introducci%f3n a las comunicaciones industriales
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Automatizacin Industrial
Introduccin a las Redes de Comunicaciones Industriales
TEMA Introduccin a las Comunicaciones Industriales
1. Introduccin
2. Visin Histrica
3. Las Comunicaciones en los Entornos de Fabricacin
4. Tecnologas de la Informacin en el Control de Procesos
5. Arquitecturas de Fabricantes
ndice
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Introduccin
Los Sistemas de Comunicacin proporcionan el esqueletosobre el se articulan las estrategias de automatizacin
Los sistemas de comunicacin industrial son mecanismos de intercambio de datos distribuidos en una organizacin industrial 9 Intercambio de datos on-line y, en los niveles inferiores de la
pirmide (sensores, actuadores, mquinas, clulas de fabricacin, etc.), se exige el requisito de tiempo real.
9 Intercambio de datos eficiente y de bajo coste temporal y econmico
Los procesos de tiempo real requieren una acotacin determinista mxima de sus tiempos de ejecucin
Objetivos
El objetivo primario del sistema de comunicacin es el de proporcionar el intercambio de informacin (de control) entre dispositivos remotos
Este intercambio de informacin puede realizarse en base a distintas tecnologas: 9 Comunicacin punto a punto analgica9 Comunicacin punto a punto digital9 Comunicacin punto punto hbrida 9 Comunicacin digital con bus de campo
Las tecnologas avanzadas admiten obtener prestaciones adicionales
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Requerimientos de los Usuarios de Redes IndustrialesReduccin de la programacin
9 Evitar el manejo de datos por el PLC en funciones de control9 Evitar la programacin de nodos existentes al aadir nuevos nodos
Aumentar las prestaciones del sistema9 Determinismo9 Efectividad del ancho de banda
Reduccin del cableado9 Control, programacin y diagnosis sobre la misma red
Soluciones escalables9 Eleccin del controlador adecuado para el control, no para el manejo de datos9 Aadir o eliminar dispositivos sin influir en otros dispositivos del sistema
Reduccin de los tiempos de paro9 Diagnstico de los dispositivos9 Informacin predictiva
Automatizacin con PLCs (I)
Hace 20 aos Hace 10 aos
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Automatizacin con PLCs (II)
Situacin Actual
Variedad de Dispositivos
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MITSUBISHIMITSUBISHISIEMENSSIEMENSALLEN-BRADLEY........
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DeviceNetDeviceNet SinecSinecSinec
MelsecNetMelsecNet
Modelos Dependientes del Fabricante
Problemtica Histrica
Diferentes tipos de dispositivos Gran nmero de fabricantes Caractersticas diferentes de un mismo tipo de dispositivo Falta de normalizacin
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Controlador de Clula
Dispositivosde control
API CN ROBOT
Operaciones- Control de tareas de la mquina - Supervisin- Control de produccin - Monitorizacin
Comunicaciones a Nivel de Clula
Controlador de Clula
Dispositivode control
API
CNROBOT
a) b)
Adaptador
Placa multipuerto
APICN ROBOT
c)
Servidor de terminales
RS 232C
Red local
Alternativas de Integracin Punto a Punto
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Controlador de Clula
Dispositivode control
Red local
Dispositivode control
Dispositivode control
Caractersticas- Fiables- Fcil instalacin- Especficas de fabricante
Alternativas de Integracin Red Local Privada
Arquitectura MAP
Nace en la General Motors Objetivo: comunicar equipos de diferentes fabricantes Consistente con el modelo de referencia OSI de ISO Estandarizada para IEEE 802.3 y para IEEE 802.4 Servicios MMS Definida en ISO 9506 parte I y II
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Alternativas de Integracin Industrial
Buses de actuadores sensores:9 Se han presentado mltiples iniciativas
8 Interbus-S de Phoenix Contact8 AS-i (Actuador-Sensor Interface)8 DeviceNet (Controller Area Network CAN)
Buses de campo:9 Se han presentado mltiples iniciativas
8 Bitbus de Intel8 FIP de origen francs8 PROFIBUS de origen alemn8 Comit ISA SP 50
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Mae
stro
Tiempo de ciclo breve y constante
Alta fiabilidad de la transmisin con datos de
pequeo tamao y alta eficacia del protocolo
Transmisin simultanea de datos de E/S y
mensajes sin influencia mutua
Manejo sencillo
Requisitos para el Bus de Sensores/Actuadores
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Requisitos para el Bus de CampoCaractersticas de un Bus de Campo
9 Diseado para transmitir pequeas cantidades de datos9 Cubrir necesidades de tiempo real9 Tener gran compatibilidad electromagntica9 Nmero reducido de estaciones9 Fcil configuracin9 Protocolos simples y limitados9 Bajos costes de conexin9 Pseudoconsistente con el modelo OSI de ISO
Ventajas que Aporta9 Reducir coste de cableado de la instalacin9 Facilita la ampliacin o reduccin de elementos9 Permite integrar los dispositivos menos inteligentes
Integracin de dispositivos de control
Nivel decorporacin
Nivel de planta
Nivel de proceso
Nivel declula
Nivel decampo
Gestin y diseoHost y estacin de trabajo
Planificacin ycontrol de produccinEstacin de trabajo
Control del procesoEstacin de trabajo,PC industrial
FabricacinAPIs, CNs, Robots,PC industrial
Sensores, actuadores,pequeos sistemasde control
Clula A, B, C..
sensor actuador reguladorM
Pequeos autmatas
API CN
Estructura Jerrquica de la Comunicaciones Industriales
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Estructura Jerrquica de la Comunicaciones Industriales II
Nivel medioPROFIBUS
Industrial Ethernet
Nivel actuador-sensor
Interfase actuador-sensor
PROFIBUS Nivel de campo
Industrial Ethernet Nivel de gestin
Vlvula
BUS DE CAMPO
Presin Temperatura Flujo
CONTROLADOR
Buses de Campo Los buses de campo conectan actuadores, controladores,
sensores y dispositivos similares en el nivel inferior de la estructura jerrquica de la automatizacin industrial.
Una arquitectura de bus de campo es un sistema abierto de tiempo real. Pero no necesariamente ha de conformarse con el modelo OSI de 7 capas, pues es ms importante que la conexin sea de bajo coste y alta fiabilidad frente a las posibilidades de interconexin a redes generales.
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mensaje 1 mensaje 2 mensaje 3
Transmisor Actuador
Controlador
Comunicacin Digital: Buses de Campo Objetivo: Reduccin y simplificacin del cableado a costa de
reducir la disponibilidad de la informacin (codificacin digital muestreada en el tiempo y discretizada en su valor).9 La informacin se multiplexa temporalmente
8 Canal bidireccional8 Se requiere un procedimiento de acceso de la informacin al canal 8 Se requiere un mtodo de identificacin de la informacin transmitida
COMM
A/D D/A
Controlador
COMM
uC+conv
Comunicacin Digital: Buses de Campo Valor aadido: Aprovecha la tecnologa para otras
funcionalidades9 Carga y descarga de programas9 Seleccionar y controlar la ejecucin de programas9 Indicacin continuada de operatividad y estado 9 Transmisin de informacin adicional a la de control
(Vlvula: n ciclos/da, temperatura carcasa, max/min/med, etc)
9 Identificacin de dispositivo9 Otras funcionalidades
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Capa de Usuario Bloques funcionalesModelos abstractosPerfiles de dispositivos
Capa de Aplicacin Servicios de aplicacinServicios de mensajera
Capa de Enlace Establecer y liberar el enlace lgicoControl de errores y flujo en el enlaceSincronizacin de la transmisinControl de acceso al medio
Capa Fsica Velocidad de transferenciaTopologa y distancias mximasCodificacin y transmisin de datosCarac. electr. mecn. funcionales.
Capa de Aplicacin
Capa de Usuario
Capa de Enlace
XXXX
Capa Fsica
Estructura de Capas del Bus de Campo (I) La configuracin ms ampliamente consensuada es la de tres capas,
correspondientes a las capas fsica, de enlace de datos y de aplicacin. Tambin usualmente se considera la capa de usuario.
Estructura de Capas del Bus de Campo (II)
FSICO
ENLACE
RED
TRANSPORTE
FSICO
ENLACE
FSICO
Stack de Comunicaciones
USUARIO
Subnivel de Acceso FB
Especificacin de Mensaje de FB
USUARIO
Modelo OSI Modelo Field Bus
SESIN
PRESENTACIN
APLICACIN
USUARIO
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Modelos de Relacin de Aplicacin (AR)
Maestro-Esclavo: Una entidad gobierna todos los servicios de transaccin.
Orden ----------> Respuesta Productor-Consumidor: Cada entidad produce informacin, que
adquieren los consumidores.Consumo IndicacinConfirmacin Adquisicin
Tipos de Buses de Campo
HART BitBus Profibus FIP WorldFIP Fieldbus-Foundation ECHELON Interbus-S CAN Device-Net CanOpen CAL SDS ControlNet AS-i
Buses Especiales: CAN-VAN Buses para navegacin Buses mdicos ERA MIL-1553B Buses de edificios Buses de instrumentacin Buses de fabricantes ........ .... MODBUS.....
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Nivel-BitSensor
Dispositivo
Control
GestinEthernet Ethernet
ProfibusFMS
ProfibusDP&PA
AS-i
Europa (Siemens) USA (Rockwell)
ControlNet
DeviceNet
FoundationFieldbus
Nivel jerrquico
Tipos de Buses de Campo
Internet
Ethernet
ControlNet ControlNet
DeviceNet DeviceNet
RIO
DH+
Planificacin de Redes Estrategia Americana
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Planificacin de Redes Estrategia Europea
CNCPC/VME
VME/PCPLC DCS
Controladorde rea
Ethernet/TCP/IP MAP/MMS Ethernet
PROFIBUS-FMS
PROFIBUS-DP PROFIBUS-PA
NivelPlantaTiempo de
Ciclo de Bus< 1000 ms
NivelClulaTiempo de
Ciclo de Bus< 100 ms
Nivel CampoTiempo de
Ciclo de Bus< 10 ms
OPC un nuevo Standard en la Industria
La Fundacin define y desarrolla OPC
Miembros entre otros :9 Microsoft
9 Siemens
OPC es la unin entre el programa de automatizaciny el area de oficina.
OPC OLE Process Control
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OPC Tipos de Clientes
OPC y las Comunicaciones (Simatic NET)
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