Sistemas Industriales de Control: Intercomunicación y Buses de Campo, Diapositivas de Controladores Lógicos Programables

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Introducción a las Redes de

Comunicación Industrial

1.- INTRODUCCIÓN

Hasta el siglo XX, el desarrollo tecnológico había venido de la mano de la revolución industrial en la que los sistemas mecánicos eran piezas clave para la industria y el desarrollo de los procesos industriales. Pero es en el siglo XX cuando los sistemas de automatización surgen con más fuerza, potenciados por los sistemas eléctricos basados en relés electromagnéticos en la primera mitad del siglo, y de los sistemas electrónicos de estado sólido en su segunda mitad. Así, además de sus objetivos iniciales, el concepto de automatización se extiende a la mejora de producción y calidad, disminución de riesgos laborales, disminución de costes, etc.

La aparición de los autómatas programables marcó un cambio en la industria de ensamblaje y líneas de producción. El concepto de línea de producción automatizada apareció entonces como un hecho real. Este pequeño dispositivo permitió que los procesos industriales fuesen desde entonces más eficientes, precisos, y lo que es más importante, reprogramables, eliminando el gran costo que se producía al reemplazar el complejo sistema de control basado en relés y contactores, tanto por tamaño como por vida útil.

Pero la mejora en los procesos de automatización pasa hoy en día por el desarrollo de las redes de comunicación. La intercomunicación de sistemas y procesos industriales no es un concepto nuevo, pues es ampliamente conocido el uso de sistemas como IEEE-488 y RS485/422 que durante más de 20 años han sido capaces de ofrecer los requerimientos necesarios en las instalaciones de baja y media complejidad en cuanto a las capacidades de intercomunicación se refiere. Este tipo de enlaces entre sistemas se ha empleado esencialmente para equipos de instrumentación y sistemas de automatización, donde es necesaria una baja tasa de transferencia de datos entre equipos, pero que en gran número de casos hoy en día ya no puede responder a las necesidades de intercomunicación entre dispositivos que se demandan. Por ello, redes de comunicación como PROFIBUS y PROFINET han conseguido ser indispensables en un entorno de trabajo donde cada día es más necesaria la integración global.

Por tanto, los sistemas de automatización industrial y su funcionamiento distribuido forman parte de un concepto de mayor entidad, encaminado a la optimización global de las industrias mediante la mejora de los procesos de fabricación, la reducción de costes, el incremento en la calidad, la mejora de la eficiencia, la mayor flexibilidad en los procesos de producción y, en general, todos aquellos factores que permitan adaptarse de manera eficiente a las necesidades del mercado al que está orientado el producto.

Autor: José Mª. Hurtado

completamente autónoma, por lo que se debe recurrir a la gestión de varios procesos desde una misma unidad de control, debido a que la complejidad de la separación es mayor que la complejidad que supone su gestión conjunta. Por otro lado, una estrategia de este tipo también conduce a una gestión estructurada, de modo que existen elementos de control de nivel superior que supervisan e intercomunican los procesos autónomos más sencillos, siendo los encargados de gestionar la información común. Para este tipo de gestión también es necesario el uso de redes de comunicación.

Instalación industrial con control centralizado Instalación industrial con control distribuido

3.- La Pirámide CIM

El ideal de factoría completamente automatizada ( Computer Integrated Manufacturing ) se representa como una pirámide en la que en los niveles bajos se encuentran los sensores y actuadores; en los niveles intermedios se interconectan estos elementos para funcionar cooperativamente realizando funciones más o menos sincronizadas y finalmente, en el nivel superior aparece la red informática técnico-administrativa donde se recogen informaciones de estado, registros históricos, datos de partida, consignas, etc.

Autor: José Mª. Hurtado

3.1.- Nivel de E/S (Nivel actuador/sensor)

También llamado nivel de instrumentación. Está formado por los elementos de medida (sensores) y mando (actuadores) distribuidos en una línea de producción. Son los elementos más directamente relacionados con el proceso productivo. Así, los actuadores son los encargados de ejecutar las órdenes de los elementos de control para modificar el proceso productivo y los sensores miden variables en el proceso de producción. Ejemplos de sensores son aquellos que permiten medir nivel de líquidos, caudal, temperatura, presión, posición, etc. Como ejemplos de actuadores se tienen los motores, válvulas, calentadores, taladros, cizallas, etc. Como característica adicional, los sensores y actuadores suelen ser dispositivos que necesitan ser controlados por otros elementos.

3.2.- Nivel de Campo y Proceso

En este nivel se sitúan los elementos capaces de gestionar los actuadores y sensores del nivel anterior, tales como autómatas programables o equipos de aplicación específica basados en microprocesador como robots, máquinas herramienta o controladores de motor. Estos dispositivos permiten que los actuadores y sensores funcionen de forma conjunta para ser capaces de controlar el proceso industrial deseado.

Los dispositivos de este nivel de control, junto con los del nivel inferior de entrada/salida, poseen entidad suficiente como para realizar procesos productivos por sí mismos. De hecho, gran cantidad de procesos industriales están basados exclusivamente en estos dos niveles, de tal modo que un proceso productivo completo se desglosa en subprocesos de este tipo sin que exista un intercambio de información entre ellos (excepto algunas señales de control para sincronizar el fin de un proceso con el inicio del siguiente). Son pues dispositivos programables, de tal modo que es posible ajustar y personalizar su funcionamiento según las necesidades de cada caso.

No obstante, a pesar de que puedan presentarse como procesos aislados, esto no implica que no se empleen buses de comunicación, ya que para procesos que requieran de un gran número de sensores y actuadores, es recomendable la utilización de buses de campo para leer el estado de los sensores, proporcionar señales de control a los actuadores y conectar diferentes autómatas programables para compartir información acerca de la marcha del proceso completo.

También es importante que estos dispositivos posean unas buenas características de interconexión, para ser enlazados con el nivel superior (Nivel de control), generalmente a través de buses de campo.

3.3.- Nivel de Control (Nivel de célula)

Todos los dispositivos de control existentes en planta es posible monitorizarlos si existe un sistema de comunicación adecuado, capaz de comunicar estos elementos con otros tipo de dispositivos dedicados a la gestión y supervisión, que habitualmente están constituidos por computadores o sistemas de visualización tales como pantallas industriales.

En este nivel es posible visualizar cómo se están llevando a cabo los procesos de planta y, a través de entornos SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos), poseer una “imagen virtual de la planta” de modo que ésta se puede recorrer de manera detallada, o bien mediante pantallas de resumen ser capaces de disponer de un “panel virtual” donde se muestren las posibles alarmas, fallos o alteraciones en cualquiera de los procesos que se llevan a cabo. Mediante este tipo de acciones es posible disponer de acceso inmediato a cada uno de los sectores de la planta. Para ello, resulta imprescindible la conexión con el nivel de control mediante buses de campo o en este caso pueden emplearse redes LAN industriales de altas prestaciones, pues a veces es necesaria la transmisión de importantes cantidades de datos y la conexión con un gran número de elementos de control. Por ejemplo, en un proceso industrial que consta de varias fases para realizar un determinado producto se utilizan varios autómatas para cada proceso, por lo que un sistema de supervisión debe ser capaz de acceder al estado de cada uno de ellos, visualizar el proceso que lleva a cabo y, de manera global, tener información de cómo está trabajando cada uno individualmente, así como poder acceder a informes generados por el autómata. También es posible modificar los procesos productivos desde los computadores de

Autor: José Mª. Hurtado

tráfico de eventos discretos, mecanismos de control de error (detectar y corregir), posibilidad de transmitir mensajes prioritarios, bajo coste de instalación y de conexión por nodo, recuperación rápida ante eventos anormales en la red y alta fiabilidad.

4.4. Bus de Campo

Un bus de campo es, en líneas generales, “ un sistema de dispositivos de campo (sensores y actuadores) y dispositivos de control, que comparten un bus digital serie bidireccional para transmitir informaciones entre ellos, sustituyendo a la convencional transmisión analógica punto a punto”. Permiten sustituir el cableado entre sensores- actuadores y los correspondientes elementos de control. Este tipo de buses debe ser de bajo coste, de tiempos de respuesta mínimos, permitir la transmisión serie sobre un bus digital de datos con capacidad de interconectar controladores con todo tipo de dispositivos de entrada-salida, sencillos, y permitir controladores esclavos inteligentes.

5.- Panorámica de los Buses de Campo

Las señales de procesos industriales, originadas a pie de máquina, se transmiten normalmente con un extenso cableado punto a punto, incluso haciendo uso de transmisores “inteligentes”. Esto significa que cada sensor o actuador situado en campo se encuentra conectado a los módulos de entrada/salida de los PLCs, utilizando un par de hilos por instrumento.

Cuando la distancia entre el instrumento y sistema de control comienza a ser considerable o cuando existen en el proceso un gran número de instrumentos, debemos tener en cuenta los costos de cableado, sobre todo cuando se establece la necesidad de un número extenso de conductores de reserva, de cara a futuras ampliaciones. Por estas razones, en la actualidad se está implantando definitivamente la filosofía de bus de campo. Con este sistema es posible la sustitución de grandes haces de conductores por un simple cable bifilar o fibra óptica, común para todos los sensores y actuadores, con el consiguiente ahorro económico que ello supone. La comunicación de la variable de proceso será totalmente digital.

Sistema de cableado convencional versus Bus de Campo

Inicialmente, los buses de campo están muy poco normalizados, por lo que existe una gran variedad de ellos con diferentes características dependiendo de a qué aplicaciones estén destinados. Lo cierto es que actualmente cabe afirmar que los buses de campo están llegando a un período de madurez, planteándose la convivencia de un número reducido de estándares con posibles soluciones de comunicación entre ellos.

Autor: José Mª. Hurtado

5.1.- Buses de Campo y Niveles OSI.

Idealmente, las especificaciones de un bus de campo deberían cubrir los siete niveles OSI, aunque lo más frecuente es que implementen sólo tres:

• Nivel físico.

Especifica el tipo de conexión, naturaleza de la señal, tipo de medio de transmisión, etc. Normalmente, las especificaciones de un determinado bus admiten más de un tipo de medio físico. Los más comunes son de tipo RS485 o con conexiones en bucle de corriente.

• Nivel de enlace.

Se especifican los protocolos de acceso al medio (MAC) y de enlace (LLC). En este nivel se definen una serie de funciones y servicios de la red mediante códigos de operación estándar.

• Nivel de aplicación.

Es el dirigido al usuario, y permite la creación de programas de gestión y presentación, apoyándose en las funciones estándar definidas en el nivel de enlace. En este nivel se define el significado de los datos. Las aplicaciones suelen ser propias de cada fabricante (no hay un nivel de aplicación estándar para buses de campo).

5.2.- Buses Propietarios y Buses Abiertos

La existencia de un elevado número de buses de campo diferentes se debe a que cada compañía venía utilizando un sistema propio para sus productos, aunque en los últimos años se observa una cierta tendencia a utilizar buses comunes.

En buses de campo podemos distinguir:

• Buses propietarios.

Son propietarios de una compañía o grupo de compañías, y para utilizarlos es necesario obtener una licencia, que es concedida a la empresa que la disfruta con una serie de condiciones asociadas, y a un precio considerable.

• Buses abiertos****.

Son todo lo contrario:

• Las especificaciones son públicas y disponibles a un precio razonable.
• Los componentes críticos (como por ejemplo microprocesadores) también están disponibles.
• Los procesos de validación y verificación están bien definidos y disponibles en las mismas condiciones anteriores.

Las características fundamentales que el bus de campo debe cumplir, en lo referente a la conexión de dispositivos, son:

 Interconectividad : al bus se deben poder conectar de forma segura dispositivos de diferentes fabricantes que cumplan el protocolo. Es el nivel mínimo, y no proporciona, en principio, ninguna ventaja.  Interoperatividad : los dispositivos de diferentes fabricantes funcionan satisfactoriamente en el mismo bus.

Autor: José Mª. Hurtado

 Maestro flotante: posibilidad de maestro flotante entre nodos.  Implementación del protocolo: los chips para el protocolo deben estar disponibles comercialmente y no protegidos por patente.

Casi todas las especificaciones que se dan son de nivel físico, y están muy abiertas en los niveles de enlace y de aplicación, de ahí las grandes diferencias en modos de configuración entre unos buses y otros.

5.5.- Buses existentes en el mercado

A continuación se muestra una tabla comparativa entre los buses de campo de más utilización en la industria, haciendo referencia a sus características técnicas más importantes.

BUS DE CAMPO TOPOLOGÍA MEDIO FÍSICO VELOCIDAD DISTANCIASEGMENTO^ NODOS PORSEGMENTO ACCESO AL MEDIO

P-NET Anillo^ Par trenzadoapantallado 76'8 Kbps^ 1.200 m^125 Maestro/esclavoPaso de testigo

PROFIBUS Bus lineal AnilloEstrella Árbol

Par trenzado apantallado Fibra óptica

Hasta 12Mbps Hasta 9'6 Km y 90Km 125 Paso de testigo Maestro/esclavo

WORLDFIP Bus lineal

Par trenzado apantallado Fibra óptica

Hasta 1 Mbps y 5Mbps Hasta 5 Km y^ 20 Km^64 Arbitro de bus

HART Bus lineal^ Cable 2 hilos^ 1'2Kbps^ 3.000 m^30 Maestro/esclavo

MODBUS Bus lineal Par trenzado Hasta 19'2Kbps 1 Km 248 Maestro/esclavo

INTERBUS-S Anillo Par trenzado 500 Kbps 400 m 256 Paso de testigo

BITBUS Bus lineal Par trenzadoFibra óptica Hasta 1'5Mbps Hasta 1.200m 29 Maestro/esclavo

CAN Bus lineal Par trenzado Hasta 1 Mbps Hasta 1.000m 127-64 CSMA/CD conde bit^ arbitraje

SDS Bus lineal^ Cable de 4^ hilos^ Hasta 1 Mbps^ 500 m^64 CSMA

DEVICENET Bus lineal^ Par trenzado^ Hasta 500^ Kbps^ Hasta 500 m^64 CSMA/CDBA

CONTROLNET (^) ÁrbolBus lineal Estrella Fibra^ Coaxial óptica 5 Mbps Hasta 3.000m 48 CTDMA

SERIPLEX Bus lineal Cable 4 hilosapantallado 98 Kbps 1.500m 300 Maestro/esclavo

AS-i (^) Árbol -Bus lineal Estrella Cable 2 hilos^ 167 Kbps^ Hasta 200 m^ 32-62^ Maestro/esclavo

LON WORKS Bus Anillo Libre

Par trenzado Fibra óptica Red eléctrica Coaxial Radio Infrarrojos

Hasta 1'25 Mbps Hasta 2.700 m 64 CSMA/CA

ARCNET Bus Estrella

Par trenzado Fibra óptica Coaxial

2'5 Mbps 122 m 255 Paso de testigo

M-BUS Bus lineal^ Cable 2 hilos^ Hasta 9'6 Kbps^ 1.000 m^250 Arbitro de bus

UNI-TELWAY Bus lineal

Par trenzado apantallado Hasta^ 19'2Kbps^ 20 m Hasta 28 Maestro/esclavo

COMPOBUS/S Bus lineal Cable de 2 ó 4hilos Hasta 750 Kbps Hasta 500 m (^32) Maestro/esclavo

Autor: José Mª. Hurtado

P-Net

Web oficial: http://www.p-net.dk/

El protocolo P-NET tiene su nacimiento en la industria danesa, siendo publicado originalmente por la Internacional P-NET User Organisation ApS y más tarde recogido por el CENELEC.

Para la conexión física usa el estándar RS-485 con transmisión asíncrona a 76.800 bps. Es una norma multiprincipal y multired, es decir, varios principales (másters) pueden conectarse al mismo bus y varios buses pueden interconectarse formando una red mayor mediante pasarelas (gateways). La segmentación hace posible que cada segmento de bus tenga un tráfico local independiente, con lo que se incrementa el ancho de banda del sistema global. Hay 3 tipos de dispositivos que pueden ser conectados a una red P-NET: principales (másters), subordinados (slaves) y pasarelas (gateways). Todas las comunicaciones están basadas en el principio de que un principal envía una petición y la estación subordinada direccionada devuelve una respuesta. Es un sistema muy robusto con respecto a los errores, realizándose continuamente un control de errores parparte de las estaciones subordinadas, siendo notificado el principal si se produce un error.

WorldFIP (World Factory Instrumentation Protocol)

Este protocolo ha sido impulsado por los fabricantes franceses (Cegelec, Telemecanique, Efisysteme, Gespac, etc.) y se normalizó con el nombre de FIP como la norma francesa NFC 46 601П605. En el año 1996, este protocolo fue recogido por la CENELEC en su norma EN 50170 con el nombre de WorldFIP, adoptando para la capa física la norma IEC 1158-2. Es un bus de campo diseñado para establecer comunicaciones entre el nivel de sensores/actuadores y el nivel de unidades de proceso (PLC, consoladores, etc.) en los sistemas automatizados.

HART (Highway Addressable Remote Transducer)

Web oficial: http://en.hartcomm.org/

HART es un protocolo de comunicación digital que opera sobre un bucle de corriente convencional 4-20 mA. Utiliza una onda senoidal de baja frecuencia como portadora analógica de la información digital, mediante modulación por desplazamiento de frecuencia (FSK: Frequency Shift Keying). Utiliza una frecuencia de 1. Hz para codificar un “1" y una frecuencia de 2.200 Hz para codificar un "0". Al tener su valor medio nulo, la señal modulada no afecta a la corriente del bucle. La velocidad de transferencia de este protocolo es de 1. bps. y puede alcanzar distancias de 3.000 metros con el uso de cable de par trenzado apantallado.

El método de acceso al medio es un método de sondeo y selección principal-subordinado. Pueden existir hasta dos estaciones principales (primaria y secundaria). En un mensaje HART pueden ser transmitidas hasta cuatro variables de proceso y cada dispositivo puede tener un máximo de 256. Existe un modo de comunicación en ráfaga (burst), mediante el cual un subordinado difunde continuamente un mensaje de respuesta.

Autor: José Mª. Hurtado

Desde un punto de vista técnico, su implementación es muy sencilla y en consecuencia el tiempo de desarrollo se acorta considerablemente respecto a otros protocolos en los que se complica la estructura de las tramas y en consecuencia el acceso a los datos que no están almacenados en estructuras complejas.

La transmisión de información no está comprometida a ningún tipo de datos. Lo que implica cierta flexibilidad a la hora del intercambio de información. Para expresarlo de forma más clara, si se transmite un dato de 16 bits de información su representación no está sujeta a ninguna restricción, por lo que puede tratarse de un dato tipo Word con signo, un entero sin signo de 16 bits o la parte alta de una representación tipo Float de 32 bits, etc. La representación del valor vendrá definida por la especificación que el fabricante del dispositivo, lo que permite la representación de un amplio rango de valores.

El bus se compone de una estación activa (principal) y de varias estaciones pasivas (subordinadas). La estación principal es la única que puede tomar la iniciativa de intercambio de información, no pudiendo las estaciones subordinadas comunicarse directamente. Existen dos mecanismos de intercambio:

Pregunta/respuesta: La estación principal transmite preguntas a una subordinada determinada, que a su vez transmite una respuesta a la principal.

Difusión: La estación principal transmite un mensaje a todas las estaciones subordinadas del bus, que ejecutan la orden sin transmitir ninguna respuesta.

En una red Modbus existen 1 estación principal y hasta 247 estaciones subordinadas (direcciones en el rango 1 a 247). Sólo la principal puede iniciar una transacción. Para comunicarse con las estaciones subordinadas, la principal envía unas tramas que llevan: la dirección del receptor, la función a realizar, los datos necesarios para realizar dicha función y un código de comprobación de errores. Cuando la trama llega a la estación subordinada direccionada, ésta lee el mensaje, y si no ha ocurrido ningún error realiza la tarea indicada. Entonces la subordinada envía una trama respuesta formada por: la dirección de la subordinada, la acción realizada, los datos adquiridos como resultado de la acción y un código de comprobación de errores. Si el mensaje enviado por la principal es de tipo difusión (broadcast), o sea, para todas las estaciones subordinadas (se indica con dirección 0), no se transmite ninguna respuesta. Si la estación receptora recibe un mensaje con algún error, contesta a la principal con un código de error (Función ilegal. Datos de direccionamiento ilegales. Datos de valores ilegales. Fallo en el dispositivo, Mensaje rechazado).

En Modbus existen dos posibles modos de transmisión para las estructuras de las unidades de información (caracteres) que forman el mensaje:

ASCII (American Standard Codefor Information Iníerchange). El sistema de codificación es hexadecimal y cada carácter consta de 1 bit de inicio, 7 bits de codificación de los datos, 1 bit de paridad (opcional) y 1 o 2 bits de parada, o sea, un total de 9 a 11 bits por carácter.

RTU (Remote Terminal Unit). El sistema de codificación es binario y cada carácter consta de 1 bit de inicio, 8 bits de codificación de los datos, 1 bit de paridad (opcional) y 1 o 2 bits de parada, o sea, un total de 10 a 12 bits por carácter. Los dispositivos Modbus usan interfaces serie compatibles con RS- 232C y RS-485, siendo el bus capaz de transferir datos a velocidades de 19’2 Kbps y alcanzar distancias de 1 Km.

Interbus

Web información: https://www.phoenixcontact.com/online/portal/es?1dmy&urile=wcm:path:/eses/web/main/products/subcatego ry_pages/interbus_p-04-11/a20f6e69-4460-457b-9267-2aea300acd7c

El bus sensor/actuador Interbus fue desarrollado por la empresa alemana Phoenix Contact a mediados de los años ochenta, y se normalizó como DIN 19258. Phoenix Contad ofrece con este protocolo una familia de

Autor: José Mª. Hurtado

soluciones de bus de campo perfectamente acoplables entre sí, aplicándose en una gran diversidad de sectores, como son la industria del automóvil, industria papelera y de impresión, industria alimentaría e industria textil. Interbus trabaja con un sistema de acceso principal/subordinado, siendo topológicamente un sistema en anillo donde el conductor de datos de ida y de retorno se intro- duce dentro de un cable que pasa por todos los nodos. En el anillo que parte del principal pueden conectarse subsistemas en anillo subordinados para estructurar el sistema completo. Un sistema subordinado puede tener carácter local (bus periférico) que sirve para formar grupos de estradas/salidas locales dentro de un armario, o puede ser un sistema que acopla participantes descentralizados a lo largo de distancias grandes. El nivel físico se realiza con el estándar RS- 485, utilizando cables de par trenzado y precisando 5 hilos debido a la estructura del anillo y a la conducción adicional de una tierra lógica. El empleo de la estructura en anillo aporta dos ventajas determinantes para el sistema: por un lado, ofrece la posibilidad de emisión y recepción simultánea de datos (full dúplex) y, por otro lado, en un sistema en anillo se puede conseguir un mejoramiento del diagnóstico propio del sistema, ya que un sistema en anillo con acoplamiento activo de nodos permite una segmentación de la instalación en sistemas parciales eléctricamente independientes, pudiendo así detectar el punto de un fallo.

La transferencia de datos a los nodos individuales no se efectúa a través de una dirección de bus como sucede en otros sistemas, sino a través de la posición física que tiene en el sistema en anillo. Adicionalmente a este direccionamiento automático físico de los participantes en el bus, puede efectuarse en el principal del bus un direccionamiento lógico de elección libre mediante la elaboración de una lista de asignación de direcciones. Así, las direcciones de estaciones utilizadas por el programa de aplicación son independientes de su posición física, y es posible retirar y añadir nodos en el anillo sin problemas y sin modificar el direccionamiento. Existen más de 400 fabricantes que ofrecen equipos de campo con interfaz para Interbus. Todos los equipos compatibles que realizan este protocolo se verifican en un instituto neutral y se certifican por el InterBus-S Club.

CAN (Controller Area Network)

Es un protocolo serie de comunicaciones que soporta control distribuido en tiempo real con un gran nivel de seguridad. Ha sido desarrollado por la firma Bosch en 1985 y soportado desde 1992 por la organización CiA (CAN in Automation). Se recoge como norma en la ISO 11898/11519 y su principal aplicación reside en la industria del automóvil, donde las unidades de control, sensores, sistemas antideslizamiento y otros sistemas a bordo de los coches se conectan usando un bus CAN a velocidades de hasta 1Mbps. También se usa en la electrónica del automóvil, como por ejemplo en los grupos de luces y en las ventanas eléctricas, evitando así un aumento innecesario del cableado.

SDS (Smart Distributed System)

Este protocolo ha sido desarrollado por Honeywell y normalizado como ISO 11989. Es un sistema de bus basado en CAN y adecuado para comunicar sensores y actuadores inteligentes. Usa un cable de 4 hilos para reunir hasta 64 dispositivos direccionables individualmente con un máximo de 126 direcciones. Se recomiendan 4 posibles velocidades de transmisión, que son 125 Kbps, 250 Kbps, 500 Kbps y 1 Mbps (la velocidad del bus la fija la estación activa con la menor dirección). La distancia que se puede alcanzar depende de la velocidad de la red, siendo posible llegar hasta 500 metros.

Autor: José Mª. Hurtado

Se basa en un bus de dos hilos sin apantallar que puede tener una longitud máxima de 100 metros y que interconecta a una estación activa (máster) y un máximo de 31 estaciones pasivas (esclavos), con un máximo de 124 actuadores/sensores binarios (máximo de 4 unidades binarias o 1 unidad digital más compleja por estación pasiva). La estación activa interroga a todas las pasivas sucesivamente y espera la respuesta. AS-I usa mensajes de longitud constante, evitando así el uso de complejos procedimientos para el control de la transmisión y cálculo de las longitudes de los mensajes y formato de los datos, consiguiendo de esta forma que una estación activa consulte a todas sus estaciones pasivas, y actualice los datos en un tiempo máximo de 5 milisegundos a una velocidad de 167 Kbps. Para conectar diferentes actuadores, sensores u otros dispositivos y elementos al bus AS-I, este protocolo define un módulo con tareas de interfaz electromecánica que permite una simple instalación y manipulación de dichos elementos. La alimentación de los nodos conectados al bus se puede realizar a través del propio bus (24 VDC y hasta 100 mA por estación pasiva con un máximo de 2 A en total).

PROFIBUS (PROcess FIeld BUS)

Web oficial: http://www.profibus.es/

PROFIBUS ( PROcess FIeld BUS ) es el bus líder en Europa impulsado por los fabricantes alemanes (ABB. AEG, Siemens, Bauer, Danfoss, Klóckner, Móeller, etc.). Se trata de un bus de campo abierto , que puede implementarse en diversas áreas como pueden ser fabricación, proceso y automatización de edificios.

Se encuentra estandarizado en la norma DIN 19245 (a principios de 1991) para más tarde, en 1996, ser incluido por el CENELEC en la norma europea EN 50170 (volumen 2), lo que le proporciona un gran nivel de confianza de cara al usuario, así como la posibilidad de comunicación entre equipos de diferentes fabricantes sin necesidad de ajustes especiales de interface. Los primeros productos que se ajustan a esta norma comenzaron a aparecer en 1989 y se creó un grupo de usuarios denominado PROFIBUS Nutzerorganisation (PNO)

En la actualidad existen diferentes versiones de Profibus: Profibus-PA , Profibus-FMS , Profibus-DP , todas ellas ampliamente extendidas en el mundo y especialmente en el continente europeo.

• PROFIBUS-DP ( Periferia Descentralizada , DIN E 19245, parte 3).

El protocolo PROFIBUS-DP se ha diseñado para la comunicación rápida con unidades periféricas descentralizadas, con rápidos tiempos de reacción. Hay numerosos dispositivos PROFIBUS ofrecidos por diversos fabricantes. Dichos dispositivos abarcan desde módulos sencillos de entradas o de salidas hasta controladores de motores y sistemas de automatización.

Por lo general, las redes PROFIBUS-DP incorporan un maestro y varios esclavos. La configuración del maestro le permite reconocer cuáles tipos de esclavos están conectados, así como sus respectivas direcciones. El maestro inicializa la red y verifica si los esclavos coinciden con la configuración. Continuamente, el maestro escribe los datos de salida en los esclavos y lee de allí los datos de entrada. Una vez que un maestro DP haya configurado correctamente a un esclavo, éste último le pertenecerá. Si hay otro maestro en la red, tendrá apenas un acceso muy limitado a los esclavos del primer maestro.

Autor: José Mª. Hurtado

• PROFIBUS-PA ( Process Automation )

Es la ampliación de PROFIBUS-DP compatible en comunicación con una tecnología que permite aplicaciones

en áreas con riesgo de explosión. La tecnología de transmisión de PROFIBUS-PA se corresponde con el estándar internacional IEC 1158-2.

• PROFIBUS-FMS ( Field Message Specification , DIN 19245, tomo 2)

Este protocolo es aplicable para la comunicación de autómatas en pequeñas células y para la comunicación con dispositivos de campo con interface FMS. En esta versión, la funcionalidad es más importante que conseguir un tiempo de reacción pequeño.

En la siguiente tabla se observan las características más importantes para cada versión.

Autor: José Mª. Hurtado

Al objeto de conseguir tal seguridad, las redes industriales utilizan dispositivos Switch y Procesadores de comunicación gestionados que permiten asegurar y garantizar la integridad de los datos y el establecimiento sin errores de la comunicación entre equipos.

PROFINET es la evolución de del estándar abierto de Ethernet industrial para la automatización. Utiliza Industrial Ethernet y permite la comunicación en tiempo real hasta el nivel de campo, aprovechando plenamente los estándares de las tecnologías de la información existentes. PROFINET tiene determinismo y permite establecer prioridades en la red, evitando así la saturación de la red e incrementando por tanto la seguridad en la comunicación.

CARACTERÍSTICAS DE PROFINET

• PROFINET I/O ofrece funcionamiento en “tiempo real” para datos de E/S cíclicos. Tiempo real significa programar/organizar el inter cambio cíclico con cada esclavo, con alta prioridad y tiempos fijos.
• Se pueden utilizar los cables y switches estándar de Ethernet
• Sistema Maestro-Esclavo, como en Profibus.
• Se configura como una red de campo.
• Los dispositivos ya no se direccionan mediante número de nodo, sino mediante un nombre
• Comunicación fácil, rápida, flexible y abierta.
• Protocolo abierto, estándar industrial.
• Tan sencillo como un bus de campo.
• Alta velocidad, tiempo de ciclo por dispositivo.
• 100 m entre dispositivos.
• Utiliza conectores industriales apantallados RJ45.
• Grandes velocidades de transmisión (10-100-1000 Mps).

Para ampliar información sobre PROFINET aconsejamos este enlace: http://www.proatec.com.mx/profinet.pdf

Autor: José Mª. Hurtado