113 protocolos de comunicacion

8/18/2019 113 Protocolos de Comunicacion

1/29

INSTRUMENTOS DE CONTROLINSTRUMENTOS DE CONTROL

PROTOCOLOS DEPROTOCOLOS DECOMUNICACIONCOMUNICACION

Elaborado por: Ing. Isaac Quispe UretaElaborado por: Ing. Isaac Quispe Ureta


2/29

1.0.1.0. ANALOGICO vs DIGITALANALOGICO vs DIGITAL

INTRODUCCIONINTRODUCCION

Una señal eléctrica es analógica cuandoUna señal eléctrica es analógica cuandosu representación en el tiempo es la desu representación en el tiempo es la deuna función continúa, es decir, losuna función continúa, es decir, los

cambios no son bruscos y puede adoptarcambios no son bruscos y puede adoptarinfinitos valores. Ejemplo : La voz, el calor,infinitos valores. Ejemplo : La voz, el calor,la presión , etcla presión , etcLas señales analógicas son creadas porLas señales analógicas son creadas porla naturaleza.la naturaleza.

DIGITALDIGITALUna señal es digital, cuando adopta enUna señal es digital, cuando adopta enel tiempo valores discretosel tiempo valores discretospredeterminados y limitados. Supredeterminados y limitados. Surepresentación en el tiempo, reflejarepresentación en el tiempo, refleja

cambios bruscos de magnitud.cambios bruscos de magnitud.Las señales digitales han sido creadasLas señales digitales han sido creadaspor el ser humanopor el ser humano



3/29


4/29


1 y 0.1 y 0.

Una señal digital seUna señal digital se

representa 1 y 0. Donderepresenta 1 y 0. Donde

1 es un nivel de tensión1 es un nivel de tensión

más elevado, que semás elevado, que sedenomina nivel alto ( HIGHdenomina nivel alto ( HIGH

))

y un 0 es un nivel másy un 0 es un nivel más

bajo de tensión ( LOW ).bajo de tensión ( LOW ).

Cuando no se repiten enCuando no se repiten en

intervalos de tiempo fijos esintervalos de tiempo fijos es

un tren de impulsos noun tren de impulsos no

periódicoperiódico



5/29


CONVERSORESCONVERSORESExisten circuitos que permiten convertirExisten circuitos que permiten convertirseñal analógica en señal digital yseñal analógica en señal digital yviceversa. Estos circuitos se llamanviceversa. Estos circuitos se llamanconversores :conversores :

ADC : Conversor Análogo Digital. ADC : Conversor Análogo Digital.

DAC : Conversor Digital Análogo.DAC : Conversor Digital Análogo.



6/29


CONVERSORESCONVERSORESLos conversores se especifican enLos conversores se especifican enfunción a la cantidad defunción a la cantidad de bit’sbit’s que utilizanque utilizanpara realizar la conversión.para realizar la conversión.

Si usamos una cantidad pequeña de bitsSi usamos una cantidad pequeña de bitsla aproximación a la señal no es muyla aproximación a la señal no es muybuena.buena.

Conforme aumentamos la cantidad deConforme aumentamos la cantidad debit’sbit’s la conversión se aproxima cada vezla conversión se aproxima cada vezmas a la señal realmas a la señal real

Los conversores pueden ser de 8, 10, 12,Los conversores pueden ser de 8, 10, 12,16, 24, 32 bits16, 24, 32 bits



7/29


8/29

3.0 LA VARIEDAD ES LA ESENCIA DE LA VIDA3.0 LA VARIEDAD ES LA ESENCIA DE LA VIDA

Una amplia variedad de redes de “campo” están disponibles el amUna amplia variedad de redes de “campo” están disponibles el ambiente debiente de

automatización industrial. Sin embargo, la confusión se genera pautomatización industrial. Sin embargo, la confusión se genera porque susorque sus

capacidades se solapan y no son entendidascapacidades se solapan y no son entendidas

– – DeviceNetDeviceNet

– – Profibus DP / PAProfibus DP / PA

– – Foundation FieldbusFoundation Fieldbus

– – Existen otrasExisten otras

CO MM UNICATION FOUNDATION

HART



9/29

4.0 TIPOS Y NIVELES DE PROTOCOLOS4.0 TIPOS Y NIVELES DE PROTOCOLOS

24vdc

509 -BOD

T

Nivel de DispositivoNivel de Dispositivo

Nivel de InformaciónNivel de Información

Nivel deNivel de AutomatAutomatizaciónización yy ControlControl

HighAlarmLowAlarmComm.Err.

ControlNet, Profibus DPControlNet, Profibus DP

/ Modbus/ Modbus• 99 nodos por red• 5 Mbaud

Ethernet TCP/IP• Número de nodos ilimitado

• 10/100 Mbaud

Ethernet TCP/IP

DeviceNet / Foundation FieldbusDeviceNet / Foundation Fieldbus -- H1 /

Hart / Profibus PA•• 64 nodos

•500 Kbaud

H1 /

Hart / Profibus PA



10/29

5.0 LOS BUSES DE CAMPO SON DIFERENTES A LAS REDES DE COMUNICACIÓ5.0 LOS BUSES DE CAMPO SON DIFERENTES A LAS REDES DE COMUNICACIÓNN

Caracterizado por el uso de dispositivos “Inteligentes”Caracterizado por el uso de dispositivos “Inteligentes”

– – En la automatización de procesos, los buses de campo o redes deEn la automatización de procesos, los buses de campo o redes de instrumentosinstrumentos

estan reemplazando los dispositivos tradicionales de 4estan reemplazando los dispositivos tradicionales de 4--20 mA20 mA

– – En la automatización industrial, las redes de dispositivos estanEn la automatización industrial, las redes de dispositivos estan reemplzando las E/Sreemplzando las E/Sdiscretasdiscretas

Las redes o buses de campo tipicamente proveen alimentación a loLas redes o buses de campo tipicamente proveen alimentación a los dispositivoss dispositivos

Abierto pero con Reglas Abierto pero con Reglas

CO M MU NICATION FOUNDATION

HART



11/29


12/29

7.0 AHORA EXISTE UN ESTÁNDAR PARA FIELDBUS...7.0 AHORA EXISTE UN ESTÁNDAR PARA FIELDBUS...IECIEC 6115861158

La norma IEC 61158 fué diseñada para proveer un estándar paraLa norma IEC 61158 fué diseñada para proveer un estándar parael reemplazo digital simple del estándarel reemplazo digital simple del estándar 44--20ma20ma

– – Concebido en 1985, iniciado en 1988Concebido en 1985, iniciado en 1988

1993 se publicó parte 2, la cuál fué para la capa fisica1993 se publicó parte 2, la cuál fué para la capa fisica 1996 se publicó la segunda edición de la parte 21996 se publicó la segunda edición de la parte 2

2000 se publicaron partes 32000 se publicaron partes 3 -- 6, para la parte 8 del6, para la parte 8 del

protocoloprotocolo

– – Type 1Type 1 -- resembla FF H1resembla FF H1 – – Type 2Type 2 -- ControlNetControlNet

– – Type 3Type 3 -- ProfibusProfibus--DPDP

– – Type 4Type 4 -- PP--NetNet

– – Type 5Type 5 -- FFB HSEFFB HSE – – Type 6Type 6 -- SwiftNetSwiftNet

– – Type 7Type 7 -- WorldFIPWorldFIP

– – Type 8Type 8 -- InterbusInterbus--SS



13/29

8.0 ¿PORQUE REDES DE INSTRUMENTOS?8.0 ¿PORQUE REDES DE INSTRUMENTOS?

Los fabricantes de Instrumentación están cambiando el campo de jLos fabricantes de Instrumentación están cambiando el campo de juegouego

– – Todos los Dispositivos de campo digitales proveen:Todos los Dispositivos de campo digitales proveen: Resolución y Precisión MejoradasResolución y Precisión Mejoradas Configuración RemotaConfiguración Remota Mejores/ Diagnósticos RemotosMejores/ Diagnósticos Remotos Configuración remota y automáticaConfiguración remota y automática

Más información sobre el dispositivo y el procesoMás información sobre el dispositivo y el proceso Foundation Fieldbus, definida por un Consorcio de Vendedores deFoundation Fieldbus, definida por un Consorcio de Vendedores de

Procesos (DCS), también le permite obtener un control altamenteProcesos (DCS), también le permite obtener un control altamentedistribuidodistribuido – – Bloques Funcionales que corren en el dispositivo finalBloques Funcionales que corren en el dispositivo final

Nuevo campo de batalla para la

Automatización de Procesos



14/29

Perdida de señal

Información Gerencial

Process Variable 1

PV Status

Process Variable 2PV Status

Tag Number

Tag Name

Manufacturer

Serial Number

Configuration Data

Range Limits / Alarms

Engineering Units

Signal Damping

Sensor Limits / Alarms

Min. Sensor Span

Notas de Calibración

Sistema de InstrumentosDigitales

Variable de Proceso 1

9.0 ¿QUE INFORMACIÓN ADICIONAL ME PUEDE SUMINISTRAR UNA RED?9.0 ¿QUE INFORMACIÓN ADICIONAL ME PUEDE SUMINISTRAR UNA RED?

Información de

Control

VERSUS

VERSUS

Sistema Clásico deInstrumentos Análogos



15/29

10.0. EL FUTURO ESTÁ EN LOS DATOS….!10.0. EL FUTURO ESTÁ EN LOS DATOS….!

Endress+Hauser

Mass Flow Meter• PV: Mass Flow Rate• SV: Totalizer 1

• TV: Density

• FV: Temperature

• Volume Flow

• Std. Volume Flow• Target Flow

• Carrier Flow

• Calculated Density

• Totalizer 2

• Set Flow Units• Reset Totalizers

• Set Zero & Full Scale Range

• Change K Factor

• Change Pipe Diameter

• Set Flow Direction• Set “Low Flow Cutoff”

• Make Density Adjustments

EscrituraLectura

Fisher Control

Valve

• PV: Percent Travel

• SV: Travel Setpoint

• TV: Temperature

• FV: Supply Pressure

• Status Bytes• RAM Fail

• Pressure Sensor Fail

• Temperature Sensor Fail

• Position Sensor Fail

• Perform Diagnostic Tests

• Set Zero & Span

• Adjust For Mechanical Wear

• Adjust Valve Sensitivity



16/29

11.0. UN BUS DE CAMPO ES UNA TECNOLOGÍA HABILITANTE …11.0. UN BUS DE CAMPO ES UNA TECNOLOGÍA HABILITANTE …

Para una red de comunicación abierta, en dos sentidos, toda digiPara una red de comunicación abierta, en dos sentidos, toda digital, para dispositivostal, para dispositivos

“inteligentes” en las industrias de proceso“inteligentes” en las industrias de proceso

Que permite la conexión de multiples dispositivos de campo (y diQue permite la conexión de multiples dispositivos de campo (y diferentes fabricantes)ferentes fabricantes)

en el mismo par de hilosen el mismo par de hilos

Que reemplaza el cableado tradicional puntoQue reemplaza el cableado tradicional punto--punto entre elementos tradicionales depunto entre elementos tradicionales decampo “nocampo “no--inteligentes” y controladoresinteligentes” y controladores

Two-way communication



17/29

12.0. EXISTEN PRIMARIAMENTE TRES REDES DIGITALES DE CAMPO UTILIZ12.0. EXISTEN PRIMARIAMENTE TRES REDES DIGITALES DE CAMPO UTILIZADAS CON LAADAS CON LAINSTRUMENTACIÓN DE CONTROL DE PROCESOSINSTRUMENTACIÓN DE CONTROL DE PROCESOS

HART (Highway Addressable Remote Transducer)HART (Highway Addressable Remote Transducer) – – El más antiguo,El más antiguo,más sencillo con la más grande base instalada aún con el volumenmás sencillo con la más grande base instalada aún con el volumen dedeventas más altoventas más alto

Una señal digital es super impuesta sobre los 4Una señal digital es super impuesta sobre los 4--20 mA analogos20 mA analogos Más de 2 Millones de Instrumentos con comunicación HARTMás de 2 Millones de Instrumentos con comunicación HART

despachados anualmentedespachados anualmente Mayores ProponentesMayores Proponentes – – EMERSON y la mayoría si no todos losEMERSON y la mayoría si no todos los

fabricantes de instrumentaciónfabricantes de instrumentación

FOUNDATION FieldbusFOUNDATION Fieldbus – – define conexiones seriales de baja velocidaddefine conexiones seriales de baja velocidad(H1) y Ethernet de alta velocidad ( High Speed Ethernet(H1) y Ethernet de alta velocidad ( High Speed Ethernet -- HSE)HSE)

Permite que el control sea distribuido y ejecutado en el disposPermite que el control sea distribuido y ejecutado en el dispositivoitivo Despachos anuales estimados en aproximadamente 75,000Despachos anuales estimados en aproximadamente 75,000

instrumentos para 2004instrumentos para 2004 Mayores ProponentesMayores Proponentes – – EMERSON, Rockwell Automation, ABBEMERSON, Rockwell Automation, ABB – – lala

mayoría fabricantes de instrumentación y sistemas de controlmayoría fabricantes de instrumentación y sistemas de control

Profibus PAProfibus PA – – Primariamente una implementación dePrimariamente una implementación deSiemens/Europea basada en Profibus DP. Profibus PA esSiemens/Europea basada en Profibus DP. Profibus PA esimplementada como un subjuego a una red DP.implementada como un subjuego a una red DP.

Mayores ProponentesMayores Proponentes – – Siemens y los fabricantes de instrumentosSiemens y los fabricantes de instrumentosque venden en Europa

CO M MUNICATION

FOU NDATION

HART

que venden en Europa



18/29

13.0 LOS INSTRUMENTOS DE PROCESO PUEDEN PROYECTAR VARIAS CAPACID13.0 LOS INSTRUMENTOS DE PROCESO PUEDEN PROYECTAR VARIAS CAPACIDADES AADES ATRAVÉS DE CADA PROTOCOLOTRAVÉS DE CADA PROTOCOLO

P a r a m

e t r o s D i s p o

n i b l e s / C a p a c i d a d e s



19/29

14.0 LA TECNOLOGIA APUNTA A UNA INTELIGENCIA EN EL CAMPO...14.0 LA TECNOLOGIA APUNTA A UNA INTELIGENCIA EN EL CAMPO...

1940 1960 1980 2000 Time

Dominant

Technology

CentralizedDCS

I n t e l l i

g e n t F i e l d

B a s e d

A r c h

i t e c t u r e

Hardwired

Panel Boards



20/29

15.0 ¿EXISTEN REALMENTE BENEFICIOS?15.0 ¿EXISTEN REALMENTE BENEFICIOS?

Los Beneficios de la tecnología de redes deLos Beneficios de la tecnología de redes de

instrumentos digitales son muy conocidosinstrumentos digitales son muy conocidos – – Menores costos de cableado!Menores costos de cableado! – – Comisionamiento y puesta en marcha en menosComisionamiento y puesta en marcha en menos

tiempo!tiempo! – – Más información relevante para los operadores!Más información relevante para los operadores! – – Evita incidentes con perdidas de tiempo!Evita incidentes con perdidas de tiempo!

– – Menores costos de mantenimiento!Menores costos de mantenimiento!

Algunas exclamaciones son exageradas…pero hayAlgunas exclamaciones son exageradas…pero haysuficiente evidencia de los beneficiossuficiente evidencia de los beneficios

– – Muchos ejemplos de FieldbusMuchos ejemplos de Fieldbus – – de los fabricantes dede los fabricantes deDCSDCS

– – Tiempo para comisionamiento más bajoTiempo para comisionamiento más bajo – – Facilidad de usoFacilidad de uso

Pero… para llegar allá Usted;Pero… para llegar allá Usted; – – Debe entender la tecnología del FieldbusDebe entender la tecnología del Fieldbus

– – Aceptar que los buses de campo son diferentes a la Aceptar que los buses de campo son diferentes a latecnología tradicionaltecnología tradicional – – Necesita aplicar este entendimiento a la planificaciónNecesita aplicar este entendimiento a la planificación

del proyecto del sistemadel proyecto del sistema – – Fallar en cualquiera de ellos puede eliminar totalmenteFallar en cualquiera de ellos puede eliminar totalmente

los ahorros!!los ahorros!!



21/29


22/29

17.0. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS17.0. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS

Los Dispositivos se conectan en red y se comunican digitalmenteLos Dispositivos se conectan en red y se comunican digitalmente a través de:a través de:

H1:H1: Solución para automatización de procesos, interface a nivel de cSolución para automatización de procesos, interface a nivel de campo eampo eintegración de dispositivos. Corre a 31.25 kbit/s. Alimentaciónintegración de dispositivos. Corre a 31.25 kbit/s. Alimentación y señal están eny señal están en

el mismo par de hilos. Opción de Fibra Optica. Soporta aplicacioel mismo par de hilos. Opción de Fibra Optica. Soporta aplicacionesnes

instrisicamente seguras.instrisicamente seguras.

HSE:HSE: Solución para un sistema de control de alto performance,Solución para un sistema de control de alto performance,

usuarios/generadores de datos de alta velocidad e integración deusuarios/generadores de datos de alta velocidad e integración de subsistemas.subsistemas.Las mismas funciones de H1, pero corre a 100 Mbit/s sobre equipaLas mismas funciones de H1, pero corre a 100 Mbit/s sobre equipamientomiento

comercial Ethernet estándar.comercial Ethernet estándar.



23/29

17.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS17.1. CONCEPTOS FUNDAMENTALES DE FOUNDATION FIELDBUS

Ejecución Deterministica de Bloques Funcionales… entre dispositiEjecución Deterministica de Bloques Funcionales… entre dispositivosvos – – Valores analogos complejos que incluyen información de estatus yValores analogos complejos que incluyen información de estatus y saludsalud

– – Interfaces consistentes para todos los Bloques Funcionales sin iInterfaces consistentes para todos los Bloques Funcionales sin importar elmportar el

fabricante incluyendo alarmasfabricante incluyendo alarmas

Los Dispositivos contienen Bloques FuncionalesLos Dispositivos contienen Bloques Funcionales – – Resources BlockResources Block – – información general del dispositivo, diagnósticosinformación general del dispositivo, diagnósticos

– – Transducer BlockTransducer Block – – información del dispositivo Input (sensor) / Output (valve),información del dispositivo Input (sensor) / Output (valve),

diagnósticosdiagnósticos

– – Control BlocksControl Blocks – – AI, AO, PID, AALM, LLAG, muchos más… AI, AO, PID, AALM, LLAG, muchos más…



24/29

18.0. FLEXIBILIDAD EN LA CAPA FÍSICA DE FFB18.0. FLEXIBILIDAD EN LA CAPA FÍSICA DE FFB -- H1H1

Opción de Multiples

Topologías

Sigue la Capa FísicaSigue la Capa Física IEC 61158IEC 61158

– – Par trenzadoPar trenzado – – Alimentación sobre el Alimentación sobre el busbus

– – Data rate 31.25 kbit/s (H1)Data rate 31.25 kbit/s (H1)

HastaHasta 32 d32 dispositivosispositivos ppoor segmentr segmentoo(depend(dependee de varios factores)de varios factores)

– – 4 d4 dispositivos eispositivos en Clasn Clasee I, Div. 1 (I.S.)I, Div. 1 (I.S.) – – 88 aa 10 d10 dispositivosispositivos ClasClasee 22

– – El controlador debe soportar elEl controlador debe soportar elnúmero de bloques funcionalesnúmero de bloques funcionalesnecesitados por los transmisoresnecesitados por los transmisores

Alambrado par trenzado apantalladoAlambrado par trenzado apantallado DistancDistanciasias hastahasta 5700 ft.5700 ft. / / 1900 mts.1900 mts.

(m(más conás con repetrepetidor idor es)es) IntrinsicaIntrinsicamente seguro por diseñomente seguro por diseño



25/29

19.0. FOUNDATION FIELDBUS HABILITA UN CAMBIO EN LA ESTRATEGIA DE19.0. FOUNDATION FIELDBUS HABILITA UN CAMBIO EN LA ESTRATEGIA DE CONTROLCONTROL

Métodos

tradicionalestenían el cierredel lazo en elcontrolador deprocesos

Controlador

Sistema Tradicional de Control

Fieldbus

4-20mA

PID Controlador

Sistema de ControlControlusando FF-H1

AO

AI

PID AO AI

Subsistema

de E/S

Fieldbus le permite distribuirel cierre de los lazos de

control desde el controladorde procesos hacia lainstrumentación en campo



26/29

21.0. FOUNDATION FIELDBUS SINCRONIZA EL FLUJO DE DATOS ENTRE LOS21.0. FOUNDATION FIELDBUS SINCRONIZA EL FLUJO DE DATOS ENTRE LOS BLOQUESBLOQUESDE FUNCIONESDE FUNCIONES

Agendamiento de Bloques deAgendamiento de Bloques deFunciones (Scheduling)Funciones (Scheduling) – – Programado desde fraccionesProgramado desde fracciones

de 1 millisecond en adelantede 1 millisecond en adelante[System Management][System Management]

– – Programación SincronizadaProgramación Sincronizadaentre dispositivos.entre dispositivos.[Link Active Schedule][Link Active Schedule]

– – La sincronización es opcionealLa sincronización es opcioneal Soporte a tendenciasSoporte a tendencias

– – 16 Samples of any Variable16 Samples of any Variable – – Floats, Discrete, BitstringsFloats, Discrete, Bitstrings – – Dynamic AssignmentDynamic Assignment – – Independent Save PeriodIndependent Save Period – – Includes a “status” byte perIncludes a “status” byte per

samplesample

– – Automatic Publication

AI1

AI2

AI3

ISel

PID

Time (macro cycle)

PublishExecute

AI AI22

I S el

I S el PIDPID

AOAO

Automatic Publication AI AI11

AI AI33



27/29

22.0. PROPUESTAS PARA USAR FIELDBUS22.0. PROPUESTAS PARA USAR FIELDBUS

Fieldbus

Interface module

1757 - FIM

Linking Device

1788-CN2FF

AI A

O

FFB Loop

FlexLogix

ControlLogixProcessLogixPLC5

H1

HighAlarmLowAlarmComm.Err.

H1

FFB Loop



28/29

23.0. EL23.0. EL LINKING DEVICELINKING DEVICE – – 17881788--CN2FFCN2FF

Tamaño pequeñoTamaño pequeño, independ, independiiententee deldel rackrack de E/Sde E/S

Interface de ControlNet con medio físico r Interface de ControlNet con medio físico r edundantedundantee

Acep Acepta alimentación r ta alimentación r edundantedundantee (FF(FFBB H1H1 no esno es

redundantredundantee))

24 V DC24 V DC

Dos interfacesDos interfaces Fieldbus pFieldbus poor Linking Devicer Linking Device

Montaje enMontaje en Din RailDin Rail

IncluIncluyeye Link Active Scheduler,Link Active Scheduler, Almacenamiento del Almacenamiento del SetSet--up, Autoup, Auto--

r r ececuperación de falla de alimentación ouperación de falla de alimentación o brownbrown--out,out, Manejo delManejo del SegmentSegmentoo

incluyendo asignación de direcciónincluyendo asignación de dirección/Tag,/Tag, Publicación dePublicación de TiTieemmpo,po, TagTag

QueryQuery

El CN2FF mapea los datos de Fieldbus

a una tabla que un PLX, PLCo CLX puedan usar


24.0. USANDO LOS DATOS DEL INSTRUMENTO PUEDE PROVEER OPERACIONES24.0. USANDO LOS DATOS DEL INSTRUMENTO PUEDE PROVEER OPERACIONES DEDE


29/29

PROCESO MEJORADASPROCESO MEJORADAS

Condition Monitoring

Engineering

Historical Trending

Visualization

Remote Monitoring

Configuration and

Maintenance

Event Monitoring

Control

User Management

Advanced Diagnostics

La Gerencia de Activos y laInformación de los Dispositivosestá disponible a lo largo y anchodel sistemaElaborado por: Ing. Isaac Quispe UretaElaborado por: Ing. Isaac Quispe Ureta

113 protocolos de comunicacion

Documents