneles básicos para HMI (interfaz hombre-

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REDES INDUSTRIALES máquina). Esto garantiza actividades de programación, conectividad en red y puesta en marcha particularmente rápidas y simples. Juntos, el nuevo controlador, los paneles de la línea Basic Panels y el nuevo software constituyen una oferta coordinada para tareas de automatización compactas y exigentes en la gama de Micro Automation. El nuevo controlador Simatic S7-1200 puede configurarse de forma escalable y flexible, lo que permite resolver exactamente las tareas de automatización planteadas. La CPU puede ampliarse flexiblemente con módulos de E/S y módulos de comunicaciones. En este contexto son novedad las denominadas Signal Boards, tarjetas que pueden enchufarse simplemente en el frente de la CPU; están disponibles con interfaces para dos entradas o salidas digitales, o para una salida analógica. Esto permite ocupar el mínimo espacio en el caso de que sólo se procesen pocas señales. El nuevo micro-PLC puede ampliarse con dos módulos de comunicaciones, con un puerto RS232 o con un puerto RS485, para conexiones serie.

El Simatic S7-1200 dispone de una interfaz Profinet integrada para simple conectividad en red y comunicación entre sistema de ingeniería, controladores y HMI, por ejemplo para actividades de programación y de comunicación entre CPU y CPU. A través de dicha interfaz se conectan también los paneles de la gama Simatic HMI Basic Panels para fines de visualización.

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REDES INDUSTRIALES Para la conexión en red de varios controladores o paneles de HMI está disponible el módulo de ampliación CSM 1277, que es un switch Ethernet/Profinet no gestionado con 4 puertos. En la siguiente tabla podremos observar su diagrama de cableado.

PROCEDIMIENTO. 1. Iniciamos el programa TIA Portal V11, este programa incluye todos los programas necesarios para realizar la instalación y configuración del controlador.

2. En la pantalla de inicio seleccionar “crear proyecto”, en la parte derecha del programa llenamos los datos correspondientes al nombre del proyecto, ruta y autor del proyecto, luego presionar el botón Crear.

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REDES INDUSTRIALES 3. Se muestra la Vista Portal, en esta ventana tenemos las opciones: Configurar un dispositivo, Crear un programa PLC, configurar una Imagen HMI, seleccionamos Configurar Dispositivo para realizar la configuración del controlador.

4. Agregamos nuevo dispositivo en este caso será un nuevo PLC, luego se desplegarán una lista de opciones correspondientes a los modelos de CPU (controlador), aquí escogeremos el modelo de CPU PLC Simatic S7-1200 modelo 6ES7 212-1BD300XB0, luego de escoger el controlador presionamos el botón de agregar.

5. Luego configuramos los diferentes módulos que admite el equipo físicamente: Módulos de Entrada/Salida, Comunicación, etc., podemos escoger estos módulos del catálogo que se muestra en la parte derecha teniendo en cuenta que como máximo puede haber 3 módulos de comunicación y 8 de Entrada/Salida (En el SIMATIC S71200 los módulos de comunicación se insertan a la izquierda de la CPU y los módulos de I/O se conectan a la derecha).

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REDES INDUSTRIALES 6. Presionando en la parte superior izquierda de la CPU, el programa muestra los slots para insertar los módulos de comunicación.

7. Para transferir la configuración seleccionamos la CPU y se nos habilita el icono que es para transferir pero antes de esto comprobaremos la configuración de la dirección IP del controlador, para configurar el controlador, proceda del siguiente modo: 8. Seleccione la interfaz PROFINET en la representación gráfica del controlador, en la ventana de inspección que se encuentra en la parte inferior del programa se mostraran las propiedades de la interfaz PROFINET.

9. En la ventana de Inspección introducimos la dirección IP del controlador en la opción "Direcciones Ethernet". La dirección IP varía en función a la configuración de red de cada empresa, para el ejemplo es 192.168.0.1 pero esta puede ser diferente.

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10. La ubicación del programa es otro detalle que debemos conoce, el programa de usuario puede estar formado por uno o varios bloques. Hay que utilizar como mínimo un bloque de organización, los bloques contienen todas las funciones necesarias para ejecutar la tarea de automatización específica. Las tareas del programa tienen como finalidad manipular los datos del proceso (combinación lógica de señales binarias, lectura, evaluación de señales analógicas y definición de señales binarias para la salida). Los bloques de organización (OBs) constituyen la interfaz entre el sistema operativo del controlador y el programa de usuario, estos bloques son llamados por el sistema operativo y controlan los procesos (Arranque del sistema, Ejecución del programa, tratamiento de errores). En un proyecto de automatización debe haber como mínimo un OB de ciclo. El sistema operativo llama el OB una vez por ciclo, iniciando con ello la ejecución del programa que contiene. El ciclo vuelve a comenzar cada vez que finaliza la ejecución del programa

Al insertar un controlador en el proyecto se crea automáticamente un OB de ciclo con el nombre "Main [OB1]". En este bloque de organización se creará el programa del proyecto. Para abrir el bloque de organización "Main [OB1]", abrir la carpeta "Bloques de programa" del árbol del proyecto

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11. Mostraremos cómo cargar el programa en el controlador. Durante el proceso de carga, se establece una conexión online entre la programadora (PG) o equipo de programación (PC) y el controlador, al cargar el programa que está guardado en el disco duro de la computadora (PC) se escribe en la memoria del controlador ( en este proceso de carga, los bloques incluidos en el programa se compilan). En el TIA Portal existe la posibilidad de realizar una comparación online/offline de los datos del proyecto y visualizar las diferencias. El modo online permite detectar, por medio de los símbolos del árbol del proyecto, si los componentes del programa "offline" en la PG/el PC son idénticos a los elementos del programa "online" en el controlador. Para actualizar el estado del programa en el controlador es necesario volver a cargarlo.

12. El TIA Portal mostrara en la ventana de “Carga Avanzada” la interfaz con la que desee conectar el dispositivo, activar la casilla de verificación "Mostrar dispositivos accesibles". En "Dispositivos accesibles en la subred de destino" se visualizan todos los dispositivos accesibles a través de la interfaz seleccionada. Seleccione el controlador y cargue el programa de usuario.

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13. En la ventana de “Vista Preliminar” presionamos el botón Cargar.

14. El TIA Portal nos permite examinar el comportamiento de las entradas y etiquetas del programa, para realizar esta operación seleccionar en la ventana de propiedades del controlador la opción “Establecer Comunicación Online”.

15. La comunicación en línea también se puede establecer presionando el botón de la barra de acceso directo que tiene el mismo nombre: “Establecer Comunicación Online”.

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CAMBIO DE LA DIRECCIÓN IP DE PROGRAMABLE AB MICROLOGIX.

UN CONTROLADOR LÓGICO

En esta actividad vamos a realizar el cambio de la dirección IP del controlador lógico programable PLC. En algunas ocasiones una dirección IP puede causar conflictos y afectar el desempeños de un controlador, esta operación se puede realizar desde el programa RSLogix y podemos estar conectado a través del puerto serie o Ethernet. PROCEDIMIENTO. Después de preparar el cable de comunicación de datos para red Ethernet según la norma TIA-568-B o el cable RS232, procedemos a la instalación del controlador lógico programable –PLC con la computadora (algunos controladores como el micrologix1400 incluyen ambos modos de comunicación). El proceso de modificación del IP se detalla a continuación: 1. Instalamos una fuente de 24Vdc, conectamos sus terminales al ingreso de energía del controlador (si trabajamos con un controlador Micrologix 1100 la fuente viene integrada), esperamos unos instantes mientras el controlador inicializa, veremos que se enciende el indicador RUN.

2. Realizamos la conexión con el controlador, esta comunicación puede ser a través del puerto Serie o Ethernet (recordemos que la conexión Ethernet puede ser establecida de manera remota).

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3. Verificamos la dirección IP del controlador que vamos a cambiar, en el explorador de la computadora.

4. El explorador mostrará los datos cargados desde el Firmware del controlador.

5. Luego verificamos que el controlador se encentre en línea con el programa RSLinx.

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6. Abrimos el programa RSLogix y buscamos en el árbol de proyecto la opción Controller, luego seleccionamos la propiedad Open de Channel Configuration.

7. Se abrirá por defecto el Channel 0 que nos indicara las propiedades de la conexión establecida, en nuestro caso las propiedades que se muestran en la figura corresponden a una conexión Serie.

8. Seleccionamos Channel 1 que nos mostrara las celdas para modificar los parámetros relacionados a la configuración en red del controlador, entre ellos: Direccion IP, Mascara, Puerta de enlace, nombre de Dominio, etc.

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9. Insertamos en la celda IP Address la nueva dirección que tendrá el controlador.

10. Cambiaremos el modo de operación del controlador y estableceremos la conexión en línea.

11. Descargaremos la nueva configuración al controlador, en este caso la nueva configuración incluye el cambio de dirección IP, el programa en Ladder puede estar vacío y esto no afectara en nada a la configuración.

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12. El programa iniciara el proceso de descarga y mostrara la ventana de revisión en la que detalla la ruta del programa que descargara (en este caso como se trata de una prueba con cambio de IP el archivo no tiene nombre).

13. Mientras se descarga el programa el programa RSLogix detectara que la configuración ha cambiado, presionamos el botón “Apply” para realizar los cambios.

14. Finalmente el programa preguntara si queremos establecer la comunicación en Línea del controlador, presionamos el botón para aceptar.

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REDES INDUSTRIALES 15. Ejecutamos el explorador para hacer la comprobación del cambio de dirección del controlador, ingresamos la nueva dirección 192.168.1.125 y descargaremos el programa que se encuentra en el Firmware del controlador.

REALIZAR EL CAMBIO DE LA DIRECCIÓN IP DE UN CONTROLADOR SIEMENS S71200. En esta actividad vamos a realizar el cambio de IP para un controlador lógico programable de la marca Siemens modelo S7-1200, este procedimiento es similar al realizado con el controlador Micrologix, este cambio se realiza con un programa que se instala en la PC (Workstation), para este modelo especifico de controlador se cuenta con el programa S71200 Tool.

1. Iniciamos el programa S7-1200 Tool, antes de administrar la dirección IP del controlador el programa requiere la configuración de la interfaz de comunicación que dispone la estación de trabajo, seleccionamos para esta demostración TCP/IP > Realtek PCIe FE Family.

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2. Luego de configurar la interfaz de comunicación se inicia el programa, observaremos los datos de la tarjeta de red del equipo y en la parte inferior la actualización de los dispositivos disponibles en red.

3. Para configurar o modificar la dirección IP o los diferentes parámetros de red del controlador, se puede cambiar los valores en las celdas ubicadas en la parte derecha de nuestra selección, presionamos el botón Set y estos nuevos valores se grabaran, si queremos reiniciar los valores de fábrica del controlador, presionamos el botón Use Defaults.

4. En la barra de accesos directos podemos encontrar las principales funciones para administrar las operaciones básicas del controlador: Seleccionar la interface de comunicación, poner en estado RUN al controlador, Poner en estado STOP al

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REDES INDUSTRIALES controlador y encender las luces del panel del controlador seleccionado (esta operación es útil cuando tenemos muchos controladores en red).

5. En la barra de menú podemos encontrar las mismas funciones, la opción PG/PC interface permite seleccionar la interface de comunicación.

6. Finalmente en la opción RUN de la barra de menú permite ejecutar las funciones básicas del controlador.

FUNDAMENTO TEÓRICO.

Modelo OSI. Durante las últimas dos décadas ha habido un enorme crecimiento en la cantidad y tamaño de las redes. Muchas de ellas sin embargo, se desarrollaron utilizando

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REDES INDUSTRIALES implementaciones de hardware y software diferentes. Como resultado, muchas de las redes eran incompatibles y se volvió muy difícil para las redes que utilizaban especificaciones distintas poder comunicarse entre sí. Para solucionar este problema, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) realizó varias investigaciones acerca de los esquemas de red. La ISO reconoció que era necesario crear un modelo de red que pudiera ayudar a los diseñadores de red a implementar redes que pudieran comunicarse y trabajar en conjunto (interoperabilidad) y por lo tanto, elaboraron el modelo de referencia OSI en 1984. En este capítulo, aprenderá cómo el esquema de networking del modelo de referencia OSI acomoda los estándares de networking. Además, verá cómo la información o los datos viajan desde los programas de aplicación (como por ejemplo las hojas de cálculo) a través de un medio de red (como los cables) a otros programas de aplicación ubicados en otros computadores de la red. A medida que avanza en este capítulo, aprenderá acerca de las funciones básicas que se producen en cada capa del modelo OSI, que le servirán de base para empezar a diseñar, desarrollar y diagnosticar las fallas de las redes.

MODELO GENERAL DE COMUNICACIÓN. Uso de las capas para analizar problemas en un flujo de materiales. El concepto de capas le ayudará a comprender la acción que se produce durante el proceso de comunicación de un computador a otro. En la figura se plantean preguntas que involucran el movimiento de objetos físicos como por ejemplo, el tráfico de autopistas o los datos electrónicos. Este desplazamiento de objetos, sea este físico o lógico, se conoce como flujo. Existen muchas capas que ayudan a describir los detalles del proceso de flujo.

En el cuadro "Comparación de redes". ¿Qué red está examinando? ¿Qué fluye? ¿Cuáles son las distintas formas del objeto que fluye? ¿Cuáles son las normas para el flujo? ¿Dónde se produce el flujo? Las redes que aparecen en este esquema le ofrecen más analogías para ayudarlo a comprender las redes informáticas.

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REDES INDUSTRIALES

Otro ejemplo que describe cómo puede usar el concepto de capas para analizar un tema cotidiano es examinar una conversación entre dos personas. Cuando usted tiene una idea que desea comunicarle a otra persona, lo primero que hace es elegir cómo desea expresar esa idea, luego decide cómo comunicarla de forma adecuada y, por último, transmite esa idea. Imagínese a un joven que está sentado en uno de los extremos de una mesa muy larga. En el otro extremo de la mesa, bastante lejos, está sentada otra persona, el joven habla en inglés la otra persona prefiere hablar en español en la mesa se ha servido una cena espléndida, de pronto el joven grita lo más alto posible, en inglés: "Hey you! Give me the rice!" (¡Oye, tú! ¡Dame el arroz!) y extiende la mano sobre la mesa para agarrarlo, en la mayoría de los lugares, esta acción se considera bastante grosera. ¿Qué es lo que el joven debería haber hecho para comunicar sus deseos de forma aceptable? Para ayudarlo a encontrar la respuesta a esta pregunta, analice el proceso de comunicación por capas. En primer lugar está la idea – el joven desea el arroz; luego está la representación de la idea– hablada en inglés (en lugar de español); a continuación, el método de entrega – "Oye tú"; y finalmente el medio – gritar (sonido) y extender la mano (acción física) sobre la mesa para tomar el arroz. A partir de este grupo de cuatro capas, se puede observar que tres de estas capas impiden que el joven comunique su idea de forma adecuada/aceptable. La primera capa (la idea) es aceptable, la segunda capa (representación), hablando en inglés en lugar de en español, y la tercera capa (entrega), exigiendo en lugar de solicitar con educación, definitivamente no obedecen a los protocolos sociales aceptados. La cuarta capa (medio), gritar y agarrar las cosas de la mesa en lugar de solicitar ayuda en forma educada a otra persona es un comportamiento inaceptable prácticamente en cualquier situación social.

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REDES INDUSTRIALES Si analiza esta interacción desde el punto de vista de las capas podrá entender más claramente algunos de los problemas de la comunicación (entre las personas o entre los computadores) y cómo es posible resolver estos problemas.

ORIGEN, DESTINO Y PAQUETES DE DATOS. El nivel básico de información por computador se compone de dígitos binarios o bits (0 y 1), los computadores que envían uno o dos bits de información, sin embargo, no serían demasiado útiles, de modo que se necesitan otras agrupaciones: los bytes, kilobytes, megabytes y gigabytes. Para que los computadores puedan enviar información a través de una red, todas las comunicaciones de una red se inician en el origen, luego viajan hacia su destino.

Como lo ilustra la figura, la información que viaja a través de una red se conoce como paquete, datos o paquete de datos. Un paquete de datos es una unidad de información, lógicamente agrupada, que se desplaza entre los sistemas de computación. Incluye la información de origen junto con otros elementos necesarios para hacer que la comunicación sea factible y confiable en relación con los dispositivos de destino. La dirección origen de un paquete especifica la identidad del computador que envía el paquete. La dirección destino específica la identidad del computador que finalmente recibe el paquete.

MEDIOS. Durante su estudio de networking, escuchará a menudo la palabra "medio". (Nota: El plural de medio es medios). En networking, un medio es el material a través del cual viajan los paquetes de datos. Puede ser cualquiera de los siguientes materiales:  Cables telefónicos.  UTP de categoría 5 (se utiliza para Ethernet 10BASE-T, cambiando a CAT6).  Cable coaxial (se utiliza para la TV por cable).

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REDES INDUSTRIALES  Fibra óptica (delgadas fibras de vidrio que transportan luz). Existen otros dos tipos de medios que son menos evidentes, pero que no obstante se deben tener en cuenta en la comunicación por redes. En primer lugar, está la atmósfera (en su mayor parte formada por oxígeno, nitrógeno y agua) que transporta ondas de radio, microondas y luz. La comunicación sin ningún tipo de alambres o cables se denomina inalámbrica o comunicación de espacio abierto. Esto es posible utilizando ondas electromagnéticas (EM). Entre las ondas EM, que en el vacío viajan a velocidad de la luz, se incluyen las ondas de energía, ondas de radio, microondas, luz infrarroja, luz visible, luz ultravioleta, rayos x y rayos gama. Las ondas EM viajan a través de la atmósfera (principalmente compuesta de oxígeno, nitrógeno y agua), pero también viajan a través del vacío del espacio exterior (donde no existe prácticamente materia, ni moléculas ni átomos). En las siguientes figuras se mostrara los principales medios para la comunicación por redes:

Cable coaxial 10BASE2 de 50 Ohms

Cable Thicknet10BASE5

Cable UTP

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REDES INDUSTRIALES

Cable de fibra Óptica

PROTOCOLO. Para que los paquetes de datos puedan viajar desde el origen hasta su destino a través de una red, es importante que todos los dispositivos de la red hablen el mismo lenguaje o protocolo. Un protocolo es un conjunto de reglas que hacen que la comunicación en una red sea más eficiente, se muestra algunos ejemplos:  En el Congreso se hace posible que cientos de representantes que desean expresar sus opiniones lo hagan por turnos y que transmitan sus ideas de forma ordenada.  Mientras se está conduciendo un auto, otros autos envían señales de tipo luminoso cuando desean girar; si no lo hicieran, las rutas serían un caos.  Al volar un avión, los pilotos obedecen reglas muy específicas para poder comunicarse con otros aviones y con el control de tráfico aéreo. La definición técnica de un protocolo de comunicaciones de datos es: un conjunto de normas, o un acuerdo, que determina el formato y la transmisión de datos. La capa n de un computador se comunica con la capa n de otro computador. Las normas y convenciones que se utilizan en esta comunicación se denominan colectivamente protocolo de la capa n.

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EVOLUCIÓN DE LAS NORMAS DE NETWORKING DE ISO. Al principio de su desarrollo, las LAN, MAN y WAN eran en cierto modo caóticas. A principios de la década de los 80 se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y el tamaño de las redes. A medida que las empresas se dieron cuenta de que podrían ahorrar mucho dinero y aumentar la productividad con la tecnología de networking, comenzaron a agregar redes y a expandir las redes existentes casi simultáneamente con la aparición de nuevas tecnologías y productos de red. A mediados de los 80, estas empresas debieron enfrentar problemas cada vez más serios debido a su expansión caótica, resultaba cada vez más difícil que las redes que usaban diferentes especificaciones pudieran comunicarse entre sí. Se dieron cuenta que necesitaban salir de los sistemas de networking propietarios. Los sistemas propietarios se desarrollan, pertenecen y son controlados por organizaciones privadas. En la industria de la informática, "propietario" es lo contrario de "abierto". "Propietario" significa que un pequeño grupo de empresas controla el uso total de la tecnología. Abierto significa que el uso libre de la tecnología está disponible para todos. Para enfrentar el problema de incompatibilidad de las redes y su imposibilidad de comunicarse entre sí, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) estudió esquemas de red como DECNET, SNA y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas, como resultado de esta investigación, la ISO desarrolló un modelo de red que ayudaría a los fabricantes a crear redes que fueran compatibles y que pudieran operar con otras redes.

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El proceso de dividir comunicaciones complejas en tareas más pequeñas y separadas se podría comparar con el proceso de construcción de un automóvil, visto globalmente, el diseño, la fabricación y el ensamblaje de un automóvil es un proceso de gran complejidad. Es poco probable que una sola persona sepa cómo realizar todas las tareas requeridas para la construcción de un automóvil desde cero. Es por ello que los ingenieros mecánicos diseñan el automóvil, los ingenieros de fabricación diseñan los moldes para fabricar las partes y los técnicos de ensamblaje ensamblan cada uno una parte del auto. El modelo de referencia OSI (Nota: No debe confundirse con ISO.), lanzado en 1984, fue el esquema descriptivo que crearon. Este modelo proporcionó a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red utilizados por las empresas a nivel mundial.

EL MODELO DE REFERENCIA OSI. El modelo de referencia OSI es el modelo principal para las comunicaciones por red, aunque existen otros modelos, en la actualidad la mayoría de los fabricantes de redes relacionan sus productos con el modelo de referencia OSI, especialmente cuando desean enseñar a los usuarios cómo utilizar sus productos. Los fabricantes consideran que es la mejor herramienta disponible para enseñar cómo enviar y recibir datos a través de una red. El modelo de referencia OSI permite que los usuarios vean las funciones de red que se producen en cada capa, más importante aún, el modelo de referencia OSI es un marco que se puede utilizar para comprender cómo viaja la información a través de una red. Además, puede usar el modelo de referencia OSI para visualizar cómo la información o los paquetes de datos viajan desde los programas de aplicación (por ej., hojas de cálculo, documentos, etc.), a través de un medio de red (por ej., cables, etc.), hasta otro programa de aplicación ubicado en otro computador de la red, aun cuando el transmisor y el receptor tengan distintos tipos de medios de red.

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En el modelo de referencia OSI, hay siete capas numeradas, cada una de las cuales ilustra una función de red específica. Esta división de las funciones de networking se denomina división en capas. Si la red se divide en estas siete capas, se obtienen las siguientes ventajas:  Divide la comunicación de red en partes más pequeñas y sencillas.  Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes.  Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí.  Impide que los cambios en una capa puedan afectar las demás capas, para que se puedan desarrollar con más rapidez.  Divide la comunicación de red en partes más pequeñas para simplificar el aprendizaje.

CAPAS DEL MODELO DE REFERENCIA OSI. El problema de trasladar información entre computadores se divide en siete problemas más pequeños y de tratamiento más simple en el modelo de referencia OSI. Cada uno de los siete problemas más pequeños está representado por su propia capa en el modelo. Las siete capas del modelo de referencia OSI son:  Capa 7: La capa de aplicación.  Capa 6: La capa de presentación.  Capa 5: La capa de sesión.  Capa 4: La capa de transporte.  Capa 3: La capa de red.  Capa 2: La capa de enlace de datos.

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REDES INDUSTRIALES  Capa 1: La capa física. Al estudiar una por una las capas del modelo de referencia OSI, comprenderá de qué manera los paquetes de datos viajan a través de una red y qué dispositivos operan en cada capa a medida que los paquetes de datos las atraviesan. Como resultado, comprenderá cómo diagnosticar las fallas cuando se presenten problemas de red, especialmente durante el flujo de paquetes de datos.

Cada capa individual del modelo OSI tiene un conjunto de funciones que debe realizar para que los paquetes de datos puedan viajar en la red desde el origen hasta el destino. A continuación, presentamos una breve descripción de cada capa del modelo de referencia OSI tal como aparece en la figura.  Capa 7: La capa de aplicación La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario; suministra servicios de red a las aplicaciones del usuario. Difiere de las demás capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI, sino solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. Algunos ejemplos de aplicaciones son los programas de hojas de cálculo, de procesamiento de texto y los de las terminales bancarias. La capa de aplicación establece la disponibilidad de los potenciales socios de comunicación, sincroniza y establece acuerdos sobre los procedimientos de recuperación de errores y control de la integridad de los datos. Si desea recordar a la Capa 7 en la menor cantidad de palabras posible, piense en los navegadores de Web.  Capa 6: La capa de presentación La capa de presentación garantiza que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda ser leída por la capa de aplicación de otro. De ser necesario, la capa de presentación traduce entre varios

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REDES INDUSTRIALES formatos de datos utilizando un formato común. Si desea recordar la Capa 6 en la menor cantidad de palabras posible, piense en un formato de datos común.  Capa 5: La capa de sesión Como su nombre lo implica, la capa de sesión establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando. La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts y administra su intercambio de datos. Además de regular la sesión, la capa de sesión ofrece disposiciones para una eficiente transferencia de datos, clase de servicio y un registro de excepciones acerca de los problemas de la capa de sesión, presentación y aplicación. Si desea recordar la Capa 5 en la menor cantidad de palabras posible, piense en diálogos y conversaciones.  Capa 4: La capa de transporte La capa de transporte segmenta los datos originados en el host emisor y los reensambla en una corriente de datos dentro del sistema del host receptor. El límite entre la capa de transporte y la capa de sesión puede imaginarse como el límite entre los protocolos de aplicación y los protocolos de flujo de datos. Mientras que las capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con asuntos de aplicaciones, las cuatro capas inferiores se encargan del transporte de datos.  La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla las capas superiores de los detalles de implementación del transporte. Específicamente, temas como la confiabilidad del transporte entre dos hosts es responsabilidad de la capa de transporte. Al proporcionar un servicio de comunicaciones, la capa de transporte establece, mantiene y termina adecuadamente los circuitos virtuales. Al proporcionar un servicio confiable, se utilizan dispositivos de detección y recuperación de errores de transporte. Si desea recordar a la Capa 4 en la menor cantidad de palabras posible, piense en calidad de servicio y confiabilidad.  Capa 3: La capa de red La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. Si desea recordar la Capa 3 en la menor cantidad de palabras posible, piense en selección de ruta, direccionamiento y enrutamiento.  Capa 2: La capa de enlace de datos La capa de enlace de datos proporciona tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico) , la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo. Si desea recordar la Capa 2 en la menor cantidad de palabras posible, piense en tramas y control de acceso al medio.  Capa 1: La capa física La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas,

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REDES INDUSTRIALES conectores físicos y otros atributos similares son definidos por las especificaciones de la capa física. Si desea recordar la Capa 1 en la menor cantidad de palabras posible, piense en señales y medios.

ENCAPSULAMIENTO. Todas las comunicaciones de una red parten de un origen y se envían a un destino, y que la información que se envía a través de una red se denomina datos o paquete de datos. Si un computador (host A) desea enviar datos a otro (host B), en primer término los datos deben empaquetarse a través de un proceso denominado encapsulamiento.

El encapsulamiento rodea los datos con la información de protocolo necesaria antes de que se una al tránsito de la red. Por lo tanto, a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI, reciben encabezados, información final y otros tipos de información. (Nota: La palabra "encabezado" significa que se ha agregado la información correspondiente a la dirección).

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Para ver cómo se produce el encapsulamiento, examine la forma en que los datos viajan a través de las capas como lo ilustra la siguiente figura. Una vez que se envían los datos desde el origen, como se describe en la siguiente figura, viajan a través de la capa de aplicación y recorren todas las demás capas en sentido descendiente. Como puede ver, el empaquetamiento y el flujo de los datos que se intercambian experimentan cambios a medida que las redes ofrecen sus servicios a los usuarios finales. Como lo muestran las figuras, las redes deben realizar los siguientes cinco pasos de conversión a fin de encapsular los datos:  Crear los datos. Cuando un usuario envía un mensaje de correo electrónico, sus caracteres alfanuméricos se convierten en datos que pueden recorrer la internetwork.  Empaquetar los datos para ser transportados de extremo a extremo. Los datos se empaquetan para ser transportados por la internetwork. Al utilizar segmentos, la función de transporte asegura que los hosts del mensaje en ambos extremos del sistema de correo electrónico se puedan comunicar de forma confiable.  Anexar (agregar) la dirección de red al encabezado. Los datos se colocan en un paquete o datagrama que contiene el encabezado de red con las direcciones lógicas de origen y de destino. Estas direcciones ayudan a los dispositivos de red a enviar los paquetes a través de la red por una ruta seleccionada.  Anexar (agregar) la dirección local al encabezado de enlace de datos. Cada dispositivo de la red debe poner el paquete dentro de una trama. La trama le permite conectarse al próximo dispositivo de red conectado directamente en el enlace. Cada dispositivo en la ruta de red seleccionada requiere el entramado para poder conectarse al siguiente dispositivo.  Realizar la conversión a bits para su transmisión. La trama debe convertirse en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio (por lo general un cable). Una función de temporización permite que los dispositivos distingan estos bits a

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REDES INDUSTRIALES medida que se trasladan por el medio. El medio en la internetwork física puede variar a lo largo de la ruta utilizada. Por ejemplo, el mensaje de correo electrónico puede originarse en una LAN, cruzar el backbone de un campus y salir por un enlace WAN hasta llegar a su destino en otra LAN remota. Los encabezados y la información final se agregan a medida que los datos se desplazan a través de las capas del modelo OSI.

NOMBRES DE LOS DATOS EN CADA CAPA DEL MODELO OSI. Para que los paquetes de datos puedan viajar desde el origen hasta su destino, cada capa del modelo OSI en el origen debe comunicarse con su capa igual en el lugar destino. Esta forma de comunicación se conoce como comunicaciones de par-a-par. Durante este proceso, cada protocolo de capa intercambia información, que se conoce como unidades de datos de protocolo (PDU), entre capas iguales. Cada capa de comunicación, en el computador origen, se comunica con un PDU específico de capa y con su capa igual en el computador destino como lo ilustra la siguiente figura.

Los paquetes de datos de una red parten de un origen y se envían a un destino. Cada capa depende de la función de servicio de la capa OSI que se encuentra debajo de ella. Para brindar este servicio, la capa inferior utiliza el encapsulamiento para colocar la PDU de la capa superior en su campo de datos, luego le puede agregar cualquier encabezado e información final que la capa necesite para ejecutar su función. Posteriormente, a medida que los datos se desplazan hacia abajo a través de las capas del modelo OSI, se agregan encabezados e información final adicionales. Después de que las Capas 7, 6 y 5 han agregado la información, la Capa 4 agrega más información. Este agrupamiento de datos, la PDU de Capa 4, se denomina segmento. Por ejemplo, la capa de red presta un servicio a la capa de transporte y la capa de transporte presenta datos al subsistema de internetwork. La tarea de la capa de red consiste en trasladar esos datos a través de la internetwork, ejecuta esta tarea encapsulando los datos y agregando un encabezado, con

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REDES INDUSTRIALES lo que crea un paquete (PDU de Capa 3). Este encabezado contiene la información necesaria para completar la transferencia, como por ejemplo, las direcciones lógicas origen y destino.

La capa de enlace de datos suministra un servicio a la capa de red. Encapsula la información de la capa de red en una trama (la PDU de Capa 2); el encabezado de la trama contiene información (por ej., direcciones físicas) que es necesaria para completar las funciones de enlace de datos. La capa de enlace de datos suministra un servicio a la capa de red encapsulando la información de la capa de red en una trama. La capa física también suministra un servicio a la capa de enlace de datos. La capa física codifica los datos de la trama de enlace de datos en un patrón de unos y ceros (bits) para su transmisión a través del medio (generalmente un cable) en la Capa 1.

COMPARACIÓN DEL MODELO OSI Y EL MODELO TCP/IP. MODELO DE REFERENCIA TCP/IP. Aunque el modelo de referencia OSI sea universalmente reconocido, el estándar abierto de Internet desde el punto de vista histórico y técnico es el Protocolo de control de transmisión/Protocolo Internet (TCP/IP). El modelo de referencia TCP/IP y la pila de protocolo TCP/IP hacen que sea posible la comunicación entre dos computadores, desde cualquier parte del mundo, a casi la velocidad de la luz. El modelo TCP/IP tiene importancia histórica, al igual que las normas que permitieron el desarrollo de la industria telefónica, de energía eléctrica, el ferrocarril, la televisión y las industrias de vídeos. Las capas del modelo de referencia TCP/IP.

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REDES INDUSTRIALES El Departamento de Defensa de EE.UU. (DoD) creó el modelo TCP/IP porque necesitaba una red que pudiera sobrevivir ante cualquier circunstancia, incluso una guerra nuclear. Para brindar un ejemplo más amplio, supongamos que el mundo está en estado de guerra, atravesado en todas direcciones por distintos tipos de conexiones: cables, microondas, fibras ópticas y enlaces satelitales. Imaginemos entonces que se necesita que fluya la información o los datos (organizados en forma de paquetes), independientemente de la condición de cualquier nodo o red en particular de la internetwork (que en este caso podrían haber sido destruidos por la guerra). El DoD desea que sus paquetes lleguen a destino siempre, bajo cualquier condición, desde un punto determinado hasta cualquier otro. Este problema de diseño de difícil solución fue lo que llevó a la creación del modelo TCP/IP, que desde entonces se transformó en el estándar a partir del cual se desarrolló Internet.

A medida que obtenga más información acerca de las capas, tenga en cuenta el propósito original de Internet; esto le ayudará a entender por qué motivo ciertas cosas son como son. El modelo TCP/IP tiene cuatro capas: la capa de aplicación, la capa de transporte, la capa de Internety la capa de acceso de red. Es importante observar que algunas de las capas del modelo TCP/IP poseen el mismo nombre que las capas del modelo OSI. No confunda las capas de los dos modelos, porque la capa de aplicación tiene diferentes funciones en cada modelo.  Capa de aplicación Los diseñadores de TCP/IP sintieron que los protocolos de nivel superior deberían incluir los detalles de las capas de sesión y presentación. Simplemente crearon una capa de aplicación que maneja protocolos de alto nivel, aspectos de representación, codificación y control de diálogo. El modelo TCP/IP combina todos los aspectos relacionados con las aplicaciones en una sola capa y garantiza que estos datos estén correctamente empaquetados para la siguiente capa.  Capa de transporte La capa de transporte se refiere a los aspectos de calidad del servicio con respecto a la confiabilidad, el control de flujo y la corrección de errores. Uno de sus protocolos, el protocolo para el control de la transmisión (TCP), ofrece

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REDES INDUSTRIALES maneras flexibles y de alta calidad para crear comunicaciones de red confiables, sin problemas de flujo y con un nivel de error bajo. TCP es un protocolo orientado a la conexión. Mantiene un diálogo entre el origen y el destino mientras empaqueta la información de la capa de aplicación en unidades denominadas segmentos. Orientado a la conexión no significa que el circuito exista entre los computadores que se están comunicando (esto sería una conmutación de circuito). Significa que los segmentos de Capa 4 viajan de un lado a otro entre dos hosts para comprobar que la conexión exista lógicamente para un determinado período. Esto se conoce como conmutación de paquetes.  Capa de Internet El propósito de la capa de Internet es enviar paquetes origen desde cualquier red en la internetwork y que estos paquetes lleguen a su destino independientemente de la ruta y de las redes que recorrieron para llegar hasta allí. El protocolo específico que rige esta capa se denomina Protocolo Internet (IP). En esta capa se produce la determinación de la mejor ruta y la conmutación de paquetes. Esto se puede comparar con el sistema postal. Cuando envía una carta por correo, usted no sabe cómo llega a destino (existen varias rutas posibles); lo que le interesa es que la carta llegue  Capa de acceso de red El nombre de esta capa es muy amplio y se presta a confusión. También se denomina capa de host a red. Es la capa que se ocupa de todos los aspectos que requiere un paquete IP para realizar realmente un enlace físico y luego realizar otro enlace físico. Esta capa incluye los detalles de tecnología LAN y WAN y todos los detalles de las capas físicas y de enlace de datos del modelo OSI.

COMPARACIÓN ENTRE EL MODELO OSI Y EL MODELO TCP/IP. Similitudes:  Ambos se dividen en capas.  Ambos tienen capas de aplicación, aunque incluyen servicios muy distintos.  Ambos tienen capas de transporte y de red similares.  Se supone que la tecnología es de conmutación por paquetes (no de conmutación por circuito).  Los profesionales de networking deben conocer ambos. Diferencias:  TCP/IP combina las funciones de la capa de presentación y de sesión en la capa de aplicación.

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REDES INDUSTRIALES  TCP/IP combina la capa de enlace de datos y la capa física del modelo OSI en una sola capa.  TCP/IP parece ser más simple porque tiene menos capas.  Los protocolos TCP/IP son los estándares en torno a los cuales se desarrolló la Internet, de modo que la credibilidad del modelo TCP/IP se debe en gran parte a sus protocolos. En comparación, las redes típicas no se desarrollan normalmente a partir del protocolo OSI, aunque el modelo OSI se usa como guía.

USO DE LOS MODELOS OSI Y TCP/IP. Aunque los protocolos TCP/IP representan los estándares en base a los cuales se ha desarrollado la Internet, utilizamos el modelo OSI por los siguientes motivos:  Es un estándar mundial, genérico, independiente de los protocolos.  Es más detallado, lo que hace que sea más útil para la enseñanza y el aprendizaje.  Al ser más detallado, resulta de mayor utilidad para el diagnóstico de fallas. Muchos profesionales de networking tienen distintas opiniones con respecto al modelo que se debe usar, existe una diferencia entre un modelo (es decir, capas, interfaces y especificaciones de protocolo) y el protocolo real que se usa en networking. Usted usará el modelo OSI y los protocolos TCP/IP.

Se concentrará en TCP como un protocolo de Capa 4 de OSI, IP como un protocolo de Capa 3 de OSI y Ethernet como una tecnología de las Capas 2 y 1. El diagrama de la figura indica que posteriormente durante el curso se examinará una tecnología de la capa de enlace de datos y de la capa física en particular entre las diversas opciones disponibles: esta tecnología será Ethernet.

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REDES INDUSTRIALES RED INDUSTRIAL. Las redes de comunicaciones industriales deben su origen a la fundación FieldBus (Redes de campo). La fundación FieldBus, desarrollo un nuevo protocolo de comunicación, para la medición y control de procesos donde todos los instrumentos puedan comunicarse en una misma plataforma. Las comunicaciones entre los instrumentos de proceso y el sistema de control se basan principalmente en señales analógicas (neumáticas de 3 a 15 psi en las válvulas de control y electrónicas de 4 a 20 mA cc). Pero ya existen instrumentos digitales capaces de manejar gran cantidad de datos y guardarlos históricamente; su precisión es diez veces mayor que la de la señal típica de 4-20 mA cc. En vez de transmitir cada variable por un par de hilos, transmiten secuencialmente las variables por medio de un cable de comunicaciones llamado bus. La tecnología fieldbus (bus de campo) es un protocolo de comunicaciones digital de alta velocidad que está creada para remplazar la clásica señal de 4-20 mA que aún se utiliza en muchos de los sistemas DCS (Sistema de Control Distribuido) y PLC (Controladores Lógicos Programables), instrumentos de medida y transmisión y válvulas de control. La arquitectura fieldbus conecta estos instrumentos con computadores que se usan en diferentes niveles de coordinación y dirección de la planta. Muchos de los protocolos patentados para dichas aplicaciones tiene una limitante y es que el fabricante no permite al usuario final la interoperabilidad de instrumentos, es decir, no es posible intercambiar los instrumentos de un fabricante por otro similar. Es claro que estas tecnologías cerradas tienden a desaparecer ya que actualmente es necesaria la interoperabilidad de sistemas y aparatos y así tener la capacidad de manejar sistemas abiertos y estandarizados. Con el mejoramiento de los protocolos de comunicación es ahora posible reducir el tiempo necesitado para la transferencia de datos, asegurando la misma, garantizando el tiempo de sincronización y el tiempo real de respuesta determinística en algunas aplicaciones.

TECNOLOGÍA DE BUSES DE CAMPO. Físicamente podemos considerar a un bus como un conjunto de conductores conectando conjuntamente más circuitos para permitir el intercambio de datos. Contrario a una conexión punto a punto donde solo dos dispositivos intercambian información, un bus consta normalmente de un número de usuarios superior, además que generalmente un bus transmite datos en modo serial, a excepción de algún protocolo de bus particular como SCSI, o IEEE-488 utilizado para interconexión de instrumentos de medición, que no es el caso de los buses tratados como buses de campo. Para una transmisión serial es suficiente un número de cables muy limitado, generalmente son suficientes dos o tres conductores y la debida protección contra las perturbaciones externas para permitir su tendido en ambientes de ruido industrial.

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Ventajas de un bus de campo:  El intercambio puede llevar a cabo por medio de un mecanismo estándar.  Flexibilidad de extensión. - Conexión de módulos diferentes en una misma línea.  Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias.  Distancias operativas superiores al cableado tradicional. - Reducción masiva de cables y costo asociado.  Simplificación de la puesta en servicio.

Desventajas de un bus de campo:  Necesidad de conocimientos superiores.  Inversión de instrumentación y accesorios de diagnóstico.  Costos globales inicialmente superiores. Procesos de comunicación por medio de bus. El modo más sencillo de comunicación con el bus es el sondeo cliente/servidor. Más eficiente pero también más costoso es el Token bus (IEEE 802.4), desde el punto de vista físico tenemos un bus lineal, desde el punto de vista lógico un token ring. El procedimiento token passing es una combinación entre cliente/servidor y token bus. Todo servidor inteligente puede ser en algún momento servidor.

TIPOS DE BUS. La mayoría de los buses trabajan en el nivel 1 con interfaz RS 485.  ASI (Actuator Sensor Interface). Es el bus más inmediato en el nivel de campo y más sencillo de controlar, consiste en un bus cliente/servidor con un máximo de 31 participantes, transmite por paquetes de solo 4 bits de dato. Es muy veloz, con un ciclo de 5 ms aproximadamente. Alcanza distancias de máximo 100 m.  BITBUS. Es el más difundido en todo el mundo, es cliente/servidor que admite como máximo 56 clientes, el paquete puede transmitir hasta 43 bytes de dato.  PROFIBUS (PROcess FIeld BUS). Es el estándar europeo en tecnología de buses, se encuentra jerárquicamente por encima de ASI y BITBUS, trabaja según procedimiento híbrido token passing, dispone de 31 participantes hasta un máximo de 127. Su paquete puede transmitir un máximo de 246 Bytes, y el ciclo para 31participantes es de aproximadamente 90 ms. Alcanza una distancia de hasta 22300 m.

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 FieldBus en OSI. En la arquitectura OSI, fieldbus ocupa los niveles 1 (Físico), 2 (Enlace de Datos) y 7 (Aplicación); teniendo en cuenta que este último no solo se encarga de la interfaz de usuario sino de aplicaciones específicas dependiendo de cada aplicación.

CLASIFICACIÓN DE LAS REDES INDUSTRIALES. Si se clasifican las redes industriales en diferentes categorías basándose en la funcionalidad, se hará en:  Buses Actuadores y Sensores. Inicialmente es usado un sensor y un bus actuador en conexión simple, dispositivos discretos con inteligencia limitada, como una foto sensor, un switch limitador o una válvula solenoide, controladores y consolas terminales.  Buses de Campo y Dispositivos. Estas redes se distinguen por la forma como manejan el tamaño del mensaje y el tiempo de respuesta. En general estas redes conectan dispositivos inteligentes en una sola red distribuida (Delta V de Emmerson). Estas redes ofrecen altos niveles de diagnóstico y capacidad de configuración, generalmente al nivel del poder de procesamiento de los dispositivos más inteligentes. Son las redes más sofisticadas que trabajan con control distribuido real entre dispositivos inteligentes, tal es el caso de FIELDBUS FOUNDATION.

COMPONENTES DE LAS REDES INDUSTRIALES. En grandes redes industriales un simple cable no es suficiente para conectar el conjunto de todos los nodos de la red. Deben definirse topologías y diseños de redes para proveer un aislamiento y conocer los requerimientos de funcionamiento.  Bridge. Con un puente la conexión entre dos diferentes secciones de red, puede tener diferentes características eléctricas y protocolos; además puede enlazar dos redes diferentes.  Repetidor. El repetidor o amplificador es un dispositivo que intensifica las señales eléctricas para que puedan viajar grandes distancias entre nodos. Con este dispositivo se pueden conectar un gran número de nodos a la red; además se pueden adaptar a diferentes medios físicos como cable coaxial o fibra óptica.  Gateway. Un gateway es similar a un puente ya que suministra interoperabilidad entre buses y diferentes tipos de protocolos y además las aplicaciones pueden comunicarse a través de él.

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REDES INDUSTRIALES  Enrutadores. Es un switch "Enrutador" de paquetes de comunicación entre diferentes segmentos de red que definen la ruta.

TOPOLOGÍA DE REDES INDUSTRIALES. Los sistemas industriales usualmente consisten de dos o más dispositivos, como un sistema industrial puede ser bastante grande debe considerarse la topología de la red; las topologías más comunes son: La Red Bus, Red Estrella y Red Híbrida.

BENEFICIOS DE UNA RED INDUSTRIAL.  Reducción de cableado (físicamente) - Dispositivos inteligentes (funcionalidad y ejecución).  Control distribuido (Flexibilidad).  Simplificación de cableado de las nuevas instalaciones.  Reducción de costo en cableado y cajas de conexión.  Aplicable a todo tipo de sistema de manufactura.  Incremento de la confiabilidad de los sistemas de producción.  Optimización de los procesos existentes.

REDES INDUSTRIALES CON PLC. Muchos sistemas están conformados por equipos de diferentes fabricantes y funcionan en diferentes niveles de automatización; además, a menudo se encuentran distanciados entre sí; pero sin embargo, se desea que trabajen en forma coordinada para un resultado satisfactorio del proceso. El objetivo principal es la comunicación totalmente integrada en el sistema. Al usuario, esto le reporta la máxima flexibilidad ya que también puede integrar sin problemas productos de otros fabricantes a través de las interfaces software estandarizadas. En los últimos años, las aplicaciones industriales basadas en comunicación digital se han incrementado haciendo posible la conexión de sensores, actuadores y equipos de control en una planta de procesamiento. De esta manera, la comunicación entre la sala de control y los instrumentos de campo se han convertido en realidad. La Comunicación digital debe integrar la información provista por los elementos de campo en el sistema de control de procesos.

SOLUCIONES CON ETHERNET. Aunque los buses de campo continuarán dominando las redes industriales, las soluciones basadas en Ethernet se están utilizando cada vez más en el sector de las tecnologías de automatización, donde las secuencias de procesos y producción son controladas por un

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REDES INDUSTRIALES modelo cliente/servidor con controladores, PLC y sistemas ERP (Planificación de los recursos de la empresa), teniendo acceso a cada sensor que se conecta a la red. La implementación de una red efectiva y segura también requiere el uso de conectores apropiados, disponibles en una amplia variedad y para soluciones muy flexibles. Los Gateway son dispositivos de capa de transporte; en donde la capa de aplicación no necesariamente es software por lo general las aplicaciones son de audio (alarmas), vídeo (vigilancia), monitoreo y control (sensores), conversión análoga/digital y digital/análoga. Para la programación de gateway de alto nivel se utiliza el C++ y para la programación menos avanzada se hace con hojas de cálculo. Estos dispositivos pueden ser programados de tal forma que en caso de una emergencia o un simple cambio a otro proceso no se haga manualmente sino realmente automático.

TAREA 4: IMPLEMENTA PROYECTOS DE CONTROL BASADO EN COMPUTADORA.

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REDES INDUSTRIALES Los primeros SCADA eran simplemente sistemas de telemetría, que proporcionaban reportes periódicos de las condiciones de campo vigilando las señales que representaban medidas y/o condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas. Estos sistemas ofrecían capacidades muy simples de monitoreo y control, sin proveer funciones de aplicación alguna. La visión del operador en el proceso estaba basada en los contadores y las lámparas detrás de tableros llenos de indicadores. Mientras la tecnología se desarrollaba, las computadoras asumieron el papel de manejar la recolección de datos, disponiendo comandos de control, y una nueva función - presentación de la información sobre una pantalla de video. Las computadoras agregaron la capacidad de programar el sistema para realizar funciones de control más complejas. Como ingenieros de varias industrias asistieron al diseño de estos sistemas, su percepción de SCADA adquirió las características de su propia industria. Proveedores de sistemas de software SCADA, deseando reutilizar su trabajo previo sobre los nuevos proyectos, perpetuaron esta imagen de industria específicos por su propia visión de los ambientes de control con los cuales tenían experiencia. Solamente cuando nuevos proyectos requirieron funciones y aplicaciones adicionales, hizo que los desarrolladores de sistemas SCADA tuvieran la oportunidad de desarrollar experiencia en otras industrias Equipos y Materiales:  Computador Pentium 4 o superior.  Sistema operativo Windows XP o superior.  Controlador lógico Programable Simatic S7-1200 o superior.  Equipo concentrador de red D-LINK.  Equipo concentrador de red inalámbrica D-LINK DWL-2100AP.  Programa de Automatización TIA Portal11.  Cable de comunicación de datos según norma TIA 568-B.

Orden de Ejecución:  Instalación del Programa de Automatización Industrial en la computadora.  Implementación de las tareas y comprobación del correcto funcionamiento de los equipos.

DESARROLLA UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN

Y CONTROL PARA UN

PROCESO REMOTO. En esta actividad vamos a diseñar un HMI interfaz hombre máquina que controlara un PLC Siemens S7-1200 conectado en una red Ethernet Industrial, para diseñar este

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REDES INDUSTRIALES sistema de supervisión emplearemos es software TIA Portal V11 que incluye en programa WinCC para crear los diferentes objetos visuales que podremos simular en la computadora o descargarlo en un Touch Panel Siemens KTP 1000 Basic. SISTEMAS HMI. HMI significa “Human Machine Interface”, es decir es el dispositivo o sistema que permite la interfaz entre una persona y la máquina. Tradicionalmente estos sistemas consistían en paneles compuestos por indicadores y comandos, tales como luces pilotos, indicadores digitales y análogos, registradores, pulsadores, selectores y otros que se interconectaban con la máquina o proceso. En la actualidad, dado que las máquinas y procesos en general están implementadas con controladores y otros dispositivos electrónicos que dejan disponibles puertas de comunicación, es posible contar con sistemas de HMI bastantes más poderosos y eficaces, además de permitir una conexión más sencilla y económica con el proceso o máquinas, podemos mencionar:  Terminal de Operador, consistente en un dispositivo, generalmente construido para ser instalado en ambientes agresivos, donde pueden ser solamente de despliegues numéricos, o alfanuméricos o gráficos. Pueden ser además con pantalla sensible al tacto (touch screen)

 PC + Software, esto constituye otra alternativa basada en un PC en donde se carga un software apropiado para la aplicación. Como PC se puede utilizar cualquiera según lo exija el proyecto, en donde existen los llamados Industriales (para ambientes agresivos), los de panel (Panel PC) que se instalan en gabinetes dando una apariencia de terminal de operador, y en general veremos muchas formas de hacer un PC, pasando por el tradicional PC de escritorio.

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PROCEDIMIENTO. 1. Realizaremos la supervisión del proceso de almacenamiento de un producto, este es transportado hasta una máquina que los empaqueta y almacena en un depósito, este proceso debe ser monitoreado por el supervisor desde su despacho mientras los trabajadores realizan sus labores. Conectaremos el controlador al proceso, luego realizaremos su programación y enlace a la red industrial, finalmente trabajaremos el HMI. Debemos tener en cuenta que todas las variables o Tags serán mencionadas por el nombre de marca y no por su dirección absoluta, una de las ventajas de trabajar con el programa TIA portal está en que declaramos todas las variables al iniciar el proyecto.

2. Iniciamos el programa TIA portal y creamos un nuevo proyecto, en esta primera parte seleccionamos PLC S7 1200.

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3. Seleccionamos la opción de configuramos de dispositivos, luego ingresamos la dirección IP para acceder al controlador desde la red y realizar su programación (el controlador S7 1200 no posee puerto serie integrado).

4. Realizamos el programa que cargara el controlador, para realizar la programación ingresamos a la opción “Bloques de Programa” y seleccionamos el bloque “Main-OB1” que es el bloque principal de nuestro programa.

5. Los bloques de programación será insertados desde la paleta de “Instrucciones Básicas” en la que podemos escoger: operaciones lógicas con bits, temporizadores, comparadores, contadores, funciones matemáticas, conversión, etc.

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6. El segmento1 se encarga de las funciones básicas del sistema: iniciar proceso BTN_START, BIT_START_HMI, terminar proceso: BTN_STOP, MEN_CANTIDAD_PRODUCTOS_COMPLETA y la bobina correspondiente a la marca del motor. M_MOTOR_FAJA.

7. El segmento2 se encarga de transportar el producto y este proceso inicia cuando la marca del motor M_MOTOR_FAJA, SENSOR_INGRESO_PRODUCTO tiene el valor de “1”, esto activara al temporizador TIMER_TRANSPORTE, mientras el temporizador este activado activara a un FLIP_FLOP denominado M_TRANSPORTE que se encargara de activar a la salida del motor Q_MOTOR_FAJA y al mismo tiempo a INDICADOR DE ACTIVIDAD. La salida Q_MOTOR_FAJA será detenida si activamos BTN_STOP, BIT_STOP_HMI, MEN_CANTIDAD_PRODUCTOS_COMPLETA. El valor del contador es una variable de tipo TIME, esta variable será convertida y luego dividida para obtener un numero de tipo entero con T_SEG_TRANSPORTE.

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8. El segmento3 se encarga de sellar el producto cuando SENSOR_LLEGADA_PRODUCTO sea verdadero, activara al segundo temporizador denominado TIMER_SELLADO, cuando suceda este evento el flip-flop MEMORIA_SELLADO activara la salida de sellado. La salida Q_PISTON_SELLADO se mantendrá activada hasta que BTN_STOP, BIT_STOP_HMI, MEN_CANTIDAD_PRODUCTOS_ COMPLETA sean verdaderas. En este segmento también se toma el tiempo de sellado y el tiempo TIMER_SELLADO es convertido y almacenado en la variable TIEMPO_SEG_SELLADO.

9. El segmento4 se encarga del almacenamiento del producto, el pistón de almacenamiento del producto en el depósito, en ese instante se desactivaran M_MOTOR_FAJA, MEMORIA_SELLADO, M_TRANSPORTE, el pistón de sellado se mantendrá activada hasta que BTN_STOP, BIT_STOP_HMI, MEN_CANTIDAD_PRODUCTOS_ COMPLETA sean verdaderas. Cuando el producto se almacenado se activara SENSOR_PRODUCTO_ALMACENADO e iniciara el

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REDES INDUSTRIALES contador que tendrá como limite la variable MEMORIA_CANT_MAX_PRODUCTOS, si las cantidades son iguales ya no se podrá colocar más depósitos en la faja transportadora.

10. Adicionalmente se agregó un bloque de función denominado “SENSOR DE ACTIVIDAD” que tiene la función de activar una salida intermitente que será conectada a indicadores luminosos, para avisar a los operadores que la maquina se encuentra en actividad.

11. Luego de descargar el programa en el controlador agregamos un nuevo dispositivo en el árbol de proyecto que en este caso será la interfaz HMI.

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12. Seleccionamos al HMI KPT100 dentro de las opciones SIMATIC Basic Panel de 10 pulgadas.

13. Configuramos la conexión del HMI Panel con el controlador, seleccionándolo presionando el botón examinar.

14. En la ventana de presentación de la imagen se puede personalizar la presentación del color de la interfaz y el encabezado, en este caso será hora, fecha y Logotipo.

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15. En la ventana de botones podemos ubicar los botones: inicio de sesión, imagen inicial e idioma, estos botones se ubican en la parte inferior.

16. En la ventana de botones podemos ubicar los botones: inicio de sesión, imagen inicial e idioma, estos botones se ubican en la parte inferior.

17. Podemos comprobar la comunicación Ethernet seleccionando la opción “Dispositivos y redes”, veremos los dispositivos conectados a la red Profinet PN/IE_1 con una línea de color verde.

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18. Si los dispositivos no están conectados podemos realizar la comunicación manualmente con un clic derecho sobre el HMI y seleccionamos la propiedad “Asignar a una Subred nueva”.

19. En la ventana de selección de Subred seleccionamos red Profinet PN/IE_1, luego presionamos el botón aceptar.

20. Realizamos el mismo procedimiento del paso 18 para configurar el controlador lógico programable agregándolo a una subred nueva.

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21. Luego de realizar la configuración manual de los equipos la vista de redes quedara como la imagen a continuación.

22. Después de personalizar la ventana del programa HMI, el programa TIA muestra la imagen raíz en la que agregaremos los objetos visuales, estos objetos pueden ser botones, registros de nivel, formas, indicadores numéricos y gráficos, los objetos pueden arrastrarse y soltarse desde de la paleta “Gráficos” desde la librería “Automation Equipment”.

23. En la figura que se muestra a continuación veremos la interfaz del sistema para sellado de paquetes, estos objetos se pueden enlazar a los tags que creamos en el programa del controlador lógico programable.

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24. Las etiquetas relacionadas al estado de sensores, motores y pistones se pueden configurar de tal forma que cuando se activen el fondo de esta etiqueta cambie de color, por ejemplo selecciónalos la etiqueta de texto S1:ON y en la ventana de propiedades del objeto agregamos la animación apariencia.

25. En la celda nombre buscamos la variable del PLC relacionada al sensor de ingreso de producto, luego presionamos el botón aceptar.

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REDES INDUSTRIALES 26. Luego de enlazar la variable configuramos la apariencia del fondo del texto, seleccionamos el tipo “Rango”, la variable que acabamos de enlazar es de tipo Bolean y cuando tenga el valor de cero el fondo del texto será de color blanco, si es uno el color cambia por amarillo, esto podemos configurarlo desde la paleta de colores.

27. El siguiente objeto que configuraremos será la figura que representa al producto desplazándose en la faja transportadora, para este objeto configuramos una animación de movimiento horizontal, en la opción rango ingresamos los valores de 1 a 9 que es el rango en segundos. 28.

29. En la opción proceso enlazamos la variable del controlador lógico programable relacionado al tiempo que necesita el producto para transportarse en la faja transportadora.

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30. En la configuración de la figura debemos tener en cuenta que cuando el valor de la variable relacionada al tiempo tiene valor es cero, se debe configurar como invisible, en caso contrario siempre se observaría al grafico en movimiento.

31. Para configurar el objeto botón enlazamos la variable START con la etiqueta del controlador lógico programable.

32. El objeto botón es manejado por eventos, en este caso se configura la variable BIT_START_HMI con los eventos Pulsar y Soltar, para cada evento debemos enlazar la variable de tal manera que cada vez que el botón sea pulsado cambie su estado al ser soltado.

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33. El objeto indicador numérico también puede configurarse añadiendo una animación de valor de proceso, en la ventana proceso enlazamos el valor de la variable del controlador lógico programable

FUNDAMENTO TEÓRICO. SCADA es un acrónimo por “Supervisory Control And Data Acquisition” (control supervisor y adquisición de datos). Los sistemas SCADA utilizan la computadora y tecnologías de comunicación para automatizar el monitoreo y control de procesos industriales. Estos sistemas son partes integrales de la mayoría de los ambientes industriales complejos o

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REDES INDUSTRIALES muy geográficamente dispersos, ya que pueden recoger la información de una gran cantidad de fuentes muy rápidamente, y la presentan a un operador en una forma amigable. Los sistemas SCADA mejoran la eficacia del proceso de monitoreo y control proporcionando la información oportuna para poder tomar decisiones operacionales apropiadas.

Los primeros SCADA eran simplemente sistemas de telemetría, que proporcionaban reportes periódicos de las condiciones de campo vigilando las señales que representaban medidas y/o condiciones de estado en ubicaciones de campo remotas. Estos sistemas ofrecían capacidades muy simples de monitoreo y control, sin proveer funciones de aplicación alguna. La visión del operador en el proceso estaba basada en los contadores y las lámparas detrás de tableros llenos de indicadores. Mientras la tecnología se desarrollaba, las computadoras asumieron el papel de manejar la recolección de datos, disponiendo comandos de control, y una nueva función - presentación de la información sobre una pantalla de video. Las computadoras agregaron la capacidad de programar el sistema para realizar funciones de control más complejas. Como ingenieros de varias industrias asistieron al diseño de estos sistemas, su percepción de SCADA adquirió las características de su propia industria. Proveedores de sistemas de software SCADA, deseando reutilizar su trabajo previo sobre los nuevos proyectos, perpetuaron esta imagen de industria específicos por su propia visión de los ambientes de control con los cuales tenían experiencia. Solamente cuando nuevos proyectos requirieron funciones y aplicaciones adicionales, hizo que los desarrolladores de sistemas SCADA tuvieran la oportunidad de desarrollar experiencia en otras industrias. Hoy, los proveedores de SCADA están diseñando sistemas que son pensados para resolver las necesidades de muchas industrias, con módulos de software industria específicos disponibles para proporcionar las capacidades requeridas comúnmente. No es inusual encontrar software SCADA comercialmente disponible adaptado para

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REDES INDUSTRIALES procesamiento de papel y celulosa, industrias de aceite y gas, hidroeléctricas, gerenciamiento y provisión de agua, control de fluidos, etc. Puesto que los proveedores de SCADA aún tienen tendencia en favor de algunas industrias sobre otras, los compradores de estos sistemas a menudo dependen del proveedor para una comprensiva solución a su requisito, y generalmente procurar seleccionar un vendedor que pueda ofrecer una completa solución con un producto estándar que esté apuntado hacia las necesidades específicas del usuario final. Si selecciona a un vendedor con experiencia limitada en la industria del comprador, el comprador debe estar preparado para asistir al esfuerzo de ingeniería necesario para desarrollar el conocimiento adicional de la industria requerido por el vendedor para poner con éxito el sistema en ejecución. Para alcanzar un nivel aceptable de tolerancia de fallas con estos sistemas, es común tener computadoras SCADA redundantes operando en paralelo en el centro primario del control, y un sistema de reserva del mismo situado en un área geográficamente distante. Esta arquitectura proporciona la transferencia automática de la responsabilidad del control de cualquier ordenador que pueda llegar a ser inasequible por cualquier razón, a una computadora de reserva en línea, sin interrupción significativa de las operaciones. Sistemas similares a un sistema SCADA son vistos rutinariamente en fábricas, plantas de tratamiento, etc. Éstos son llamados a menudo como Sistemas de Control Distribuidos (DCS – “Distributed Control Systems”.) Tienen funciones similares a los sistemas SCADA, pero las unidades de colección o de control de datos de campo se establecen generalmente dentro de un área confinada. Las comunicaciones pueden ser vía una red de área local (LAN), y serán normalmente confiables y de alta velocidad. Un sistema DCS emplea generalmente cantidades significativas de control a lazo cerrado. Un sistema SCADA por otra parte, generalmente cubre áreas geográficas más grandes, y normalmente depende de una variedad de sistemas de comunicación menos confiables que una LAN. El control a lazo cerrado en esta situación será menos deseable. Un sistema SCADA se utiliza para vigilar y controlar la planta industrial o el equipamiento. El control puede ser automático, o iniciado por comandos de operador. La adquisición de datos es lograda en primer lugar por las RTU que exploran las entradas de información de campo conectadas con ellos (pueden también ser usados PLC – “Programmable Logic Controllers”). Esto se hace generalmente a intervalos muy cortos. La MTU entonces explorará las RTU generalmente con una frecuencia menor. Los datos se procesarán para detectar condiciones de alarma, y si una alarma estuviera presente, sería catalogada y visualizada en listas especiales de alarmas. Los datos pueden ser de tres tipos principales:

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REDES INDUSTRIALES  Datos analógicos (por ejemplo números reales) que quizás sean presentados en gráficos.  Datos digitales (on/off) que pueden tener alarmas asociadas a un estado o al otro.  Datos de pulsos (por ejemplo conteo de revoluciones de un medidor) que serán normalmente contabilizados o acumulados. La interfaz primaria al operador es una pantalla que muestra una representación de la planta o del equipamiento en forma gráfica. Los datos vivos (dispositivos) se muestran como dibujos o esquemas en primer plano (foreground) sobre un fondo estático (background). Mientras los datos cambian en campo, el foreground es actualizado (una válvula se puede mostrar como abierta o cerrada, etc.). Los datos analógicos se pueden mostrar como números, o gráficamente (esquema de un tanque con su nivel de líquido almacenado). El sistema puede tener muchas de tales pantallas, y el operador puede seleccionar los más relevantes en cualquier momento.

UNIDADES MAESTRAS (MASTER TERMINAL UNITS). La parte más visible de un sistema SCADA es la estación central o MTU. Éste es el "centro neurálgico" del sistema, y es el componente del cual el personal de operaciones se valdrá para ver la mayoría de la planta. Una MTU a veces se llama HMI –“Human Machine Interface”, interfaz ser humano – máquina.

CARACTERÍSTICAS DE LAS UNIDADES MAESTRAS. Todas las MTU de SCADA deben presentar una serie de características, algunas de estas son las siguientes:  Adquisición de datos. Recolección de datos de las unidades terminales remotas (RTU).  Gráficos de tendencia. Salvar los datos en una base de datos, y ponerlos a disposición de los operadores en forma de gráficos.  Procesamiento de Alarmas. Analizar los datos recogidos de las RTU para ver si han ocurrido condiciones anormales, y alertar a personal de operaciones sobre las mismas.  Control. Control a Lazo Cerrado, e iniciados por operador.  Visualizaciones. Gráficos del equipamiento actualizado para reflejar datos del campo. _  Informes La mayoría de los sistemas SCADA tienen un ordenador dedicado a la producción de reportes conectado en red (LAN o similar) con el principal.  Mantenimiento del Sistema Mirror. Se debe mantener un sistema idéntico con la capacidad segura de asumir el control inmediatamente sí la principal falla.

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REDES INDUSTRIALES  Interfaces con otros sistemas. Transferencia de datos hacia y desde otros sistemas corporativos para, por ejemplo, el procesamiento de órdenes de trabajo, de compra, la actualización de bases de datos, etc.  Seguridad. Control de acceso a los distintos componentes del sistema.  Administración de la red. Monitoreo de la red de comunicaciones.  Administración de la Base de datos. Agregar nuevas estaciones, puntos, gráficos, puntos de cambio de alarmas, y en general, reconfigurar el sistema.  Aplicaciones especiales. Casi todos los sistemas SCADA tendrán cierto software de aplicación especial, asociado generalmente al monitoreo y al control de la planta específica en la cual se está utilizando. Recordemos que las necesidades de las diferentes industrias pueden ser muy variadas.  Sistemas expertos, sistemas de modelado. Los más avanzados pueden incluir sistemas expertos incorporados, o capacidad de modelado de datos

HARDWARE Y SOFTWARE. Las MTU de sistemas SCADA se pueden implementar en la mayoría de las plataformas existentes. Los primeros sistemas existentes tendieron a ser propietarios y muy especializados, y donde fueron utilizados sistemas operativos de fines generales, tendieron a ser modificados ampliamente. Esto debido a que los requisitos de SCADA superaban los límites de la tecnología disponible en el momento y por razones de desempeño ya que tendieron a proporcionar sistemas gráficos por encargo, a usar bases de datos en tiempo real (con gran parte de la base de datos en memoria), y a menudo el hardware debió ser modificado para estos requisitos particulares. La serie Digital Equipment Corporation PDP11 y el sistema operativo RSX11M eran quizás la plataforma más común en los SCADA del siglo pasado. Posteriormente, Unix comenzó a ser el sistema operativo de más frecuente elección. Mientras la potencia de la PC aumentaba, los sistemas Intel llegaron a ser muy comunes, aunque las plataformas DEC Alfa, y otras estaciones de trabajo de fines elevados estén aún en uso. En épocas recientes Windows NT ha alcanzado alta aceptación dentro de la comunidad SCADA, aunque los sistemas muy grandes siguen siendo en la mayor parte de los casos estaciones de trabajo Unix (QNX o Solaris), las cuales son más veloces en sus respuestas.

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Actualmente la industria se está desarrollando claramente hacia estándares abiertos: ODBC, INTEL PC, sistemas estándares de gráficos, e interconectividad a sistemas de computación corrientes. En años recientes ha aparecido en el mercado un importante número de sistemas SCADA sobre plataformas INTEL PC, ya que éstas están aumentando rápidamente su capacidad y desempeño, ejemplos de ellos son Citect, FIX de Intellution, KEPware, Wonderware y Wincc.

HARDWARE EN SISTEMAS DE SUPERVISIÓN: PLC Y PC. El hecho es que las tareas automatizadas de control, visualización y computación pueden ser efectuadas por los PLC (conectados en red mediante los módulos adecuados) mejor que con sistemas exclusivos de control basados en PC. Lo que finalmente es práctico, no obstante, depende de un gran número de factores y la mayoría deben ser considerados individualmente para cada proyecto de automatización. Así, por ejemplo, los actuales conocimientos y preferencias del usuario pueden jugar un mayor papel que la pura potencia del ordenador. Los factores cruciales, no obstante, son los atributos de capacidad en tiempo real y las propiedades de seguridad que hasta ahora han sido fuertemente asociadas con el PLC, aunque el PC también puede disponer de la característica de capacidad en tiempo real.

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Un sistema de control es inconcebible sin capacidad en tiempo real. Es común en sistemas de control por ordenador tener que elegir, según las características del sistema a supervisar, entre el PLC o el PC. Se debe elegir aquel hardware que mejor se adapte a las necesidades del sistema a supervisar. Los controladores lógicos programables, en la mayoría de los casos, están diseñados específicamente para ser empleados en ambientes industriales exigentes y han sido continuamente desarrollados de forma que sus sistemas operativos en tiempo real representan su mayor virtud. Ellos son y seguirán siendo, no obstante, la primera elección para todo control de tareas críticas o extremas por su rendimiento y simpleza, en los que un PC podría estar simplemente "sobrecargado" debido al trabajo que le pueden suponer otras tareas de ámbito común, como la gestión y visualización de datos, accesos a periféricos, bases de datos, etc. Si, además del control de tareas, se necesita un procesamiento de datos, trabajo en red o visualización (una aplicación SCADA), un sistema basado en PC debe ser tomado en consideración. En cuanto a sistemas operativos, Windows NT, por ejemplo, no es estrictamente un sistema operativo en tiempo real como el de un PLC, pero puede actuar de forma suficientemente rápida para aplicaciones "suaves" en tiempo real, gracias a su arquitectura de micro-kernel.

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REDES INDUSTRIALES USO DEL PC COMO CENTRO NEURAL DEL MTU. En casa y en la oficina, el ordenador personal continúa con su progreso. El PC se ha establecido en un gran número de campos. Los componentes hardware y software están siendo cada vez más potentes y más rentables. Es lógico, por tanto, que la industria quiera tomar provecho de este hecho, para reducir costes y/o incrementar la productividad. Ciertas tareas industriales están actualmente en manos de los ordenadores desde hace tiempo: desde emplear la tecnología Windows cuando se manejan pedidos y/o se ajustan parámetros de maquinaria hasta preparar o visualizar datos prácticamente de cualquier tipo. No hay que sorprenderse entonces, que los especialistas en automatización y los usuarios estén pensando ahora en qué forma se pueden transferir al PC otras tareas, para poder llegar a un mayor ahorro. Más recientemente un gran número de simuladores de PLC (controladores lógicos programables) por software ha aparecido en el mercado, que están ayudando a transferir el control de tareas al disco duro y presentan una automatización más efectiva en costes en una simple pieza de hardware (el PC). Los computadores personales o PC tienen múltiples matices en cuanto a temas, arquitectura y forma de utilizarse, entre ellos tenemos: (1) Supervisión de Procesos, en el que se utilizan fundamentalmente los recursos del procesador para mostrar dinámicamente el funcionamiento de un proceso, (2) El control, en el que el procesador, a través de interfaces de entradas y salidas específicas permite manipular directamente el proceso y (3) El sistema SCADA, Control Supervisado y Adquisición de datos, en el que se realizan las dos funciones anteriores para sistemas relativamente complejos en los que generalmente está involucrada las comunicaciones. Cada una de estas tres categorías puede aplicarse en cualquier actividad sea industrial o manufacturera, tanto en el laboratorio como en la planta. Para el control se utilizan diversos tipos de computadores por lo que hay interfaces para las diversas arquitecturas internas, de las que el Bus PCI es el más utilizado en la actualidad. En la industria es el bus COMPACT PCI el equivalente más adecuado. Las computadoras industriales están preparadas para trabajar en los ambientes duros de la industria. Se ha discutido mucho el uso de los computadores haciendo la función de control, felizmente la tecnología ha avanzado en este sentido y la tendencia es hacia sistemas operativos más robustos, mientras tanto existen alternativas como la de LabVIEW Real time de National Instruments, en el que la interfaz de entradas y salidas en el microcomputador alberga un sistema operativo de tiempo real en el que se ejecuta el programa de control, de esta forma se tienen disponibles las ventajas de Windows y el control no se pierde aun cuando el sistema operativo (Windows) colapse.

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Los sistemas SCADA están constituidos por el Hardware, que generalmente es una red de controladores y estaciones remotas de adquisición de datos. El corazón de un sistema SCADA está en el "Software SCADA", que es el encargado de supervisar y controlar el Proceso a través del Hardware de control, generalmente el software SCADA trabaja conjuntamente con un PLC o una red de PLC. Este software permite supervisar el proceso desde un microcomputador, así como realizar las acciones de control a través del PLC, controlador o sistema de control. En el mercado existen varios programas que realizan esta función. Tan importante como el 'Hardware' es el 'Software' especializado para el control y la supervisión de procesos. Los niveles de 'software' podrían ser escalonados en: (1) 'Software' de manejo a nivel de registros para las interfaces, (2) programas de usuario en lenguajes de alto nivel, utilizando rutinas suministradas por los fabricantes de 'hardware', (3) Sistemas de desarrollo y generadores de código fuente dedicados a la adquisición y procesamiento de data así como el control y supervisión de procesos tal como LabVIEW antes mencionado, (4) 'Paquetes' de control y supervisión de procesos, que permiten administrar el 'hardware' de control de procesos basados en controladores lógicos programables (PLC), supervisar los procesos y administrar redes de microcomputadores y de controladores lógicos programables. La mayoría de Software de alta performance para la Automatización Industrial se ejecuta bajo Microsoft Windows NT, 98, 2000, Xp deben proveer una interfaz gráfica para su proceso, ya sea como Interfaz Humano Máquina (HMI: “Human Machine Interface”), o como un sistema de Supervisión, Control y Adquisición de Datos (SCADA).

ADQUISICIÓN DE DATOS. La función de adquisición de datos de un sistema SCADA es obviamente una función preponderante. Hay un número de características asociadas a la adquisición de datos. Los primeros sistemas SCADA tenían RTU tontos y el sistema central debía utilizar un sistema de interrogación (“polling”) para tener acceso a sus datos. La unidad maestra

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REDES INDUSTRIALES controlaba todas las comunicaciones, y una RTU nunca hablaba a menos que fuera interrogada. La unidad maestra preguntaba así a cada RTU alternadamente, pidiendo que le envíen sus datos. La RTU haría lo necesario para recuperar los últimos datos de sus instrumentos (además de la conversión de señales analógicas a digitales) y después contestaría a la petición de la unidad maestra. Al ser controladas las comunicaciones por la unidad maestra, éste registraba los datos con la hora de recepción, muchas veces muy distinta a la hora en que fueron generados. Algunas variaciones en esto se han introducido para mejorar la eficacia de comunicaciones.

La unidad maestra podía solicitar solamente algunos de los datos de una RTU en cada encuesta principal, y extraería los datos menos importantes en una segunda encuesta disparada con una frecuencia más baja. Con las RTU más inteligentes, se podían explorar independientemente sus entradas de información, sobre una base continua, e incluso agrupar por hora los datos. La unidad maestra entonces preguntaría a la RTU si tiene cualquier cosa para informar. Si nada hubiera cambiado desde la vez última, la RTU respondería sin novedad, y la unidad maestra se movería a la RTU siguiente. Para asegurarse de que un cierto acontecimiento no fue salteado, ocasionalmente la unidad maestra haría una encuesta completa como un chequeo de salud. Está claro lo que implica cuando una entrada de información digital ha cambiado, pero el uso del informe por excepción con valores analógicos significa que un cierto cambio del umbral está definido (típicamente 1-2%), y sobre éste se ha producido algún cambio. El informe por excepción puede reducir dramáticamente el tráfico de comunicaciones, siempre y cuando los datos estén cambiando en forma relativamente lenta. Cuando se están midiendo parámetros altamente volátiles puede aumentar drásticamente el tráfico. En este caso una solución es poner estos parámetros volátiles en una encuesta rutinaria, sacrificando una cierta exactitud en la hora de registro en pos de la reducción del tráfico.

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REDES INDUSTRIALES El acercamiento más sofisticado es permitir que la RTU reporte por excepción sin la encuesta previa por parte de la unidad maestra. Esto significa que el sistema de comunicaciones no se está utilizando para las repetidas encuestas con sin novedad siendo la respuesta más frecuente. Esto permite que un sistema típico controle muchos más RTU con la misma anchura de banda de comunicaciones. Como los asuntos asociados con parámetros altamente volátiles todavía existen, un chequeo de salud en background sigue siendo necesario, de otro modo una RTU podría salir de servicio y el sistema nunca se daría por enterado. Para utilizar esta técnica, el protocolo de comunicación debe tener la capacidad de proporcionar las direcciones de destino del mensaje, y de la fuente del mismo. Este sistema también implica que dos RTU pueden transmitir simultáneamente, interfiriendo uno con otro. Un sistema SCADA normalmente repetirá la transmisión si no recibe un acuse de recibo dentro de cierto tiempo. Si interfieren dos RTU transmitiendo simultáneamente, y, luego si ambos poseen el mismo tiempo de reenvío, interferirán otra vez. Por esta razón, el acercamiento típico es repetir el envío después de un período aleatoriamente seleccionado. El uso de timeouts al azar puede no ser suficiente cuando por ejemplo ha habido un apagón extenso. Incluso con re comprobaciones al azar, puede haber tanto tráfico que la RTU todavía no podrá conseguir realizar la transmisión. Por esta razón una mejora que es deseable es que después de 5 intentos, el período de re comprobación se fije en por ejemplo 1 minuto.

HUMAN MACHINE INTERFACE. HMI significa “Human Machine Interface”, es decir es el dispositivo o sistema que permite el interfaz entre la persona y la máquina. Tradicionalmente estos sistemas consistían en paneles compuestos por indicadores y comandos, tales como luces pilotos, indicadores digitales y análogos, registradores, pulsadores, selectores y otros que se interconectaban con la máquina o proceso. En la actualidad, dado que las máquinas y procesos en general están implementadas con controladores y otros dispositivos electrónicos que dejan disponibles puertas de comunicación, es posible contar con sistemas de HMI bastantes más poderosos y eficaces, además de permitir una conexión más sencilla y económica con el proceso o máquinas, como mostraremos a continuación. Tipos de HMI: Descontando el método tradicional, podemos distinguir básicamente dos tipos de HMIs:  Terminal de Operador, consistente en un dispositivo, generalmente construido para ser instalado en ambientes agresivos, donde pueden ser solamente de despliegues

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REDES INDUSTRIALES numéricos, o alfanuméricos o gráficos. Pueden ser además con pantalla sensible al tacto (touch screen).  PC + Software, esto constituye otra alternativa basada en un PC en donde se carga un software apropiado para la aplicación. Como PC se puede utilizar cualquiera según lo exija el proyecto, en donde existen los llamados Industriales (para ambientes agresivos), los de panel (Panel PC) que se instalan en gabinetes dando una apariencia de terminal de operador, y en general veremos muchas formas de hacer un PC, pasando por el tradicional PC de escritorio.

 Software HMI: Estos software permiten entre otras cosas las siguientes funciones: Interfase gráfica de modo de poder ver el proceso e interactuar con él, registro en tiempo real e histórico de datos, manejo de alarmas. Si bien es cierto sólo con la primera función enunciada es la propiamente HMI, casi todos los proveedores incluyen las otras dos ya sea en el mismo paquete o bien como opcionales. También es normal que dispongan de muchas más herramientas. Al igual que en los terminales de operador, se requiere de una herramienta de diseño o desarrollo, la cual se usa para configurar la aplicación deseada, y luego debe quedar corriendo en el PC un software de ejecución (Run Time).

WinCC. WinCC es un sistema HMI eficiente para la entrada bajo Microsoft Windows 2000y Windows XP. HMI significa "Human Machine Interface", o sea las interfaces entre el hombre (el usuario) y la maquina (el proceso). El control sobre el proceso en sí lo tiene el autómata programable (PLC). Es decir, por un lado hay una comunicación entre WinCC y el operador, y por otro lado entre WinCC y los autómatas programables. Con WinCC se visualiza el proceso y se programa la interfaz gráfica de usuario para el operador.

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 WinCC permite que el operador observe el proceso, para lo cual el proceso es visualizado gráficamente en la pantalla. En cuanto cambia un estado en el proceso se actualiza la visualización.  WinCC permite que el operador maneje el proceso; así, desde la interfaz gráfica de usuario él puede predeterminar un valor de consigna, abrir una válvula, etc.  Cuando se presenta algún estado crítico en el proceso se activa automáticamente una alarma; si se rebasa un valor límite predeterminado, por ejemplo, aparece un aviso en la pantalla.  Los avisos y los valores de proceso se pueden imprimir y archivar en formato electrónico. El usuario documenta así la evolución del proceso y puede acceder posteriormente a los datos de producción del pasado.

Características:

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El usuario puede integrar WinCC de modo óptimo en soluciones de automatización y en soluciones IT (Information Technology):  En su calidad de componente del concepto TIA de Siemens (Totally Integrated Automation), WinCC opera con autómatas programables de la serie de productos SIMATIC con un grado de coordinación y cooperación especialmente eficaz. También están soportados los sistemas de automatización de otros fabricantes.  Por medio de interfaces estandarizadas se intercambian los datos de WinCC con otras soluciones IT, por ejemplo con aplicaciones de los niveles MES y ERP (un sistema SAP, por ejemplo), o con programas tales como Microsoft Excel.  Aplicando las interfaces de programación de WinCC se pueden interconectarlos propios programas para controlar el proceso y para seguir procesando los datos.  WinCC puede ser adaptado de modo óptimo a los requisitos de cada proceso. Se soporta un gran número de configuraciones, desde un sistema mono puesto hasta los sistemas redundantes distribuidos que tienen varios servidores, pasando por sistemas cliente - servidor.  La configuración WinCC se puede modificar en cualquier momento, también posteriormente, sin que por ello se vean afectados los proyectos existentes.  WinCC es un sistema HMI apto para utilizarlo con Internet, pudiendo implementar soluciones de cliente basadas en la Web y soluciones de tipo "thin client".

Estructura de WinCC. WinCC es un sistema modular. Sus componentes básicos son el software de configuración (CS) y el software Runtime (RT).

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REDES INDUSTRIALES Software de configuración. Al iniciar WinCC se abre el programa WinCC Explorer. WinCC Explorer con sustituye el núcleo del software de configuración. En WinCC Explorer se representa la estructura global del proyecto y se gestiona el proyecto. Para configurar se dispone de unos editores específicos que pueden activar sedes de WinCC Explorer. Con cada uno de los editores se configura un determinado subsistema de WinCC. Los principales subsistemas de WinCC son:  El sistema de gráficos – el editor para confeccionar las imágenes es Graphics Designer.  El sistema de avisos – el editor para configurar los avisos se llama Alarm Logging.  El sistema de ficheros – el editor para determinar los datos a archivar es Tag Logging.  El sistema de informes – el editor para elaborar el diseño de los informes se llama Report Designer.  La administración de usuario – el editor para administrar los usuarios y sus respectivos derechos es User Administrator.  La comunicación – se configura directamente en WinCC Explorer. Todos los datos de configuración se memorizan en la base de datos CS.

Software de Runtime. Con el software de Runtime el usuario puede visualizar y manejar el proceso. En este contexto, el software de Runtime tiene fundamentalmente las siguientes tareas:  Leer los datos memorizados en la base de datos CS.  Visualizar las imágenes en la pantalla.  Realizar la comunicación con los autómatas programables.  Archivar los datos Runtime, p. ej. valores de proceso y eventos de avisos.  Manejar el proceso, activando/desactivando.

p.

ej.

predeterminando

valores

de

consigna

o

SIMATIC WinCC Sm@rtServer (TIA Portal). La opción WinCC Sm@rtServer permite el manejo y la visualización de sistemas SIMATIC HMI de forma remota a través de Industrial Ethernet o Intranet/Internet. La opción ofrece sencillos mecanismos de cliente/servidor para Panels así como para PC con WinCC RuntimeAdvanced.

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REDES INDUSTRIALES Ventajas:  Estaciones distribuidas para el manejo de máquinas de gran tamaño o repartidas espacialmente.  Solución flexible para acceder a estaciones de mando independientemente del lugar.  Acceso global del personal de servicio técnico y mantenimiento a las máquinas e instalaciones. Funciones: El acceso de una estación de mando local puede realizarse básicamente de dos formas diferentes.

 Visualización y manejo de imágenes mediante el concepto Sm@rtClient En el marco del concepto Sm@rtClient, una estación puede poner sus imágenes a disposición de otra. Para ello, una estación asume las funciones de un Sm@rtServer, y la otra las de un Sm@rtClient. La función de servidor puede activarse muy fácilmente mediante un clic del ratón en los parámetros de ajuste. La visualización de la imagen en el Sm@rtClient puede efectuarse mediante la denominada vista de Sm@rtClient en el modo "View only", pero también puede configurarse un puesto de mando completo y coordinado. El "manejo coordinado" implica que en cada momento determinado sólo una de las estaciones posee el derecho de mando: o la que tiene función Sm@rtServer o la que tiene función de Sm@rtClient. Dependiendo del hardware básico, un Sm@rtServer puede proporcionar sinópticos de proceso actualizados a un máximo de cinco clientes al mismo tiempo (con PC; con paneles, a un máximo de tres clientes), teniendo en cuenta que siempre debe reservarse un canal para fines de servicio técnico.  Estaciones de mando distribuidas. El concepto Sm@rtClient simplifica el manejo de máquinas e instalaciones de grandes dimensiones y distribuidas espacialmente, ya que permite configurar estaciones de mando distribuidas, de modo que el operador puede manejar y controlar desde diferentes ubicaciones, y todo ello con una única

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REDES INDUSTRIALES configuración. En tal caso, las modificaciones de la configuración sólo deben realizarse una vez en el Sm@rtServer. El operador ve la misma imagen en cada estación de mando, aunque en cada momento determinado sólo puede manejarse una (manejo coordinado).  Control remoto mediante Internet Explorer. Para el manejo y la visualización de forma remota de paneles SIMATIC o WinCC Runtime Advanced, basta un navegador estándar con el que el usuario tiene acceso directo al panel local a través de las páginas HTML estándar de las estaciones de mando. Si, en lugar de un navegador, se utiliza el Sm@rtClient Viewer, este no solo muestra la imagen seleccionada, sino también el diseño del equipo local, por ejemplo el frente con membrana de un equipo con teclado. Con esta herramienta, el panel se maneja como si el usuario lo tuviera delante, con la diferencia de que las teclas no se pulsan realmente, sino que se hace clic en ellas con el ratón.

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TAREA 5: IMPLEMENTA CONTROL DE PROCESOS OPC.

El OPC (OLE for Process Control) es un estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos industriales, basado en una tecnología Microsoft, que ofrece un interface común para comunicación que permite que componentes software individuales interaccionen y compartan datos. La comunicación OPC se realiza a través de una arquitectura Cliente-servidor. El servidor OPC es la fuente de datos (como un dispositivo hardware a nivel de planta) y cualquier aplicación basada en OPC puede acceder a dicho servidor para leer/escribir cualquier variable que ofrezca el servidor. Es una solución abierta y flexible al clásico problema de los drivers propietarios. Prácticamente todos los mayores fabricantes de sistemas de control, instrumentación y de procesos han incluido OPC en sus productos. Equipos y Materiales:  Computador Pentium 4 o superior.  Sistema operativo Windows XP o superior.  Controlador lógico Programable S7-1200 Siemens.  Equipo concentrador de red D-LINK.  Programa de Automatización LabVIEW + OPC Server 2012.  Cable de comunicación de datos según norma TIA 568-B.

Orden de Ejecución:  Instalación de los Automatización Industrial en la computadora.  Implementación de las tareas y comprobación del correcto funcionamiento de los equipos.

DESARROLLA UN SISTEMA DE SUPERVISIÓN PROCESO REMOTO. ESCUELA DE TECNOLOGÍAS DE LA INFORMACIÓN

Y CONTROL PARA UN

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En esta actividad vamos a leer los valores de las variables ( tags ) de un controlador lógico programable empleando un servidor OPC (Proceso Control Ole) de National Instruments y mediante el programa de automatización LabVIEW diseñaremos una Interfaz HMI, este tipo de servidores permite enlazar las variables del controlador con programas de terceros como por ejemplo: Visual Basic o Microsoft Excel. En la primera parte de esta actividad configuraremos el OPC Server con un cliente, luego enlazaremos las variables compartidas con el programa Labview. OPC SERVER. Con el software de LabVIEW es posible programar cualquier controlador lógico programable (PLC) en una variedad de formas. OPC (OLE for Process Control) define el estándar para comunicar datos en tiempo real de la planta entre los dispositivos de control y las interfaces hombre-máquina (IHM). Los servidores OPC están disponibles virtualmente para todos los PLCs y para PACs (Programmable Automation Controller). En ésta actividad aprenderemos cómo usar LabVIEW para comunicarse con un PLC conectado utilizando un OPC. El módulo DSC (Datalogging and Supervisory Control).

Procedimiento: 1. Descargamos el programa NI OPC Server desde la página de National Instruments desde la siguiente dirección : Luego de instalar el servidor OPC observaremos que en La barra de tareas se agregara el icono correspondiente a este servidor

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2. Para realizar la configuración de este servidor, presionamos el botón de inicio y seleccionamos National Instruments/NI OPC server 2012/ NI OPC Server Configuration.

3. Para instalar el driver de comunicación primero instalamos un nuevo canal, de la barra de menú /Devices/ New Channel.

4. Luego de instalar el canal de comunicación, seleccionamos el PLC a configurar desde la lista desplegable “Device Driver”, en esta actividad comunicaremos un PLC S71200 por lo que seleccionamos Siemens TCP/IP Ethernet, presionamos el botón siguiente.

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5. Instalamos el nuevo PLC seleccionando de la barra de menú Edit/ Devices/ New Device.

6. Instalamos el nuevo PLC seleccionando de la barra de menú Edit/ Devices/ New Device, podemos personalizar el nombre del dispositivo con el nombre del controlador a configurar.

7. En pasos anteriores instalamos el driver Siemens TCP/IP Ethernet, ahora escogemos el controlador S7 1200, de la lista de controladores Siemens “Device Model”.

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8. Configuramos la dirección IP del Controlador 192.168.0.5, recordemos que esta dirección puede ser modificada con la herramienta S7-1200 Tool.

9. En la Ventana S7 Comm Parameters configuramos Link Type: PC (Workstation), Rack 0, slot CPU: 1(configuración predefinida para un PLC 1200). Si configuramos un controlador S7 300, debemos tener en cuenta el Slot en el que se encuentra instalada la CPU.

10. Luego de mostrar la ventana de reporte, procedemos a la creación de variables seleccionando en la barra de menú Edit/Devices/ New Tag, estas variables luego serán vinculadas con el controlador.

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11. En la ventana de propiedades de la variable ingresamos en nombre de la variable, dirección en el controlador, luego presionamos el botón de comprobación y el tipo de variable se ajustara a la encontrada en el PLC, presionamos el botón aceptar.

12. Introducimos la variables que fueron creadas en el procedimiento anterior para el para la interfaz HMI, presionamos en la barra de menú la opción Tools/ Launch OPC Client para comprobar el estado de las variables.

13. En la aplicación OPC Quick Client veremos el estado de las variables internas del sistema y de las etiquetas del controlador, seleccionamos Chanel1 S7 1200_Variables para ver el valor de las etiquetas que compartimos con otras aplicaciones.

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14. Podemos comprobar el estado de la conexión observando el estado de la conexión accediendo al estado del icono del servidor OPC en la barra de tareas

15. Abrimos el programa Labview para acceder a las variables compartidas del controlador, luego diseñaremos una interfaz para el monitoreo del proceso.

16. Agregamos un nuevo I/O server que permitirá enlazar las variables desde Labview, para agregar este complemento debemos instalar el programa NI DSC 2011 que es una herramienta de Labview para manejo de variables compartidas.

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17. Agregamos un nuevo I/O en el nuevo proyecto, este complemento no se mostrara cuando instalemos en la computadora NI DSC 2011. El Datalogging and Supervisory Control (DSC) es un módulo que extiende las características del programa LabVIEW y permite crear interfaces HMI-SCADA para el monitoreo de sistemas de control.

18. El servidor OPC instalado en esta versión es el NI OPC Server.V5, agregado en la ventana Settinngs opción “Registered OPC servers”.

19. Luego de instalar el servidor con el que trabajaremos se creara una nueva librería sin nombre, como procedimiento siguiente accedemos a sus propiedades haciendo clic derecho y escogemos la propiedad “Create Bound Variables”.

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20. Ingresamos a la librería que fue creada previamente en el OPC Server siguiendo la siguiente ruta: OPC/ Channel1/ S7 1200/ Variables, presionamos el botón “Add” en cada variable que necesitemos enlazar.

21. Las variables enlazadas se mostraran en la ventana edición para múltiples variables, veremos el nombre de variable, tipo y propiedades de red.

22. Agregamos al proyecto un nuevo instrumento virtual, en la ventana de este instrumento agregaremos indicadores y controles que estarán relacionados a las variables antes agregadas en el proyecto.

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23. Un instrumento virtual está compuesto por dos ventanas, el panel frontal y el diagrama de bloques, en la barra de menú seleccionamos la opción Windows/Show Block Diagram para trabajar en el diagrama de bloques.

24. Buscamos el sub menú DSC Module en la paleta de funciones.

25. Agregamos la función “Shared Variable”, arrastramos este objeto desde la paleta de funciones y lo insertamos en el diagrama de bloques, en la parte derecha del bloque de función ubicamos una flecha para modificar sus propiedades e insertar la variable compartida BTN_START.

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26. En el panel frontal agregamos un indicador luminoso al que denominaremos START, cada vez que presionamos el botón START en el controlador PLC se encenderá este indicador.

27. Conectamos la variable compartida BTN_START con el indicador luminoso en el diagrama de bloques.

28. Para que el indicador luminoso del programa labview reciba el dato en la variable creada para la librería de este proyecto necesitamos configurar el panel frontal del proyecto, ejecutamos opción “Shared Variable” en la opción Tools en la barra de menú del proyecto como se muestra en la figura

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29. En la ventana Front Panel Binding Mass Configuration, buscamos en Open VI el formulario o panel que creamos para nuestro proyecto, en la lista Binding Configuration observaremos las variables vinculadas, presionamos el botón de edición.

30. En la ventana de edición veremos el nombre del control, presionamos el botón Browse para buscar la fuente de esta variable.

31. La variable que creamos en los pasos anteriores fue compartida para un controlador que tiene comunicación Ethernet, las variables de este controlador están compartidas para esta red y enlazada a la librería 1 del proyecto mediante el servidos OPC, buscamos la variable BTN_START.

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32. Luego de seleccionar la variable en la celda “Binding URL” se indicara la ruta en la que se encuentra vinculado el dato y la librería del proyecto, en este paso finalizamos el enlace entre el dato del controlador y la aplicación que desarrollamos en labview.

33. Repetimos los pasos anteriores y agregamos las demás variables al proyecto.

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REDES INDUSTRIALES Veremos las variables agregadas en el editor múltiple de variables.

34. Configuramos las variables del proyecto con el panel o formulario.

35. Insértanos una imagen que represente al proceso en el que se encuentra instalado el controlador, luego los indicadores luminosos y numéricos que tendrán relación con las entradas y salidas de controlador. Una característica al trabajar con variables compartidas mediante el OPC está que en la parte derecha del control o indicador aparece una flecha de color verde que nos indica el estado de la variable.

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REDES INDUSTRIALES FUNDAMENTO TEORICO. El OPC (OLE for Process Control) es un estándar de comunicación en el campo del control y supervisión de procesos industriales, basado en una tecnología Microsoft, que ofrece un interface común para comunicación que permite que componentes software individuales interaccionen y compartan datos. La comunicación OPC se realiza a través de una arquitectura Cliente-servidor. El servidor OPC es la fuente de datos (como un dispositivo hardware a nivel de planta) y cualquier aplicación basada en OPC puede acceder a dicho servidor para leer/escribir cualquier variable que ofrezca el servidor. Es una solución abierta y flexible al clásico problema de los drivers propietarios. Prácticamente todos los mayores fabricantes de sistemas de control, instrumentación y de procesos han incluido OPC en sus productos.

El Servidor OPC hace de interfaz comunicando por un lado con una o más fuentes de datos utilizando sus protocolo nativos (típicamente PLCs, DCSs, básculas, Módulos I/O, controladores, etc.) y por el otro lado con Clientes OPC (típicamente SCADAs, HMIs, generadores de informes, generadores de gráficos, aplicaciones de cálculos, etc.). En una arquitectura Cliente OPC/ Servidor OPC, el Servidor OPC es el esclavo mientras que el Cliente OPC es el maestro. Las comunicaciones entre el Cliente OPC y el Servidor OPC son bidireccionales, lo que significa que los Clientes pueden leer y escribir en los dispositivos a través del Servidor OPC.

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Las aplicaciones necesitan una manera común de acceder a los datos de cualquier fuente, como un dispositivo o una base de datos.

ARQUITECTURA CLIENTE OPC / SERVIDOR OPC. Una Arquitectura OPC se refiere a la infraestructura de comunicaciones que incluye uno o varios Clientes OPC y Servidores OPC comunicándose entre sí. Para mantener una Arquitectura Cliente / Servidor OPC fácil de leer se utiliza la convención de dibujar el diagrama de flujo con los Datos fluyendo desde abajo hacia arriba. Los Datos deben fluir desde las Fuentes de Datos (PLC, DCS, RTU, Básculas, Protocolos, Bases de Datos, Hojas de Cálculo, etc.) hacia la Aplicación que utilizará los Datos (SCADAs, Bases de Datos Relacionales, HMIs, Historiadores, Servidores Web, Hojas de Cálculo, etc.). Cliente OPC: En éste ejemplo, si la Aplicación Cliente tiene incorporado un Cliente OPC (Por ejemplo Aplicaciones SCADA, HMI o Aplicaciones VB utilizando librerías OPC DA), no será necesario un Cliente OPC Externo. Aprenda más sobre Clientes OPC y Servidores OPC. Comunicación OPC: A partir de las Especificaciones OPC definidas por la OPC Foundation, existen diferentes especificaciones para permitir la comunicación de

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REDES INDUSTRIALES diferentes tipos de Datos entre Servidor OPC y Cliente OPC. Por ejemplo DA, HDA y/o: Alarmas y Eventos. Es importante resaltar que es posible que un Servidor OPC soporte más de un tipo de especificación OPC.

Ventajas:  Los fabricantes de hardware sólo tienen que hacer un conjunto de componentes de programa para que los clientes los utilicen en sus aplicaciones.  Los fabricantes de software no tienen que adaptar los drivers ante cambios de hardware. Con OPC, la integración de sistemas en un entorno heterogéneo se tornará simple.

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REDES INDUSTRIALES ACCESO DE DATOS OPC. Compuesto por varios elementos:  El servidor (server).  Mantiene información sobre el servidor.  Sirve como container para objetos del grupo OPC.  El grupo (group).  Mantiene información sobre sí mismo.  Provee mecanismos para contener/organizar lógicamente ítems.  El elemento (item).  Representan conexiones a fuentes de datos dentro de un servidor.

GESTIÓN DE ALARMAS Y EVENTOS. Alarma:  Es una condición anormal; caso especial de condición.  Una condición es un estado concreto del Servidor de Eventos OPC o de uno de los objetos contenidos por dicho servidor, que puede resultar de interés para sus clientes. Evento:  Es un suceso detectable que es significativo para un servidor OPC, para el aparato al que representa y para sus Clientes OPC.  Puede estar o no asociado a una condición.

ACCESO A DATOS HISTÓRICOS. Distintos tipos de servidores históricos:  Servidores de datos simples.  Ofrecen solo capacidad de almacenar datos.  Servidores de análisis y compresión de datos complejos.  Ofrecen capacidad de compresión y almacenaje de datos.  Ofrecen funciones de análisis de datos.  Pueden actualizar datos y tener un resumen de actualizaciones.

APLICACIONES OPC.  Diseñado principalmente para acceder a datos de un servidor en red.

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REDES INDUSTRIALES  Distintas aplicaciones: nivel más bajo pueden coger datos de aparatos físicos y llevarlo a SCADA o DCS, o de un servidor SCADA o DCS a una aplicación.

ARQUITECTURA GENERAL Y COMPONENTES.  Dos tipos de interfaces.  Interfaces Custom (obligatorio, C/C++).  Interfaces de Automatización (opcional, VB).

OPC especifica la interfaz COM, como: “Lo que la interfaz es y su aplicación y no su implementación”. Especifica el comportamiento esperado que proporciona la interfaz ante el uso y/o aplicaciones del cliente.  Implementación de funciones de interfaces.  Obligatorio: Funcionalidades indispensables.  Opcional: Funcionalidades añadidas. La arquitectura OPC es un modelo Cliente-Servidor donde el Servidor OPC proporciona una interfaz al objeto OPC y lo controla. Una aplicación cliente OPC se comunica a un servidor OPC a través de un cliente OPC específico por medio de una interfaz de automatización. El servidor OPC lleva a cabo la interfaz cliente, y opcionalmente lleva a cabo la interfaz de automatización

TIPOS DE SERVIDORES OPC. Existen cuatro tipos de servidores OPC definidos por la OPC Foundation, y son los siguientes:

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 Servidor OPC DA – Basado en Spezifikationsbasis: OPC Data Access - especialmente diseñado para la transmisión de datos en tiempo real.  Servidor OPC HDA– Basado en la especificación de Acceso a Datos Históricos que provee al Cliente OPC HDA de datos históricos.  Servidor OPC A&E Server– Basado en la especificación de Alarmas y Eventos – transfiere Alarmas y Eventos desde el dispositivo hacia el Cliente OPC A&E.  Servidor OPC UA – Basado en la especificación de Arquitectura Unificada – basado en el set más nuevo y avanzado de la OPC Foundation, permite a los Servidores OPC trabajar con cualquier tipo de datos. En conjunto, los tres primeros tipos de Servidores OPC se conocen como Servidores OPC "Clásicos" para distinguirlos de OPC UA que se convertirá en la base de las futuras arquitecturas OPC. Servidores locales y remotos.  Los clientes se deben conectar siempre a un servidor local que hará uso de un esquema de red existente.  El cliente se puede conectar al servidor local/remoto que desee.  Una aplicación cliente OPC, puede conectarse por medio de una red, a varios servidores OPC proporcionados por uno o más fabricantes. De esta forma no existe restricción por cuanto a tener un Software Cliente para un Software Servidor, lo que es un problema de interoperabilidad que hoy en día se aprecia con sistemas del tipo propietario. Sistemas de control supervisora como lo son SCADA o DCS pueden comunicarse con un Servidor OPC y proveer a este, información de los dispositivos de campo asociados. De esta forma, aplicaciones cliente OPC de otros fabricantes tendrán acceso a estos datos por medio del servidor. Servidor de Acceso a Datos OPC. Está compuesto por los objetos:  Servidor: Mantiene la información sobre sí mismo, y unifica los Datos dentro de un Grupo.  Grupo: Dota de un mecanismo que contiene en forma lógica los ítems. Se clasifican en público o Local.  Ítem: Es un valor, una condición y permanece o varía en el tiempo. Es una dirección específica de los datos y no la fuente de datos

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REDES INDUSTRIALES Servidor de Alarmas, Condiciones y Eventos OPC. Provee de Interfaces, donde Clientes OPC son notificados de Sucesos. Estos mecanismos se definen como:  Alarma: Condición anormal de un sistema, por lo que es un caso especial de esta.  Condición: Estado nombrado evento por contener condiciones asociadas a una etiqueta como HighAlarm, Normal, LowAlarm.  Evento: Ocurrencia perceptible, de importancia al servidor OPC, de los dispositivos que representa o de sus dispositivos OPC

Servidor de Acceso a Datos Históricos OPC (OPC HDA). Provee de una interfaz Cliente OPC de Acceso a Datos Históricos, que facilita el uso de aplicaciones de acceso a datos. Características: Arquitectura de comunicación abierta y eficaz, concentrada en el acceso a datos y no en los tipos de datos. Propósito: Permite que aplicaciones (MS Office, Objetos WWW) accedan a datos de un dispositivo o un banco de datos “In process”. Facilita el desarrollo de aplicaciones sin sacrificar la funcionalidad de la Interfaz Cliente. Intercambio de Datos OPC (OPC DX). Define un conjunto de interfaces que permiten el intercambio de datos, así como la comunicación "server to server" entre dispositivos y controladores conectados a Ethernet, que utilizan distintos protocolos. OPC-DX permite a los servidores OPC-DA intercambiar directamente datos sin la exigencia de un cliente OPC intermedio. La mejor manera de pensar en un servidor OPC-DX es como un servidor OPC-DA que se puede configurar para intercambiar datos con otros servidores OPC-DA. Como es el caso de otros servidores OPC, el cliente aún se utiliza para configurar, controlar y vigilar este intercambio de datos. Acceso de Datos XML (OPC XML DA). Se está convirtiendo en el método estándar para el intercambio de datos entre las aplicaciones de empresa y son cada vez más un proceso de control de entornos. OPC XML-DA salió a la luz en 2003 tras varios años de desarrollo, y ofrece un interfaz Simple Object Application Protocol (SOAP) para los objetos OPC DA 2.0/3.0. Esto permite a las aplicaciones cliente ser escritas en Java, Perl, Python, y otros idiomas que soporta SOAP. SOAP y XML Web Services utiliza Protocolo de transferencia de hipertexto (HTTP) y los mecanismos de transporte y, además, proporciona una plataforma neutral más adecuada para el tráfico con base en Internet, en comparación con tecnologías como DCOM. Sin embargo, debido a las limitaciones de rendimiento posible, OPC XML-DA es poco

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REDES INDUSTRIALES probable que se utilice para aplicaciones en tiempo real, a pesar de que normalmente se usa de puente entre la empresa y la red de control. Arquitectura Unificada OPC (OPC UA). Refleja el objetivo de Microsoft de retirar DCOM en favor de .NET y arquitecturas orientadas a servicio. OPC UA integra la funcionalidad de las anteriores especificaciones (OPC DA, OPC-HDA, OPC A & E, OPC-DX, etc.). OPC UA abandona COM / DCOM en favor de dos transportes: SOAP / HTTP (S) y un mensaje binario codificado en la parte superior de TCP. Es prematuro evaluar la seguridad de OPC UA en relación con DCOM, ya que la API OPC UA de seguridad aún está en desarrollo. Sin embargo, dado que ahora existe una mayor conciencia en la OPC Foundation, proveedores OPC, y Microsoft para la necesidad de seguridad, hay poca duda de que .NET proporcionará una base más segura que COM / DCOM. También hacen mucho más sencillo el desarrollo de clientes y servidores OPC en plataformas que no sean de Microsoft. Seguridad.  Existen tres niveles de seguridad OPC.  Seguridad Inválida: Libre acceso entre Cliente/Servidor.  Seguridad DCOM: Clientes seleccionados tienen acceso limitado a servidores OPC. No hay un control total sobre sistemas operativos como Linux, Unix.  Seguridad OPC: El Servidor OPC sirve como un regulador de control de acceso a fabricantes de sistemas operativos como Linux y Unix sobre objetos específicos de acceso restringido que son expuestos por el Servidor OPC, a continuación los principales fabricantes

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