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CLAUDIO RAMOS 2012
COMUNICACIÓN INDUSTRIAL
TENDENCIAS FUTURAS
ANTES DE ENTRAR EN EL TEMA, LISTAREMOS
AQUELLOS CONCEPTOS QUE CONSIDERO
FUNDAMENTALES PARA EL ANÁLISIS DE LAS REDES A
DESCRIBIR :
1.LO FUNDAMENTAL DE TI.
2.LA TRANSMISIÓN DE DATOS.
3. EL MODELO OSI.
4. FUNCION PROTOCOLOS.
5.EL MEDIO TRANSMISIÓN.
6.REDES DE ÁREA LOCAL.
7.SISTEMAS INALÁMBRICOS: Wi-Fi Y OTROS.
8.SISTEMAS TCP/IP.
PRERREQUISITOS
1. MUCHOS CONCEPTOS Y TÉCNICAS APLICADAS TALES COMO:
FDX, HDX, SX – SEÑALES – MODULACIONES – MUX TDM, SDH
TIPOS DE REDES (WAN, MAN, LAN, WLAN)
2. LA TRANSMISIÓN DE DATOS. SE JUSTIFICA PORQUE:
UNA RED INDUSTRIAL “ES UNA RED DE DATOS”.
DCE MODULA O CODIFICA.
SE BASAN EN OSI. SE APLICAN INT. DIGIT. RS.
SE APLICAN MISMOS TIPOS DE VELOCIDADES.
EN RELACION A NUMERACIÓN ANTERIOR:
3 A 6. LO FUNDAMENTAL DE OSI, FORMATOS Y FUNCIÓN
PROTOCOLOS, LAN SE APLICA CON MODIFICACIONES (802.3 802.4.5),
MEDIO DE TX: FIBRA, METÁLICO Y LIBRE CON ENLACES LÍNEA VISTA.
CONECTIVIDADES: BRIDGE, REPEATER, GATEWAY, ETC.
PROTOCOLOS TCP/IP Y OTROS, SISTEMAS Wi – Fi, ETC, ETC, ETC , etc.
ORGANISMOS DE ESTANDARIZACIÓN
IEC (COMISIÓN DE ELECTROTÉCNICA INTERNACIONAL) SEDE EN
GINEBRA. TRABAJA CON ITU-T, ISO, ETC, TEMAS PROPIOS Y TI.
PRINCIPALES OBJETIVOS:
INCREMENTAR LA EFICIENCIA DE LOS PROCESOS
INDUSTRIALES.
ASEGURAR E IMPLEMENTAR LA CALIDAD DE PRODUCTO Y
SERVICIOS MEDIANTE SUS NORMAS.
CONTRIBUIR A LA IMPLEMENTACIÓN DEL CONCEPTO DE
SALUD Y SEGURIDAD HUMANA.
CONTRIBUIR A LA PROTECCIÓN DEL AMBIENTE.
QUÉ ES UNA RED INDUSTRIAL ?
ES UN SISTEMA DE TRANSMISIÓN DE DATOS CON . . . . . . .
CÓMO SE DIFERENCIA ENTRE UNA RED
CLÁSICA Y UNA RED INDUSTRIAL ?
PORQUE SUS USUARIOS , SUS . . . .SUS . . . .
1. ES ABIERTO
2. ES ABSTRACTO
3. ESTRUCTURADO EN 7 CAPAS O NIVELES
4. POSEE JERARQUÍA VERTICAL
5. ES INTELIGENTE SEGÚN LA JERARQUÍA
6. CREADO PARA SISTEMAS TELEINFORMÁTICOS
7. PROTOCOLOS ESTRATIFICADOS ES FUNCIÓN OSI
8. CAPA 7 SIEMPRE EXISTE
MODELO PARA LA INTERCONEXIÓN DE SISTEMAS
ABIERTOS (OSI)
OBJETIVOS Y CARACTERÍSTICAS DE OSI:
INTERCONECTAR TODO TIPO DE COMPUTADOR
PRINCIPAL OBJETIVO :
MEDIO DE TRANSMISIÓN
1 FISICA
2 ENLACE
3 RED
4 TRANSPORTE
5 SESIÓN
6 PRESENTACIÓN
7 APLICACIÓN FORMATOS DE PROTOCOLOS :
Header Payload Trailer
Header Payload
PROTOCOLOS ORIENTADOS A LA CONEXIÓN
GARANTIZAN LA CORRECTA RECEPCIÓN DE LOS
DATOS
PROTOCOLOS NO ORIENTADOS A LA CONEXIÓN
NO GARANTIZAN
MODELO OSI Y PROTOCOLOS
PROTOCOLO : CONJUNTO DE REGLAS QUE PERMITEN LA COMUNICACIÓN
DE DATOS
SIN PROTOCOLOS NO HAY COMUNICACIÓN
PROTOCOLOOS OPERAN HORIZONTALMENTE
1 FISICA
2 ENLACE
3 RED
4 TRANSPORTE
5 SESIÓN
6 PRESENTACIÓN
7 APLICACIÓN
1 FISICA
2 ENLACE
3 RED
1 FISICA
2 ENLACE
3 RED
4 TRANSPORTE
5 SESIÓN
6 PRESENTACIÓN
7 APLICACIÓN
MEDIO DE TRANSMISION
PC A PC B ROUTER
P4
P3
MODELO OSI Y PROTOCOLOS
USUARIO
FINAL A
USUARIO
FINAL B
1 FISICA
2 ENLACE
3 RED
4 TRANSPORTE
5 SESIÓN
6 PRESENTACIÓN
7 APLICACIÓN
1 FISICA
2 ENLACE
3 RED
4 TRANSPORTE
5 SESIÓN
6 PRESENTACIÓN
7 APLICACIÓN
MEDIO DE TRANSMISION
MODELO OSI EN REDES INDUSTRIALES
USUARIO
FINAL A
USUARIO
FINAL B
CONTROLADOR SENSOR
CAPAS
3 A 6
CORTOCIRCUITADAS
CAPAS
3 A 6
CORTOCIRCUITADAS
ENCAPSULAMIENTOS EN RED INDUSTRIAL
MEDIO DE TRANSMISIÓN
FISICA
ENLACE
INFO USUARIO
APLICACIÓN
CAPAS
CORTOCIRCUITADAS
F I S I C A
HEADER PAYLOAD TRAILER
MEDIO DE TRANSMISIÓN
HEADER
DATA
DATA
VELOCIDADES Y CICLOS DE COMUNICACIÓN
EN REDES INDUSTRIALES
EN CIERTA TRANSMISIÓN :
VELOCIDAD BINARIA: D = 1 Mb/s
VELOCIDAD DE PROPAGACIÓN:
V = 270.000 Km/s = 2,7*108 m/s
NO CONFUNDIR ESTO CON LA COMPARACIÓN ENTRE :
VELOCIDAD BINARIA [bit/seg]
VELOCIDAD DE MODULACIÓN [simb/seg] o [Baud]
LUEGO, PARA UNA RED INDUSTRIAL CON UNA LONGITUD DE 800 METROS ENTRE PLC Y SENSOR, Y TRAMA DE 100 BYTE, DEMORA EN TRANSMITIRSE 80μseg. PERO, EL TIEMPO DE PROPAGACIÓN ES DE 3μseg.
LUEGO, EXISTE GRAN
CANTIDAD DE TIEMPO LIBRE ! !
QUÉ HERRAMIENTAS O PUNTOS DE
PARTIDA ELIGIREMOS?
NOS APOYAREMOS COMO PUNTOS DE PARTIDA, EN TRES
CONCEPTOS O PARÁMETROS QUE CONSIDERO SON
IMPORTANTES EN NUESTRO OBJETIVO. ELLOS SON :
MENSAJES DE :
Mbyte
Kbyte
Byte
PROFIBUS PA:
- Diseñado para automatización de procesos, permitiendo la conexión de
sensores y actuadores, incluso en áreas especialmente protegidas.
-Ciclo del bus < 10 mseg.
PROFIBUS DP:
- Optimizado para mayor velocidad.
- Diseñada especialmente para la comunicación entre los sistemas de control
de automatismos y las entradas/salidas distribuidas.
- Ciclo del bus < 10 mseg.
PROFIBUS FMS:
- Nuevas funciones en modelo OSI.
- Tareas de comunicación desde un nivel mayor.
- Difusión de Telegramas.
- Posibilidad de uso en tareas de comunicación complejas y extensas.
- Sistema multimaestro con paso de token.
- Ciclo del bus < 100 mseg.
PROFIBUS
P
INFORMACION 8 BIT
SP ST
• START ES SIEMPRE UN CERO LÓGICO.
• STOP ES SIEMPRE UN UNO LOGICO.
• PUEDE HABER UN BIT DE PARIDAD P.
• ENTRE DOS MENSAJES (TRAMAS) DEBE HABER UN 1 LÓGICO PROLONGADO,
EQUIVALENTE A 33 PERÍODOS DE BIT (ES DECIR 3 CARACTERES).
CÓDIGO DE INFORMACIÓN EN ASÍNCRONO Y METODO DE
TRANSMISIÓN
PROFIBUS
LOS PROTOCOLOS CONSTITUYEN MENSAGES QUE SE
TRANSMITEN MEDIANTE CÓDIGO DE LÍNEA MANCHESTER
TOPOLOGÍA FÍSICA ES BUS, TOPOLOGÍA LÓGICA ES ANILLO (TOKEN).
ESTO MISMO SE PODRÍA LOGRAR CON UN SISTEMA INALÁMBRICO, CAMBIANDO LAS
FRECUENCIAS DE LAS PORTADORES, SEGÚN UNA ASIGNACIÓN DINÁMICA DE MAESTRO A LOS
CONTROLADORES (TOKEN).
NODOS PASIVOS, ESCLAVOS
NODOS ACTIVOS
MAESTRO 2
MAESTRO 1
S A Tx S S A S
Tx/Rx Tx/Rx
MAESTRO 3
PROFIBUS FMS
MAESTRO FLOTANTE
TIPO DE
TRAMA
DA SA CON
TROL
CRC FIN DE
TRAMA
3 BYTES
A)
TIPO DE
TRAMA
DA SA CON
TROL
CRC FIN DE
TRAMA
DATOS
11 BYTES
B)
TT DA SA CON
TROL
CRC FIN DE
TRAMA
DATOS CONTROL
LLC
TT
HEADER 4 A 249 BYTES
C)
SON TRES LOS FORMATOS DE PROTOCOLOS :
A) LONGITUD FIJA SIN CAMPO DE DATOS.
B) LONGITUD FIJA CON CAMPO DE DATOS.
C) LONGITUD VARIABLE CON CAMPO DE DATOS
PROFIBUS
TT
DIRECCIONES
CRC FIN
TRAMA
HEADER PAYLOAD TRAILER
TRAMA DIFUSIÓN CÍCLICA. UN SOLO ENVÍO EN TRANSMISIÓN HACIA LOS
ESCLAVOS.
CADA ESCLAVO RECONOCE EL SUYO Y RESPONDE.
LOS TAMAÑOS DE CADA TELEGRAMA SON PEQUEÑOS.
POSTERIORMENTE HA CRECIDO EL TAMAÑO SEGÚN NECESIDADES.
TELEGRAMA
ESCLAVO 1
TELEGRAMA
ESCLAVO 2
TELEGRAMA
ESCLAVO N
PROFIBUS
SISTEMA DIFUSIÓN TELEGRAMAS
DIFUSION Y RESPUESTA TELEGRAMAS
PROFIBUS
T H T AMBIENTE
MAESTRO
AMBIENTE
ESCLAVO
T
1
R
1
T
2
R
2
1 2 3 4 5 6 CAMPOS :
3A
CR
LF
0 – 3F CHECK
SUM
CODIGOS
FUNCIÓN
COD SUBFUNC
Y DATOS
UN
CARACTER
1 BYTE 2 BYTES
UN CAR. UN CAR.
N BYTES UN BYTE
CAMPO DE DATOS
MAESTRO CONSULTA A CADA ESCLAVO.
POLLING EN CICLOS. LOS ESCLAVOS RESPONDEN A TURNO.
TRAMA ASCII POSEE 6 CAMPOS (TRAMA RTU SIN CAMPOS 1, 5, 6).
FUNCIÓN TRAMAS
MODBUS
MODBUS-PLUS
LOS NODOS SE PUEDEN COMUNICAR ENTRE DIFERENTES REDES, ATRAVESANDO
BRIDGES.
EL TOKEN “NO ATRAVIESA BRIDGES”, LOS MENSAJES SÍ.
EL TOKEN SE APROVECHA COMO MENSAJERO, QUE PERMITE RÁPIDAS ACCIONES, TALES
COMO ACTUALIZACIÓN DE ALARMAS, VALORES PREDETERMINADOS Y OTROS.
UN DISPOSITIVO SOSTIENE EL TOKEN MIENTRAS ENVÍA UN MENSAJE.
CIP
PROTOCOLOS UTILIZADOS SEGÚN OSI
CIP:
PROTOCOLO
INDUSTRIAL
COMÚN
CAN:
PROTOCOLO
CONTROLADOR
EN AREA DE
RED
TCP:
PROTOCOLO
CONTROL DE
TRANSMISIÓN
IP:
PROTOCOLO
INTERNET
DEVICENET
CON LA ESTANDARIZACIÓN IEC 61158/61784-1 Y 61158/61784-2 SUELE
DECIRSE QUE PROFINET ES EQUIVALENTE A PROFIBUS EN ETHERNET.
TIEMPO REAL CON VELOCIDADES A 100Mb/s Y 1 Gb/s.
SE TRABAJA CON PROFIBUS DP.
PROPIEDADES DE TIEMPO (μseg) PARA CONTROL DE MOVIMIENTOS Y TI.
CAMINO FACIL
NO !!
PROFINET
RESPALDO TIA, AUTOMATIZACIÓN TOTALMENTE INTEGRADA, ES PROFIBUS &
PROFINET INTERNACIONAL.
PROFINET ADMITE HASTA 1440 BYTES/TELEGRAMA, POR CADA
DISPOSITIVOS DE CAMPO, SUPERANDO LO CONVENCIONAL.
DENTRO DE LA COMPATIBILIDAD TI, ACEPTA FUNCIONES CON SNMP.
VARIOS TIPOS DE CONFIGURACIONES SE PUEDEN REALIZAR COMO DE
COSTUMBRE, TALES COMO:
ESTACIONES DE PERIFERIA DESCENTRALIZADA ET200S, ET200M ET-PRO.
IO-DEVICES, QUE ES EQUIVALENTE A LA ANTERIOR, CON STEP7.
PROFINET CBA PERMITE MAPEAR TODA UNA APLICACIÓN DE BUS DE CAMPO
COMO COMPONENTE PROFINET.
ESTO ES UTIL A LA HORA DE AMPLIAR UNA PLANTA YA EXISTENTE POR MEDIO
DE PROFINET.
PROFINET
SU SISTEMA ISÓCRONO DISTINGUE:
NO BASARSE EN TIEMPO REAL CON TCP/IP Y UDP/IP.
EN CAMBIO UTILIZA IRT (ISOCHRONOUS REAL TIME), LA QUE ES
ASISTIDA POR HARDWARE Y APROVECHA INTERVALOS ENTRE DATOS
STANDARD.
SE EMPLEA EN SISTEMAS EXIGENTES CON Δt CRITICOS, TALES COMO
CONTROL DE MOVIMIENTOS.
SE UTILIZAN RETARDOS MÁXIMOS DE 250μseg (+ 1μseg). POR EJ, UN
CICLO DE CONTROL DE POSICIÓN DE 1ms.
AMBOS TIPOS DE TRANSMISIÓN DE DATOS COEXISTEN SIN
INCONVENIENTES.
STANDARD IRT STANDARD IRT STANDARD IRT STANDARD IRT
t
PROFINET
Δt MAYORES Δt CRITICOS
PROFINET
SISTEMA CENTRALIZADO. SINAMIC S 120:
SISTEMA MODULAR APLICACIONES MONO Y
MULTIEJE, CONTROL VECTORIAL Y SERVO,
FUNCIONES POSICIONAMIENTO Y SAFETY
INTEGRADO. SWITCH INTEGRADO
SISTEMA DISTRIBUIDO. SIMOTION D: SISTEMA
DE CONTROL DE MOVIMIENTO,
ACCIONAMIENTO/VARIADOR FLEXIBLE Y
ESCALABLE, INTEGRADO CON SINMAIC S 120,
SWITCH INTEGRADO DE 4 PUERTAS.
PROFINET
VERSATILIDAD TOPOLÓGICA Y CONXIÓN TI
EN BASE A INDUSTRIAL ETHERNET, PROTOCOLOS TCP/UDP/IP, PROFINET
SOPORTA ESTÁNDARES TI, Y POR LO TANTO ACCESOS WEB.
ESTO PERMITE LA CONEXIÓN CON REDES GIGABIT CON ACCESOS GIGAPOP
Y GESTIÓN DE REDES SNMP.
POR EJEMPLO, ES POSIBLE OBTENER SUPERVISIÓN, DIAGNÓSTICOS Y
RESPUESTAS MEDIA-COMMUNICATION DESDE LUGARES DISTANTES.
EL ESQUEMA SIGUIENTE MUESTRA UNA ARQUITECTURA ILUSTRATIVA.
PROFINET
∆t CICLO
CANTIDAD
ESTACIONES
JITTER
RESERVA
PARA TI
1 ms
272
< 1ms
50%
50%
50%
128
500 μs
250 μs
< 1ms
< 1ms
56
PROFINET
VALORES CICLOS Y OTRAS
CARACTERÍSTICAS
VISIÓN PARCIAL DE UNA TENDENCIA ACTUAL, APROVECHANDO COMUNICACIONES
INALÁMBRICAS.
INALAMBRICO
SISTEMAS TI Y WIRELESS
APLICADAS A REDES
INDUSTRIALES
TI
BUS (ESTRELLA
ANILLO)
BUS (ANILLO LOGICO)
BUS
BUS
BUS
BUS
BUS (STAR – RING)
PROFIBUS DP PA
PROFIBUS FMS
MODBUS
MODBUS PLUS
DEVICENET
ETHERNET
PROFINET
RED
SIEMENS
SIEMENS
MODICON
MODICON
ALLEN
BRADLEY
IEEE 802.3
(XEROX)
SIEMENS
ORIGEN
PAR - FIBRA
PAR - FIBRA
PAR
PAR
PAR
PAR - FIBRA
PAR - FIBRA
MEDIO (*)
12 Mb/s
SOLO DP
19200 Kb/s
1 Mb/s
100 Mb/s
1 Gb/s
VELOCIDAD
MAXIMA
IS - PA MANCHESTER
MULTIMAESTRO
(SISTEMA
TOKEN)
ORIGEN
LAN ETHERNET
SISTEMA
TOKEN
3 ACCESOS
EN OSI
SIN COLISIONES
SISTEMA IRT
CICLO 250 μs
OTROS
500 Kb/s
12 Mb/s
FIELDBUS
FOUNDATION
BOSCH
BUS
BUS
2 Mb/s H2 H1 – H2 FMS
MANCHESTER
TOPOLOGIA
(*) EVENTUAL ONDA EM)
ALGUNAS REDES DE DATOS INDUSTRIALES