control de instrumentos de medición utilizando redes industriales
TRANSCRIPT
Control de Instrumentos de Medición Utilizando Redes
Industriales
Jorge Arturo Martínez Castro
Ana Marisol Menchaca Ortega
César José Vázquez Jiménez
Martin Leonardo González Martínez
José Guadalupe Soto Martínez
Prof. M.C. Eloísa Gallegos Arellano
Universidad Tecnológica de Salamanca. AV. Universidad Tecnológica #200,
Colonia Ciudad Bajío, Salamanca Guanajuato, México.
Resumen
En la actualidad es común escuchar de comunicación entre dispositivos mediante redes de
comunicación; de la misma manera existe la comunicación en la industria mediante protocolos
establecidos para realizar una interfaz hombre maquina; y poder manipular, monitorear cualquier
dispositivo en un proceso en tiempo real.
Introducción
Las redes industriales nos permiten
adquirir y transmitir datos en tiempo real de
los diferentes componentes periféricos en la
industria ya sean de medición y control de
procesos o el monitoreo en largas distancias
de los sensores, válvulas transmisores,
actuadores, convertidores, variadores por
medio de los diferentes protocolos de
comunicación que existen.
1
Características del OSI
1. Capa Física.
Transmisión de flujo de bits a través
del medio. No existe estructura alguna.
Maneja voltajes y pulsos eléctricos.
Especifica cables, conectores y
componentes de interfaz con el medio
de transmisión.
2. Capa Enlace de Datos.
Estructura el flujo de bits bajo un
formato predefinido llamado trama.
Para formar una trama, el nivel de
enlace agrega una secuencia especial
de bits al principio y al final del flujo
inicial de bits.
Transfiere tramas de una forma
confiable libre de errores (utiliza
reconocimientos y retransmisión de
tramas).
Provee control de flujo.
Utiliza la técnica de "piggybacking".
3. Capa de Red (Nivel de paquetes).
ya sea un circuito virtual o como
datagramas.
Control de Congestión.
4. Capa de Transporte.
Establece conexiones punto a punto sin
errores para el envío de mensajes.
Permite Divide los mensajes de la capa
de transporte en paquetes y los
ensambla al final.
Utiliza el nivel de enlace para el envío
de paquetes: un paquete es encapsulado
en una trama.
Enrutamiento de paquetes.
Envía los paquetes de nodo a nodo
usando multiplexar una conexión punto
a punto entre diferentes procesos del
usuario (puntos extremos de una
conexión).
Provee la función de difusión de
mensajes (broadcast) a múltiples
destinos.
Control de Flujo.
5. Capa de Sesión.
Permite a usuarios en diferentes
máquinas establecer una sesión.
Una sesión puede ser usada para
efectuar un login a un sistema de
tiempo compartido remoto, para
transferir un archivo entre 2 máquinas,
etc.
Controla el diálogo (quién habla,
cuándo, cuánto tiempo, half duplex o
full duplex).
Función de sincronización.
6. Capa de Presentación.
Establece una sintaxis y semántica de
la información transmitida.
Se define la estructura de los datos a
transmitir (v.g. define los campos de un
registro: nombre, dirección, teléfono,
etc).
Define el código a usar para
representar una cadena de caracteres
(ASCII, EBCDIC, etc).
Compresión de datos.
Criptografía.
7. Capa de Aplicación.
Transferencia de archivos (ftp).
Login remoto (rlogin, telnet).
Correo electrónico (mail).
Acceso a bases de datos, etc.
Bus paralelo (SPP, EPP, ECP)
Este sistema de comunicación se adoptó
para aumentar la velocidad de transferencia
de datos entre dos equipos, aplicado en los
ordenadores y llamado puerto paralelo SPP
(Estándar Parallel Port) con el estándar
2
IEE1284 utilizados en impresoras, scanners
en dispositivos programables.
Existen 2 extensiones en este puerto
paralelo el EPP (Enhanced Parallel Port) y el
ECP (Extender Capabilities Port) que
mejoran principalmente en velocidad
El EPP trabaja a una velocidad de
transferencia entre 500 KB y 2 MB /segundo.
El ECP fue diseñado por hp-Microsoft
funciona a mucha velocidad a comparación
del primero pero funciona mejor bajo
Windows. Este puerto tiene la ventaja d
utilizar canales DMA y ”buffers” FIFO así
los daos pueden desplazarse sin instrucciones
de entrada o de salida
Modelo TCP/IP El TCP/IP es la base de Internet, y sirve
para comunicar todo tipo de dispositivos,
computadoras que utilizan diferentes sistemas
operativos, minicomputadoras y
computadoras centrales sobre redes de área
local (LAN) y área extensa (WAN). TCP/IP
fue desarrollado y demostrado por primera
vez en 1972 por el departamento de defensa
de los Estados Unidos, ejecutándolo en
ARPANET, una red de área extensa del
departamento de defensa.
EL MODELO TCP/IP está compuesto
por cuatro capas o niveles, cada nivel se
encarga de determinados aspectos de la
comunicación y a su vez brinda un servicio
específico a la capa superior. Estas capas son:
Aplicación
Transporte
Internet
Acceso a Red
Capa de Aplicación
La capa de aplicación del modelo TCP/IP
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 asegura que estos datos estén
correctamente empaquetados antes de que
pasen a la capa siguiente.
TCP/IP tiene protocolos que soportan la
transferencia de archivos, e-mail, y conexión
remota, además de los siguientes:
FTP (Protocolo de transferencia de
archivos): es un servicio confiable orientado a
conexión que utiliza TCP para transferir
archivos entre sistemas que admiten la
transferencia FTP.
TFTP (Protocolo trivial de transferencia de
archivos): es un servicio no orientado a
conexión que utiliza el Protocolo de
datagrama de usuario (UDP).
SMTP (Protocolo simple de transferencia
de correo): administra la transmisión de
correo electrónico a través de las redes
informáticas.
SNMP (Protocolo simple de administración
de red): es un protocolo que provee una
manera de monitorear y controlar los
dispositivos de red y de administrar las
configuraciones, la recolección de
estadísticas, el desempeño y la seguridad.
DNS (Sistema de denominación de
dominio): es un sistema que se utiliza en
Internet para convertir los nombres de los
dominios y de sus nodos de red publicados
abiertamente en direcciones IP.
Capa de Transporte
La capa de transporte proporciona
servicios de transporte desde el host origen
hacia el host destino. En esta capa se forma
una conexión lógica entre los puntos finales
de la red, el host transmisor y el host receptor.
Los protocolos de transporte segmentan y re
ensamblan los datos mandados por las capas
superiores en el mismo flujo de datos, o
conexión lógica entre los extremos. La
corriente de datos de la capa de transporte
brinda transporte de extremo a extremo.
3
Se suele decir que internet es una nube. La
capa de transporte envía los paquetes de datos
desde la fuente transmisora hacia el destino
receptor a través de la nube.
Capa de Internet
Esta capa tiene como propósito seleccionar
la mejor ruta para enviar paquetes por la red.
El protocolo principal que funciona en esta
capa es el Protocolo de Internet (IP). La
determinación de la mejor ruta y la
conmutación de los paquetes ocurren en esta
capa.
Protocolos que operan en la capa de
internet:
IP proporciona un enrutamiento de
paquetes no orientado a conexión de máximo
esfuerzo. El IP no se ve afectado por el
contenido de los paquetes, sino que busca una
ruta de hacia el destino.
ICMP, Protocolo de mensajes de control
en Internet suministra capacidades de control
y envío de mensajes.
ARP, Protocolo de resolución de
direcciones determina la dirección de la capa
de enlace de datos, la dirección MAC, para
las direcciones IP conocidas.
RARP, Protocolo de resolución inversa de
direcciones determina las direcciones IP
cuando se conoce la dirección MAC.
Capa de Acceso de Red
También denominada capa de host de red.
Esta es la capa que maneja todos los aspectos
que un paquete IP requiere para efectuar un
enlace físico real con los medios de la red.
Esta capa incluye los detalles de la tecnología
LAN y WAN y todos los detalles de las capas
físicas y de enlace de datos del modelo OSI.
Funciones del Protocolo IP
• Define un paquete y un esquema de
direccionamiento.
• Transfiere los datos entre la capa Internet y
las capas de acceso de red.
• En ruta los paquetes hacia los hosts remotos.
Características de protocolo TCP/IP
Establecimiento de operaciones de
punta a punta.
Control de flujo proporcionado por
ventanas deslizantes.
Confiabilidad proporcionada por los
números de secuencia y los acuses de
recibo.
Configuración automática y alternativa
de direcciones privadas
Ventanas de TCP de gran tamaño
Estimación más precisa del tiempo de
ida y vuelta (RTT, <i>RoundTrip
Time</i>)
Confirmaciones selectivas
Descubrimiento de enrutadores ICMP
Almacenamiento en caché de DNS
Deshabilitar NetBIOS sobre TCP/IP
Se dice que internet es una nube, porque
los paquetes pueden tomar múltiples rutas
para llegar a su destino, generalmente los
saltos entre routers se representan con una
nube que representa las distintas posibles
rutas. La capa de transporte envía los
paquetes de datos desde la fuente transmisora
hacia el destino receptor a través de la nube.
La nube maneja los aspectos tales como la
determinación de la mejor ruta, balanceo de
cargas, etc.
Características del RS 232
RS-232 (Estándar ANSI/EIA-232) es el
conector serial hallado en las PCs IBM y
compatibles. Es utilizado para una gran
variedad de propósitos, como conectar un
ratón, impresora o modem, así como
instrumentación industrial.
El hardware de RS-232 se puede utilizar
para comunicaciones seriales en distancias de
hasta 50 pies.
4
Pines del conector DB-9 como se muestra en
la figura 1.
25 pines de señal.
Conector de DTE debe ser macho y el
conector de DCE hembra.
Los voltajes para un nivel lógico alto
están entre -3V y -15V, y un nivel bajo
+3V y +15V.
Los voltajes más usados son +12V/-
12V, +9V/–9V
Dependiendo de la velocidad de
transmisión empleada, es posible tener
cables de hasta 15 metros.
Velocidad: 300, 600, 1200, 2400, 4800
y 9600 bps
RS-485 RS-485 (Estándar EIA-485) es una mejora
sobre RS-422 ya que incrementa el número
de dispositivos que se pueden conectar (de 10
a 32) y define las características necesarias
para asegurar los valores adecuados de
voltaje cuando se tiene la carga máxima.
Gracias a esta capacidad, es posible crear
redes de dispositivos conectados a un solo
puerto RS-485. Esta capacidad, y la gran
inmunidad al ruido, hacen que este tipo de
transmisión.
RS-485 es un conjunto que cubre RS-422,
por lo que todos los dispositivos que se
comunican usando RS-422 pueden ser
controlados por RS-485. El hardware de RS-
485 se puede utilizar en comunicaciones
seriales de distancias de hasta 4000 pies de
cable, como se muestra en la figura 2.
Velocidad máxima de 100Kbps hasta
1200m y de 10Mbps hasta 12m.
Señales de cómo máximo 6V y de
cómo mínimo 200mV.
Amplificadores de triple estado,
permiten interconectar hasta 64
dispositivos.
GPIB
GPIB es un estándar de conexión que
permite la comunicación de un ordenador con
instrumentos electrónicos de medida, como
pueden ser generadores de funciones,
osciloscopios, etc. Las siglas corresponden a
General Purpose Interface, fue diseñado
específicamente para la conexión de
instrumentos de medida.
Figura 1.Pines de conexión
Figura 2.Características de los
pines.
5
El bus de transmisión de datos de GPIB es
de 8 bits en paralelo, y lógica negativa con
niveles TTL estándar (cierto si el voltaje es ≤
0.8 V y falso si el voltaje es ≥ 2.0 V). Los
cables y conectores tienen el aspecto típico
mostrado en la figura 3. Están apantallados y
permiten velocidades de transferencia de 1
MB/s, aunque existen versiones que llegan
hasta los 8 MB/s. Los conectores tienen dos
lados de conexión (macho y hembra) como se
muestra en la figura 4 y 5, permitiendo
diversas estructuras topológicas (bus, estrella
y combinaciones) tal y como se muestra en la
figura 2. Los hay de dos tipos: americano (24
pines) y europeo (IEC-625.1, 25 pines).
8 líneas de transmisión de datos
(DIO1-DIO8).
3 líneas para el control asíncrono de la
comunicación (NRFD, NDAC y
NRDAV). Mediante estas líneas se
verifica la correcta transmisión de los
datos, que es una de las fortalezas del
GPIB.
5 líneas que gestionan la transmisión
de comandos (ATN, IFC, REN, SRQ y
EOI).
El resto componen las tierras de las
diferentes líneas.
Para que el bus GPIB alcance la velocidad
de transmisión para la que fue diseñado (hasta
8 Mbytes/s), deben cumplirse los siguientes
requisitos:
Figura 3.bus de transmisión GIPB.
Figura 4.Conexón macho
Figura 5. Conexión hembra.
6
Para que el bus GPIB alcance la velocidad
de transmisión para la que fue diseñado (hasta
8 Mbytes/s), deben cumplirse los siguientes
requisitos:
Un sistema típico constará de un ordenador
con una tarjeta controladora GPIB, más los
instrumentos (compatibles con IEEE 488,
obviamente). Existen tarjetas GPIB para
prácticamente todos los ordenadores
presentes en el mercado (PC, Macintosh,
estaciones Sun, Silicon Graphics, DEC
Alpha, HP RS/6000, etc). En el caso concreto
del PC, las controladoras GPIB pueden
conectarse al bus ISA, PCI, PCMCIA
(portátiles), USB, Ethernet, Firewire, y los
puertos serie y paralelo. Existen asimismo
adaptadores para los estándares de
comunicación RS-232 y RS-485. La figura 6
muestra una tarjeta GPIB.
USB
Significa ("Universal Serial Bus") ó su
traducción al español es línea serial universal
de transporte de datos. Es un conector
rectangular de 4 terminales que permite la
transmisión de datos entre una gran gama de
dispositivos externos (periféricos) con la
computadora
Cada puerto, permite conectar hasta 127
dispositivos externos, pero solo se
recomiendan como máximo 8, porque se
satura la línea del puerto y se ralentiza el
sistema al tener que administrarse todos
simultáneamente.
Cuenta con tecnología "Plug&Play"
la cual permite conectar, desconectar y
reconocer dispositivos sin necesidad de
reiniciar ó apagar la computadora.
Las versiones USB 1.X y USB 2.0
transmiten en un medio unidireccional
los datos, esto es solamente se envía ó
recibe datos en un sentido a la vez,
mientras que la versión USB 3 cuenta
con un medio Duplex que permite
enviar y recibir datos de manera
simultánea.
A pesar de que el puerto USB 3, está
actualmente integrado ya en algunas
placas de nueva generación, aún no hay
dispositivos comerciales/populares
para esta tecnología.
Los puertos USB 1.0, 1.1 y USB 2.0 tienen
4 contactos, mientras que el puerto USB 3.0
cuenta con 9 (2 por los cuáles será capaz de
enviar, 2 por los cuáles recibir de manera
simultánea); en las figuras 7 y 8 se muestran
las líneas eléctricas y su descripción básica:
1.- Vbus (+ 5 Volts, alimentación)
2.- D- (- datos)
3.- D+ (+ datos)
4.- GND (tierra)
Figura 6.Tarjeta GPIB-PCI para
ordenadores PC.
Figura 7.líneas eléctricas del conector USB.
7
1.- Vbus (+ 5 volts, alimentación)
2.- D- (- datos)
3.- D+ (+ datos)
4.- GND (tierra)
5.- StdA_SSRX- (Recibe datos)
6.- StdA_SSRX+ (Recibe datos)
7.- GND_DRAIN (tierra-drenado)
8.- StdA_SSTX- (Envía datos)
9.- StdA_SSTX+ (Envía datos)
PUERTOS Puerto US
B 1.0 Puerto U
SB 1.1 Puerto
USB 2.0 Puerto
USB 3.0
Dispositiv
o USB 1.0
Trabaja
normalme
nte
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto U
SB 1.0
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto U
SB 1.0
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto U
SB 1.0
Dispositiv
o USB 1.1
Se trabaja
a la
velocidad
del
puerto US
B 1.0
Trabaja
normalm
ente
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto U
SB 1.1
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto U
SB 1.1
Dispositiv
o USB 2.0
Se trabaja
a la
velocidad
del
puerto US
B 1.0
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto U
SB 1.1
Trabaja
normalm
ente
Se
trabaja a
la
velocida
d del
puerto
USB 2.0
Dispositiv
o USB 3.0
No se
puede
conectar
el disposit
ivo
No se
puede
conectar
el
dispositi
vo
No se
puede
conectar
el disposi
tivo
Trabaja
normalm
ente
Velocidad de transmisión del puerto USB
Hay 2 formas de medir la velocidad de
transmisión de datos del puerto USB:
En MegaBytes / segundo (MB/s).
En Megabits por segundo (Mbps).
Un error típico, es creer que lo anterior es
lo mismo, debido a que los fabricantes
manejan en sus descripciones de producto la
segunda cantidad, pero no es así. Existe una
equivalencia para realizar la trasformación de
velocidades con una simple "regla de tres":
8 Mbps (Megabits por segundo) = 1 MB/s
(MegaByte/segundo)
Ejemplo: si el fabricante de una memoria
USB, señala que su producto tiene una
velocidad de transmisión de hasta 480 Mbps,
entonces:
Velocidad en MB/s = (480 Mbps X 1 MB/s) /
8 Mbps
Velocidad en MB/s = (480 MB/s) / 8
Velocidad en MB/s = 60 MB/s
Versión de puerto
Velocidad máxima en
Megabits por segundo
Velocidad máxima
en (MegaBytes/segundo)
USB 1.0
(Low Speed)
1.5 Mbps 187.5 KB/s
USB 1.1 (Full
Speed)
12 Mbps 1.5 MB/s
USB 2.0
(Hi-Speed) 480 Mbps 60 MB/s
USB 3.0 (Super Speed)
3200 Mbps / 3.2 Gbps
400 MB/s
Figura 8.Líneas eléctricas del conector USB 3.0
8
CAN El protocolo CAN es un protocolo de
comunicación serial que describe los
servicios de la camada 2 del modelo
OSI/ISO (camada de enlace de datos) a la
forma de detección de errores, validación y
arbitraje de mensaje.
CAN se basa en el modelo
productor/consumidor, el cual es un concepto,
o paradigma de comunicaciones de datos, que
describe una relación entre un productor y
uno o más consumidores. CAN es un
protocolo orientado a mensajes, es decir la
información que se va a intercambiar se
descompone en mensajes, a los cuales se les
asigna un identificador y se encapsulan en
tramas para su transmisión. Cada mensaje
tiene un identificador único dentro de la red,
con el cual los nodos deciden aceptar o no
dicho mensaje. Dentro de sus principales
características se encuentran:
Prioridad de mensajes.
Garantía de tiempos de latencia.
Flexibilidad en la configuración.
Recepción por multidifusión
(multicast) con sincronización de
tiempos.
Sistema robusto en cuanto a
consistencia de datos.
Sistema multímetro.
Detección y señalización de errores.
Retransmisión automática de tramas
erróneas
Distinción entre errores temporales y
fallas permanentes de los nodos de la
red, y desconexión autónoma de nodos
defectuosos.
De acuerdo al modelo de referencia OSI
(Open Systems Interconnection,Modelo de
interconexión de sistemas abiertos), la
arquitectura de protocolos CAN incluye tres
capas: física, de enlace de datos y aplicación,
además de una capa especial para gestión y
control del nodo llamada capa de supervisor.
Capa física: define los aspectos del
medio físico para la transmisión de datos
entre nodos de una red CAN, los más
importantes son niveles de señal,
representación, sincronización y tiempos
en los que los bits se transfieren al bus.
Capa de enlace de datos: define las
tareas independientes del método de
acceso al medio, además debido a que
una red CAN brinda soporte para
procesamiento en tiempo real a todos los
sistemas que la integran, el intercambio
de mensajes que demanda dicho
procesamiento requiere de un sistema de
transmisión a frecuencias altas y retrasos
mínimos.
Capa de supervisor: La sustitución
del cableado convencional por un
sistema de bus serie presenta el
problema de que un nodo defectuoso
puede bloquear el funcionamiento del
sistema completo. Cada nodo activo
transmite una bandera de error cuando
detecta algún tipo de error y puede
ocasionar que un nodo defectuoso pueda
acaparar el medio físico. Para eliminar
este riesgo el protocolo CAN define un
mecanismo autónomo para detectar y
desconectar un nodo defectuoso del bus,
dicho mecanismo se conoce como
aislamiento de fallos
Capa de aplicación: Existen
diferentes estándares que definen la capa
de aplicación; algunos son muy
específicos y están relacionados con sus
campos de aplicación. Entre las capas de
aplicación más utilizadas cabe
mencionar CAL, CANopen, DeviceNet,
SDS (Smart Distributed System), OSEK,
CANKingdom.
La especificación CAN define diversos
mecanismos para control de errores, que la
torna una red muy confiable y con un índice
muy bajo de errores de transmisión que no
son detectados. Cada dispositivo de la red
debe ser capaz de identificar la ocurrencia de
estés errores, e informar los demás elementos
que un error fue detectado. Un dispositivo de
9
la red CAN tiene contadores internos que son
incrementados toda vez que un error de
transmisión o recepción es detectado, y
decrecido cuando un telegrama es enviado o
recibido con suceso. Caso ocurra una
cuantidad considerable de errores, el
dispositivo puede ser llevado para los
siguientes estados:
Warning: cuando este contador pasa de
un determinado límite, el dispositivo
entra en estado de warning, significando
la ocurrencia de una elevada taja de
error.
Error Passive: cuando este valor
ultrapasar un límite mayor, el entra en
estado de error passive, donde el pará de
actuar en la red al detectar que otro
dispositivo envió un telegrama con error.
Bus off: por último, tenemos el estado
de bus off, en el cual el dispositivo no irá
más enviar o recibir
El modulo para la comunicación CAN
tiene un conector plug-in de 5 vías como se
muestra en la figura 9.
Principales características del protocolo
CAN
La información que circula entre las
unidades de mando a través de los dos
cables (bus) son paquetes de 0 y 1 (bit)
con una longitud limitada y con una
estructura definida de campos que
conforman el mensaje.
Todas las unidades de mando pueden
ser trasmisoras y receptoras, y la
cantidad de las mismas abonadas al
sistema puede ser variable (dentro de
unos límites).
Si la situación lo exige, una unidad de
mando puede solicitar a otra una
determinada información mediante uno
de los campos del mensaje (trama
remota o RDR).
Cualquier unidad de mando introduce
un mensaje en el bus con la condición
de que esté libre, si otra lo intenta al
mismo tiempo el conflicto se resuelve
por la prioridad del mensaje indicado
por el identificador del mismo.
Un protocolo de comunicación es un
conjunto de reglas que permiten la
transferencia e intercambio de datos entre los
distintos dispositivos que conforman una red
los cuales han tenido un proceso
De evolución gradual a medida que la
tecnología electrónica ha avanzado y muy en
especial en lo que se refiere a los
microprocesadores
Un importante número de empresas en
nuestro país presentan la existencia de islas
Automatizadas (células de trabajo sin
comunicación entre sí), siendo en estos casos
las redes y los protocolos de comunicación
Industrial indispensables para realizar un
enlace entre las distintas etapas que
conforman el proceso.
La irrupción de los microprocesadores en la
industria ha posibilitado su integración a
redes de comunicación con importantes
ventajas, entre las cuales figuran:
Mayor precisión derivada de la
integración de tecnología digital en las
mediciones
Mayor y mejor disponibilidad de
información de los dispositivos de
campo
Figura 9.Posición del conector XCS para interfase
CAN.
10
Diagnóstico remoto de componentes
integración de las mencionadas islas
automatizadas suele hacerse dividiendo las
tareas entre grupos de procesadores
jerárquicamente anidados. Esto da lugar a una
estructura de redes Industriales, las cuales es
posible agrupar en tres categorías:
· Buses de campo
· Redes LAN
· Redes LAN-WAN
En esta oportunidad nos referiremos a los
protocolos de comunicación más usados en la
industria.
Los buses de datos que permiten la
integración de equipos para la medición y
control de variables de proceso, reciben la
denominación genérica de buses de campo.
Un bus de campo es un sistema de
transmisión de información (datos) que
simplifica
Enormemente la instalación y operación de
máquinas y equipamientos industriales
utilizados en procesos de producción.
El objetivo de un bus de campo es sustituir
las conexiones punto a punto entre los
elementos de campo y el equipo de control a
través del tradicional lazo de corriente de 4 -
20mA o 0 a 10V DC, según corresponda.
Generalmente son redes digitales,
bidireccionales, multipunto, montadas sobre
un bus serie, que conectan dispositivos de
campo como PLC’s, transductores,
actuadores, sensores y equipos de
supervisión.
Varios grupos han intentado generar e
imponer una norma que permita la
integración de equipos de distintos
proveedores. Sin embargo, hasta la fecha no
existe un bus de campo universal.
Los buses de campo con mayor presencia en
el área de control y automatización de
procesos son:
HART
Profibus
Field bus Foundation
HART El protocolo HART (High way-
Addressable-Remote-Transducer) agrupa la
información digital sobre la señal analógica
típica de 4 a 20 mA DC. La señal digital usa
dos frecuencias individuales de 1200 y 2200
Hz, que representan los dígitos 1 y 0
Respectivamente y que en conjunto forman
una onda sinusoidal que se superpone al lazo
de corriente de 4-20 mA, ver figura 10.
Como la señal promedio de una onda
sinusoidal es cero, no se añade ninguna
componente DC a la señal analógica de 4-20
mA., lo que permite continuar utilizando la
variación analógica para el control del
proceso. 7.
PROFI BUS (Process Field Bus) Norma internacional
de bus de campo de alta velocidad para
control de procesos existe tres perfiles:
•Profibus DP (Decentralized Periphery).
Está optimizado para ofrecer mayor
velocidad, eficiencia y bajo costo de
conexiones porque fue diseñado
específicamente para establecer la
comunicación crítica entre los sistemas de
automatización y los equipos periféricos;
Velocidades de comunicación de hasta 12
Mb/sg. Está diseñado especialmente para
comunicación entre sistemas automáticos de control y E/S distribuidos a nivel de campo
(periferia distribuida).
Figura 10.onda sinusoidal de corriente de 4-20 mA
11
• Profibus P.A. (Process Automation).
Se utiliza la tecnología de transmisión
especificada en IEC 1158-2. Es una
transmisión síncrona a 31.2 kbits/seg que
Satisface requerimientos muy importantes en
las industrias química y petroquímica:
seguridad intrínseca y suministro de energía a
los dispositivos a través del bus
Mediante el simple uso de cable de cobre
de dos hilos. De esta manera, es posible
utilizar Profibus en áreas peligrosas. Se
pueden utilizar topologías lineales, en árbol y
estrella.
• Profibus FMS (Fieldbus Message
Specification). Perfil de comunicación figura 11,capaz de
manejar todas las tareas intensivas de
transferencia de datos muy comunes en las
comunicaciones industriales, por lo que se le
considera la solución universal para la
transferencia de información en el nivel
superior y de campo del modelo jerárquico de
automatización... También puede ser
empleado para tareas de comunicaciones
extensas y complejas. Se pueden alcanzar
velocidades de transmisión de hasta 1,5
Mb/sg. En función del medio utilizado.
Sistema multimaestro.
FOUNDATION FIELDBUS Foundation Field bus (FF) es un protocolo
de comunicación digital para redes
industriales,
Específicamente utilizado en aplicaciones
de control distribuido. Puede comunicar
grandes
Volúmenes de información, ideal para
aplicaciones con varios lazos complejos de
control de
Procesos y automatización. Está orientado
principalmente a la interconexión de
dispositivos en industrias de proceso
continuo. Los dispositivos de campo son
alimentados a través del bus Field bus cuando
la potencia requerida para el funcionamiento
lo permite.
Ethernet/IP Protocolo de red en niveles para
aplicaciones de automatización industrial.
Basado en los protocolos estándar TCP/IP,
utiliza los ya bastante conocidos
Hardware y software Ethernet para establecer
un nivel de protocolo para configurar, acceder
y controlar dispositivos de automatización
industrial. Ethernet/IP clasifica los nodos de
acuerdo a los tipos de dispositivos
prestablecidos, con sus actuaciones
específicas. El protocolo de red Ethernet/IP
está basado en el Protocolo de Control e
Información (Control and Information
Protocol - CIP) utilizado en DeviceNet™ y
ControlNet™. Basados en esos protocolos,
Ethernet/IP ofrece un sistema integrado
completo, enterizo, desde la planta industrial
hasta la red central de la empresa.
CAN BUS Can-Bus figura 12, es un protocolo de
comunicación en serie desarrollado por Bosch
para el intercambio de información entre
unidades de control electrónicas del
automóvil.
Can significa Controller Área Network (Red
de área de control) y Bus, en informática, se
entiende como un elemento que permite
transportar una gran cantidad de información.
Figura 11.perfil de comunicación.
Figura 12.Can Bus.
12
CARACTERÍSTICAS DE CAN BUS
La información que circula entre las
unidades de mando a través de los dos cables
(bus) son paquetes de 0 y 1 (bit) con una
longitud
Limitada y con una estructura definida de
campos que conforman el mensaje.
Otros protocolos ampliamente usados
aunque de menor alcance son:
• Modbus
• DEVICENET
MODBUS Modbus es un protocolo de transmisión
para sistemas de control y supervisión de
procesos (SCADA) con control centralizado,
puede comunicarse con una o varias
Estaciones Remotas (RTU) con la finalidad
de obtener datos de campo para la supervisión
y control de un proceso. La Interfaces de
Capa Física puede estar configurada en: RS-
232, RS-422, RS-485. En Modbus los datos
pueden intercambiarse en dos modos de
transmisión:
• Modo RTU
• Modo ASCII
DEVICENET Red de bajo nivel figura 13,adecuada para
conectar dispositivos simples como sensores
fotoeléctricos, sensores magnéticos,
pulsadores, etc. y dispositivos de alto
nivel (PLC, controladores, computadores,
HMI, entre otros). Provee información
adicional sobre el estado de la red, cuyos
datos serán desplegados en la interfaz del
usuario.
Conclusión
Existen diferentes tipos de puestos que nos
facilitan y agilizan la transmisión de datos
respectos a la aplicación que se desee
implementar.
Bibliografía
redes de comunicacion industrial. (s.f.).
Recuperado el 06 de 11 de 2012,
de
www.etitudela.com/celula/downlo
ads/2profibus.pd
Figura 13.Devicenet.