redes industriales mecatronica
TRANSCRIPT
INGENIERIA
MECATRONICA
COMUNICACION DE DATOS Y
REDES
REDES INDUSTRIALES
JRAM
REDES INDUSTRIALES
•Desde 1940 a 1965 la instrumentación de procesos estaba
basada en el estándar de señalización neumática 3-15 psi.
• De 1960 a 1990: estándar análogico de corriente 4-20 mA.
• De 1980 a la fecha: comunicaciones digitales y analogica
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
BUSES de CAMPO
• Historia cronológica
• Fines de los ’70 Modbus de Modicon
• 1982- Se inicia Grupo de trabajo FIP
• 1983-P-Net (Dinamarca)
• 1984-CAN
• 1985- Grupo Profibus
• 1985- Inicio trabajos de Normalización Internacional:ISA SP50,IEC TC65/SC65C
• 1994-Fielbus Foundation
REDES INDUSTRIALES
Consorcios y organizaciones
Problemas en normalización ===> especificaciones
de distintos proyectos:
• Fielbus Foundation
TECPRO INGENIEROS
• ISP : Interoperable System Project
• PTO: Profibus Trade Organisation
• ODVA: Open Device Net Vendor Association
• World FIP.......Etc.
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
Niveles de red
Red
de planta
Automatización gerencial
• Mainframes
• Gerenciamiento
Red LANSistemas de supervisión y control
• DCSs, PLCs, PCsRed LAN • DCSs, PLCs, PCs
• SCADA, Sistemas de supervisión
Red FieldbusInstrumentación y Control
• Transmisores, Controladores
• Válvulas, Actuadores
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
PROTOCOLOS DE COMUNICACION
AS-INTERFACE
Resumen:
El protocolo AS-I fue creado en Alemania en 1,994 por unconsorcio de suministradores de automatizaciónindustrial. Originalmente desarrollado para ser unmétodo de bajo costo de direccionamiento de sensoresmétodo de bajo costo de direccionamiento de sensoresdiscretos en aplicaciones de automatización de fabricas,AS-I ha ganado gran aceptación en industrias de procesogracias a su potente capacidad, simplicidad en lainstalación y operación y por su bajo costo agregado alos dispositivos.Cada segmento de AS-I puede conectar hasta 31dispositivos (124 entradas y 124 salidas) con la versión2.0 y 64 dispositivos (248 entradas y 186 salidas) con laversión 2.1Tanto la señal como la alimentación son transportadas endos hilos, hasta 8 amperios a 30VDC están disponiblespara dispositivos de campo tales como válvulassolenoide.
REDES INDUSTRIALES
Red AS-I Puntos destacados
Promotor de la tecnología: Consorcio AS-I
Año de introducción: 1993
Apertura: Múltiples vendedores, mas de 800 productos, 150 vendedores
Tipo de red: Sensor Bus
Medio Físico: Cable de 2 hilos(plano o redondo)
Topología de red: Bus, anillo, árbol, estrella
Distancia Máxima:
-Máxima distancia: 300 metros
-Máxima dstancia con repetidores: 900 metros(max. 2 repetidores puede ser usado)
REDES INDUSTRIALES
Ventajas:
-Tecnología fácil de entender
Métodos de Comunicación
-Maestro-esclavo con encuesta cíclica
-Manchester Bit Codificado implementado vía modulación de pulso alternado
Propiedades de la transmisión
-Latente 5 ms max. sobre un segmento totalmente cargado
-Tecnología fácil de entender
-Muy bajo costo agregado por dispositivo
-Bajo costo de instalación
-Red de alta velocidad para el nivel de dispositivos de tipo
sensor
-Capacidad para integrar dispositivos convencionales hacia la
red AS-I
-Fácil direccionamiento para los dispositivos: Capacidad de
auto-direccionamiento sobre la mayoría de los masters
-Fácilmente expandible con rediseño de la red
-No requiere terminadores de red o requerimientos especiales de
apantallamiento siendo aun asi menos susceptible a
interferencia por RFI que otras redes.
REDES INDUSTRIALES
Desventajas:
-No disponible para aplicaciones de seguridad intrínseca
-Cableado limitado a 100 metros
-v2.0 soporta solo dispositivos discretos(v2.1 tiene limitado soporte
Amplia variedad de masters/gateways disponibles para PLC’s,
DCS’s, PC’s
-Alimentación y comunicaion del bus sobre el mismo par de
hilos
-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo punto a
punto, línea, árbol y anillo
-v2.0 soporta solo dispositivos discretos(v2.1 tiene limitado soporte
análogo)
-No hay control en el campo
-Limitada calidad de datos y estado de mensajes
-Limitado soporte análogo
-Requiere una especifica fuente de alimentación AS-I para un
aislamiento de la comunicación del bus
-Limitada capacidad de redundancia
REDES INDUSTRIALES
Cuando usar AS-I ?
Hablando de forma muy general recomendamos usar AS-I
cuando:
-La poblacion de los dispositivos son todos discretos
-Plantas no son intrínsecamente seguras
-Limitaciones en la longitud del cableado no son un problema
-Usuarios desean lo ultimo en simplicidad-Usuarios desean lo ultimo en simplicidad
-Dispositivos discretos existentes necesiten ser incorporados
hacia un medio basado en bus
-Dispositivos convencionales discretos necesitan sr incorporados
hacia una red de tipo bus
-Gran numero de dispositivos discretos necesitan ser
incorporados de forma rentable hacia una red existente
de nivel de control vía un dispositivo gateway.
REDES INDUSTRIALES
MODBUS
Resumen:
El protocolo Modbus fue originalmente desarrollado por
MODICON en 1978 para intercambiar información entre
productos a nivel de piso de planta. Este protocolo llego a ser
de facto un estándar para intercambio de datos e información
de comunicación entre sistemas PLC’s.
Dispositivos Modbus se comunican sobre una red serial en un
tipo de relación Master esclavo usando uno de dos modos de
transmisión: ASCII(Estándar americano para intercambio de
información) o RTU(Unidad de terminal remota)
En el modo ASCII, dos bytes de 8 bits de información son
enviados como dos caracteres ASCII. La primera ventaja del
modo ASCII es la flexibilidad de la secuencia del tiempo. Un
intervalo entre caracteres superior a un segundo puede ocurrir
sin causar errores en la comunicación.
REDES INDUSTRIALES
En el modo RTU los datos son enviados como dos caracteres
hexadecimales de 4 bits proporcionando una alta relacion de bits
de entrada y salida comparado al modo ASCII para la misma
razón de baudios
Mejoras a Modbus incluyen los protocolos Modbus Plus y
Modbus TCP, ambos permiten que la información Modbus sea
encapsulada en una estructura de red para soportar
comunicaciones punto a punto.
Modbus Plus se comunica via un simple par de hilos trenzados y
usa una secuencia de paso de testigo para secuencias deusa una secuencia de paso de testigo para secuencias de
comunicación por punto . Modbus TCP es un estándar abierto
diseñado para facilitar la transferencia de mensajes Modbus
usando el protocolo TCP/IP y estándares redes Ethermet
REDES INDUSTRIALES
Red Modbus Puntos destacados:
Tipo de red:
-ASCII/RTU Bus de dispositivos
-ModbusPlus Bus de control
Medio Físico: Par trenzado apantallado en un cable apantallado
Topologia de red: Bus, árbol, estrella con ramificaciones
Cantidad Max. de dispositivos
ASCII /RTU Comunicaciones uno a uno
ModbusPlus 32 (hasta 64 con repetidor)
REDES INDUSTRIALESDistancia Maxima
Modbus ASCII 350m
ModbusPlus 1500m (6000 metros con repetidores) hasta 3
repetidores pueden usarse(mínimo 1 m entre dispositivos)
Metodos de Comunicación
ASCII/RTU Maestro –esclavo ciclo de pregunta-respuesta
LRC- Chequeo de error para ASCII
CRC- chequeo de error para RTU
ModbusPlus Punto a punto(Anillo lógico de paso de testigo)
Uso PrimarioUso Primario
ASCII/RTU Comunicaciones seriales para PLC, variadores de
frecuencia, sistemas de control etc..
ModbusPlus Uniendo Modbus y/o dispositivos RS232/RS485 en
una red punto a punto
Alimentación: 12VDC, no usada para los dispositivos
Alimentación y Comunicaciones solamente sobre bus 12VDC,
max. 300mA(100mA tipico)
Alimentación de dispositivos Los dispositivos deben ser
alimentados separadamente del bus de comunicaciones
REDES INDUSTRIALES
Ventajas:
-Protocolo bien entendido y documentado
-Protocolo ampliamente soportado por muchos PLC,DCS y
sistemas de procesos
-Protocolo es ya usado en muchas fabricas
Desventajas:
-Limitado uso como bus de dispositivos
-Limitadas capacidades de diagnostico para las aplicaciones de
dispositivos
-Alimentación separada requerida para la operación de los
dispositivos
REDES INDUSTRIALES
Cuando usar Modbus?
Hablando en términos generales se recomienda usar Modbus
cuando:
-La población de los dispositivos son ante todo discretos
-Usuarios finales ya tienen un sistema de control existente que-Usuarios finales ya tienen un sistema de control existente que
soporta Modbus
-Usuarios finales tienen un sistema de control tradicional que no
soporta otros protocolos de comunicación
-Plantas no son intrínsecamente seguras
REDES INDUSTRIALES
DEVICENET
Resumen:
DeviceNet es un protocolo basado en la capa 7 del protocolo
CAN originalmente desarrollado por Allen Bradley. La
operación del DeviceNet es basado en un modelo de
comunicación orientado a objetos, DeviceNet es mantenida por
la ODVA(Open DeviceNet Vendor Association)
DeviceNet es diseñada para conectar dispositivos simples de
múltiples suministradores los cuales cumplen con los estándares
de la red DeviceNet.
Cada segmento DeviceNet puede conectar hasta 64 dispositivos.
Este es un sistema de 4 hilos entregando 8 Amperios a 24VDC,
suficiente para dispositivos de campo tales como válvulas
solenoides. Los cuatro hilos transportan señal y alimentación
típicamente sobre un simple cable. Múltiples fuentes de
alimentación pueden ser usados para redundancia y
requerimientos de potencia adicional.
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
DeviceNet usa una línea troncal(bus) con cables sueltos conectando
dispositivos, la línea troncal requiere un terminador de 121 ohmios al final
del bus.
DeviceNet soporta los modelos de comunicación de red Maestro-esclavo,
Punto a punto y multi master, los datos puedes ser transferidos sobre un
ciclo o cambio de base de estado usando el paradigma Productor-
Consumidor que conserva el ancho de banda de la red. DeviceNet es muy
comúnmente usado para comunicaciones entre los sistemas de supervisión
con CCM’s y variadores de frecuenciacon CCM’s y variadores de frecuencia
Red DeviceNet Puntos Destacados:
Tipo de red: Device Bus(Bus de dispositivos)
Medio Físico: Dos pares trenzados apantallados contenidos en
un cable grueso, delgado o plano apantallado.
Topología de red: Bus con drops(ramales)
REDES INDUSTRIALES
Cantidad máxima de dispositivos: 62 dispositivos por segmento
Distancia Máxima: (Usando cable grueso)
-Máxima distancia con repetidores: 6,000 m
125kbps - 500m
250kbps - 250m
500kbps - 100m500kbps - 100m
Usando cable delgado se puede conseguir distancias de 100 m a
pesar de la razón de transferencia de datos
Uso Primario:
Centros de control de motores, variadores de frecuencia,
aplicaciones remotas I/O
REDES INDUSTRIALES
Ventajas:
-Excelente soporte para CCM’s, variadores de frecuencia y convencional I/O
-Costo moderado por dispositivos
-Bajo costo de instalación
-Módulos I/O permitidos para integración convencional discreta y análoga
-Velocidades de transmisión relativamente rápidas
-Alimentación y señal sobre el mismo cable
-Hasta 64 nodos direccionables
-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo troncal, lineal, derivaciones-Amplia variedad de topología disponibles incluyendo troncal, lineal, derivaciones
-Doble detección de direccionamiento de nodos
-Soporta algunos diagnósticos de dispositivos
Desventajas:
-Esclavos solo pueden ser controlados por un master
-No soporta instalaciones intrínsecamente seguras
REDES INDUSTRIALES
PROFIBUS
Resumen:
El protocolo Profibus fue creado en 1989 en Alemania por un consorcio de
suministradores de automatización de fabricas, originalmente
desarrollado para aplicaciones de manufactura discreta esto se ha
expandido hacia automatización de procesos y aplicaciones empresariales.
Profibus engloba diferentes especificaciones de un protocolo de bus
industrial incluyendo Profibus DP, Profibus PA, Profibus FMS y Profinet.
Profibus DP es un bus de nivel de dispositivos soporta señales discretas yProfibus DP es un bus de nivel de dispositivos soporta señales discretas y
análogas. Profibus ha extendido el uso para items como I/O remotos,
centro de control de motores y variadores de frecuencia.
Profibus DP comunica a velocidades desde 9.6kbps hasta 12Mbps sobre
distancias de 100 a 1,200 metros. Profibus nativamente no soporta
instalaciones intrínsecamente seguras.
REDES INDUSTRIALES
REDES INDUSTRIALES
Profibus PA es un bus generalmente usado para
instrumentación a nivel de proceso. Profibus PA comunica a
31.25kbps y tiene una distancia máxima de 1.900 metros por
segmento. Profibus PA es diseñado para soportar aplicaciones
intrínsecamente seguras.
Profibus FMS es un bus de control generalmente usado para
comunicaciones entre sistemas DCS y PLC mientras que
PROFInet es un protocolo que esta siendo desarrollado para
permitir las comunicaciones de Profibus a través de redes
ethernet.ethernet.
Red Profibus Puntos destacados:
Tipos de red:
DP Bus de dispositivos
PA Red de control de procesos
FMS Red de control a nivel de célula
REDES INDUSTRIALES
Medio Físico: Par trenzado, fibra
Topología de Red: Bus, estrella, anillo
Máxima cantidad de dispositivos
DP Max. 126 estaciones sobre un bus (máximo de 244 bytes
de entrada y salida de datos posibles por cada esclavo)de entrada y salida de datos posibles por cada esclavo)
PA 32 nodos por segmento, 4-6 por segmento repetido
dependiendo de los requerimientos de potencia de los
dispositivos y del tipo de barrera I.S. usada.
Distancia Máxima:
DP 93.75 Kbps y menos – 1200 metros
500Kbps – 400 metros
REDES INDUSTRIALES
Métodos de Comunicación:
DP Punto a punto, multicast o cíclico maestro-esclavo(usa
secuencia de paso de testigo)
1 .5Mbps – 200 metros
12Mbps – 100 metros
PA 1 ,900 metros
M ax. distancia con repetidores 9,500 metros(máximo 4
repetidores pueden ser usados)
secuencia de paso de testigo)
PA C liente/servidor, Publicista/suscriptor, eventos
comunicaciones pueden ser de tipo programado o no.
Uso Primario
DP Usado para señales discretas y análogas para PLC,
variadores de frecuencia, comunicaciones remotas a través de
I/O
PA D ispositivos análogos y discretos para control de procesos
REDES INDUSTRIALES
Ventajas:
-Ampliamente aceptado con 1,100 compañías miembros alrededor del
mundo
-Soporte de red a nivel de dispositivo, control de procesos y ethernet
-Interfaces están disponibles para variadores de frecuencia y
aplicaciones de centros de control de motores(Profibus DP)
-Instrumentación de procesos disponible con dispositivos Profibus PA
-Aplicaciones de tipo empresarial con PROFInet-Aplicaciones de tipo empresarial con PROFInet
-Instalaciones intrínsecamente seguras disponibles para intrumentos
Profibus PA
-Gateways permiten integración directa para Profibus PA hacia redes
Profibus DP
-Gateways disponibles para soportar redes de sensores tipo AS-I
-Interfaces Host disponibles para la mayoria de sistemas PLC, DCS y
PC’s
-Mas de 2,000 productos disponibles.
REDES INDUSTRIALES
Deventajas:
-Profibus DP no soporta instalaciones intrínsecamente seguras
-No tiene capacidades de control en el campo
Comentario:
Profibus es el único protocolo de bus que ofrece diferentes soluciones para
automatización de procesos(PA), automatización de fabrica(DP) y
empresarial(PROFInet)
Profibus es bien aceptado en muchos tipos de industrias especialmente en
Europa, pero no ha sido muy popular en Norte AmericaEuropa, pero no ha sido muy popular en Norte America
REDES INDUSTRIALES
FIELDBUS FOUNDATION
Resumen:
El protocolo Fieldbus Foundation fue creado en 1,994 por un grupo de
suministradores de automatización de procesos, a diferencia de otros protocolos,
FF fue desarrollado específicamente para las industrias de proceso, por tanto es
capaz de manejar todas las complejidades de la administración de procesos
incluyendo variables de proceso, control de procesos deterministicos en tiempoincluyendo variables de proceso, control de procesos deterministicos en tiempo
real y diagnosticos.
Caracteristicas de Foundation Fieldbus son seguridad intrínseca, longitud de
cableado amplio, y entrega de blocks de datos sobre un sistema de dos hilos. En
aplicaciones intrínsecamente seguras solamente 83mA de corriente esta
disponible para cada segmento, es importante también que los dispositivos de
campo consuman poca corriente.
REDES INDUSTRIALES
Foundation Fieldbus es el ideal reemplazo digital del tradicional
estándar análogo de 4-20mA aunque este fue hecho
específicamente para instrumentos análogos tales como válvulas
de control y transmisores, es a menudo apropiado también para
válvulas on/off.
Red Foundation Fieldbus Puntos destacados:
TECPRO INGENIEROSTECPRO INGENIEROS
Red Foundation Fieldbus Puntos destacados:
Tipo de red: Red de control de procesos
Medio Físico: Par trenzado, fibra
Topología de red: Estrella, bus