Redes industriales

RESUMEN 1 INTRODUCCION 2 HISTORIA DE LAS REDES INDUSTRIALES 2.1 BUS DE CAMPO 2.1.1 VENTAJAS 2.1.2 DESVENTAJAS 2.2 COMUNICACIÓN POR MEDIO DE UN BUS 3 PROFIBUS 3.1 PROFIBUS-FMS 3.2 PROFIBUS-DP 3.3 PROFIBUS-PA 3.4 FUNCIONES DEL PROFIBUS 3.5 PROFIBUSY SUS ESPRECTROS DE COMPONENTESDE RED 3.5.1 RED ELECTRICA 3.5.2 RED OPTICA 3.5.3 RED COMBINADA 4 ETHERNET 4.1 ¿COMO FUNCIONA? 4.1.1 RED ELECTRICA 4.1.2 RED OPTICA 4.1.3 RED COMBINADA 4.1.4 INDUSTRIAL ETHERNET 4.2 EL MODELO OSI DE 7 NIVELES CONCLUSIONES REDES INDUSTRIALES RESUMEN Este artículo habla acerca de la iniciación, desarrollo, modo de trabajo y actual crecimiento de las redes industriales; la red Profibus, pero quizá el tema principal a tratar en este artículo sea el de la actual solución de Ethernet para este tipo de redes. Esto, basados en el estándar 802.3 de la IEEE (Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos). INTRODUCCION En el futuro se hace indispensable que nuestras empresas adopten procesos de fabricación automáticos como única alternativa para ser competitivos en tiempos de entrega, flexibilidad, rendimiento, volumen, calidad y precio; y además, reducción en los miles de accidentes del personal industrial, debido a que en algunos casos estas personas se exponen a tares de alto riesgo. Por esto, en la búsqueda de la integración de las comunicaciones industriales,fueron desarrolladas las Redes de Comunicaciones Industriales (RCI). 1 HISTORIA DE LAS REDES INDUSTRIALES Las redes de comunicaciones industriales deben su origen a la fundación FielBus (Redes de campo). La fundación FielBus, desarrollo un nuevo protocolo de comunicación, para la medición y control de procesos donde todos los instrumentos puedan comunicarse en una misma plataforma. FielBus permite disponer de una nueva tecnología para una nueva generación de sistemas de control y automatización, físicamente más simple, donde toda la rutina de control regulatorio y control lógico, es efectuado por dispositivos de campos, posibilitando además una arquitectura abierta donde cualquier fabricante de equipos de instrumentación pueda integrarse a la red de campo existen en una fabrica o empresa. principal ventaja su amplia base instalada. Imagen:Redes 0001.JPG

• Mejora del rendimiento general de todo el proceso.
  
• Posibilidad de intercambio de datos entre sectores del proceso y entre departamentos.
  
• Programación a distancia, sin necesidad de estar a pie de máquina.

Los niveles de control en una planta industrial son:

• Nivel de factoría. Gestión e integración de los diferentes niveles.
  
• Nivel de sección. Secuenciamiento de tareas y administración de recursos
  
• Nivel de célula. Controla una tarea específica.
  
• Nivel de estación. Controlador de cada recurso individual.
  
• Nivel de proceso. Sensores y actuadores.

2.1. BUSES DE CAMPO Físicamente un bus se considera como un conjunto de conductores conectando conjuntamente a más circuitos para permitir el intercambio de datos (buses en un microprocesador). Contrario a una conexión punto a punto, donde solo dos dispositivos intercambian información, un bus consta normalmente de un número de usuarios superior, además que generalmente un bus transmite datos en modo serial, a excepción de algún protocolo de bus particular como SCSI. Para una transmisión serial es suficiente un número de cables muy limitado, generalmente son suficientes dos o tres conductores y la debida protección contra las perturbaciones externas para permitir el tendido de distancias en ambientes de ruido industrial 2.1.1 VENTAJAS

• La comunicación vía bus permite un intercambio de datos que seria más difícil en otro modo.
  
• El intercambio se lleva a cabo por medio de un mecanismo standard.
  
• Flexibilidad de extensión.
  
• Conexión de módulos diferentes en una misma línea.
  
• Posibilidad de conexión de dispositivos de diferentes procedencias.
  
• Distancias operativas superiores al cableado tradicional.
  
• Reducción masiva de cables y costo asociado.
  
• Simplificación de la puesta en servicio.

2.1.2 DESVENTAJAS

• Necesidad de conocimientos superiores.
  
• Inversión de instrumentación y accesorios de diagnostico.
  
• Costos globales inicialmente superiores.

2.2 COMUNICACION POR MEDIO DE UN BUS El modo más sencillo de comunicación con el bus es el sondeo master / slave (maestro / esclavo). Más eficiente pero también más costoso es el Token bus (IEEE 802.4), desde el punto de vista de la física tenemos un bus lineal, desde el punto de vista lógico un token ring. El procedimiento token passing es una combinación entre master/slave y token bus. Todo slave inteligente puede ser en algún momento master (Ej. PROFIBUS). Si el bus se cierra formando un anillo, obtenemos un token ring (IEEE 802.5). 3. PROFIBUS En las fábricas muchos componentes como (válvulas, actuadores, accionamiento, transmisores etc.), por lo general operan muy distante de las computadoras o autómatas. Por ello, hoy en día en el área de campo (espacio físico donde se efectúa el proceso de la fábrica) se instalan unidades periféricas descentralizadas (estaciones remotas de entradas y salidas). Estas estaciones remotas deben comunicarse a través de un bus de comunicación con los computadoras ubicados en las diferentes salas de control, para así conocer como esta funcionando la planta. Los usuarios (industrias o fábricas) requieren un sistema de bus de campo con las siguientes características:

• Aptitud universal para los más distintos equipos, sectores y aplicaciones.
  
• Normalización en ISO, DIN u organismo de normalización semejante.

El PROFIBUS es un bus de campo que cumple con estos requisitos. Normalizado con EN 50 170, tomo 2, norma PROFIBUS. Este bus ofrece:

• Interfaces de usuario tanto para comunicaciones rápidas con dispositivos de campo o para un amplio intercambio de dato entre equipos maestros.

Profibus, basada en el estándar de la FielBus, permite acoplar diferentes equipos de marcas distintas. Puede formar diferente topología (estrella, bus lineal o token) y siempre con arquitectura abierta. 3.1 PROFIBUS-FMS ofrece servicio de usuario estructurados para la comunicación abierta en pequeñas células. En estas configuraciones, lo principal es el voluminoso intercambio de información y no el tiempo de respuesta de los mismos. 3.2 PROFIBUS-DP Es la interfaz de usuario para el acoplamiento de dispositivos de campo. 3.3 PROFIBUS-PA Se utiliza para la automatización de procesos en recintos expuestos al peligro de explosiones (áreas clasificadas) El PROFIBUS ofrece,además de ello el interfaz optimizado send/receive para permitir una sencilla comunicación entre sistemas SIMATIC (equipos autómatas (fabricados por SIEMENS) . 3.4 FUNCIONES DEL PROFIBUS El método de acceso a PROFIBUS funciona por el procedimiento "Token Passing con maestro-esclavo subyacente". En este método se distingue entre las estaciones de red activos y pasivos. El "Token" lo reciben únicamente las estaciones o aparatos activos acoplados al bus. Este Token es el derecho a emisión que un aparato activo acoplado al bus transmite al siguiente dentro de un período de tiempo predefinido. Se identifica automáticamente si ha fallado un aparato acoplado al bus o si se ha incorporado un aparato más. Todos los aparatos que integran la red deben estar configurados a idéntica velocidad de transmisión. Al igual que en el industrial Ethernet, también PROFIBUS, permite la creación de una red con cable bifilar o cables de fibra óptica. 3.5 PROFIBUS Y SU ESPECTRO DE COMPONENTES DE RED Profibus ofrece un amplio espectro de componentes de red para sistemas de transmisión eléctricos y ópticos: 3.5.1 RED ELECTRICA La red eléctrica utiliza un cable bifilar trenzado apantallado como medio de transmisión. La Interfaz RS 485 funciona con diferencia de tensión. Por este motivo, es más inmune a las interferencias que una interfaz de tensión o de corriente. En PROFIBUS los aparatos pertenecientes al bus están conectados a éste a través de un terminal de bus o un conectador de conexión a bus (máximo 32 equipos acoplados por segmento). Los distintos segmentos se conectan a través de repetidores. La velocidad de transmisión puede configurarse por nivel desde 9.6 Kbits/seg hasta 1.5 Mbits/seg según PROFIBUS para aplicaciones en DFP. 3.5.2 RED OPTICA La red óptica de PROFIBUS, utiliza un cable de fibra óptica como medio de transmisión. La variante del cable de fibra óptica es inmune a las interferencias electromagnéticas, es apta para grandes distancias de transmisión (cables de fibra opcionalmente de plástico o vidrio). La velocidad de transmisión puede configurarse por niveles desde 9.6 Kbits/seg hasta 1.5 Mbits/seg. 3.5.3. RED COMBINADA Son posibles estructuras mixtas de red PROFIBUS eléctrica y óptica. En la comunicación entre los aparatos acoplados al bus no existe ninguna diferencia entre los que están interconectados a través de un sistema eléctrico y lo que está a través de fibra óptica. Como máximo pueden conectarse 127 aparatos a una red PROFIBUS 4. ETHERNET Industrial Ethernet es un sistema de bus, basado en IEEE 802.3, apto para la industria; esta red se caracteriza por:

• Conexión de sistemas de automatización entre si y con PC y Workstations para lograr una comunicación homogénea y heterogénea.
  
• Posibilidad de realizar amplias soluciones mediante redes abiertas.
  
• Elevado rendimiento de transmisión.
  
• Diferentes soportes de transmisión (cable triaxial, par trenzado industrial,cable de fibra óptica).

Mientras que algunas compañías se concentran en competir y continuar con la guerra de los “FieldBus”, otras, como California Opto 22™ se aprovecha para dar a conocer su excelente producto “el uso de Ethernet para la adquisición y control en tiempo real” ; accediendo el Internet desde cualquier PC en el mundo, se puede controlar y vigilar un equipo en tiempo real, con la garantía absoluta de compatibilidad entre interfaces, protocolos, drivers, hardware y paquetes de software. Teniendo en cuenta entonces, que el 96% de todas las redes informáticas están basadas en Ethernet y además que la adquisición de una tarjeta de este tipo a comparación de una tarjeta para un controlador industrial es muchísimo más económica, son factores que hacen que Ethernet se apodere cada día más del campo industrial. Esta compañía (California Opto 22™) también está convencida que la combinación poderosa de familiaridad global, bajo coste, disponibilidad y la inversión masiva en I+D en múltiples industrias asegura la continuación de su éxito. La potencia de Ethernet TCP/IP no tiene competencia, particularmente considerando la habilidad de coexistencia de PCs, dispositivos de campo, controladores, periféricos y E/S inteligentes en la misma red. 4.1 ¿COMO FUNCIONA? La red Industrial Ethernet funciona por el método de acceso normalizado CSMA/CD (carrier sense multiple access with collision detection) en la norma IEEE 802.3. En la parte Industrial ofrece una amplia gama de componentes de red para sistemas de transmisión eléctricos y ópticos. 4.1.1 RED ELECTRICA La red eléctrica emplea como soporte de transmisión la clásica estructura de bus con un cable triaxial. Con electrical link modules (ELM) o industrial twisted Pair (ITP), ofrece una ampliación y alternativa al cableado convencional al bus para conexiones de terminales. Con la ayuda de acopladores en estrella activos pueden crearse redes radiales (en estrella) de bajo costo y según la IEEE 802.3. ] 4.1.2. RED OPTICA La variante óptica de la red industrial puede configurarse con topología lineal, radial o en estrella, realizada con optical link modules (OLM) o acopladores activos en estrella. Utiliza cable de fibra óptica como soporte de transmisión. Es posible realizar configuraciones de red con un alcance de hasta 4.5Km. 4.1.3. RED COMBINADA Las redes eléctricas y ópticas pueden combinarse. Con ello es posible aprovechar las ventajas y posibilidades de configuración de ambos tipos de red a través de switches MultiLan MR 8-03, también es posible un acoplamiento tipo WAN a la red ISDN (RDSI). 4.1.4. INDUSTRIAL ETHERNET puede realizar en paralelo aplicaciones para Novell Network o TCP/IP sin que se produzcan interferencias mutuas. Con las interfaces industriales Ethernet, existe la posibilidad de utilizar simultáneamente en la red varios protocolos distintos. De esta manera resulta fácil la transmisión entre las comunicaciones de producción y la de oficina. 4.2 EL MODELO OSI DE 7 NIVELES Si el intercambio de datos entre sistemas de automatización se produce a través de un bus, es importante definir el sistema de transmisión y el procedimiento de acceso. Además, deben definirse informaciones, por ejemplo, sobre el establecimiento de las comunicaciones. Por este motivo, la Organización de Normalización Internacional (ISO), definió un modelo de siete niveles o capas (ver tabla No.2). Este modelo se subdivide en dos secciones (Siemens, Catálogo, IK 10, 1997) : 1. Orientados al transporte (niveles 1-4) 2. Orientados al usuario (niveles 5-7) CONCLUSIONES

• Las redes de comunicación industrial, permiten conocer todo lo referente a un proceso industrial a través de las variables fundamentales medidas por instrumentos instalados en campo, permitiendo a la gerencia saber como está funcionando su empresa.
  
• Además otro aspecto fundamental es que permite controlar a grandes distancia la planta. Para realizar el control y poder integrar cada uno de los instrumentos de campo es necesario tener un estándar para que puedan ellos comunicarse.
  
• La Automatización en los procesos industriales, requiere cada día nuevos adelantos tecnológicos, representa una solución de alto valor para los países industriales.
  
• Los procedimientos de automatización están aplicados a todos los procesos industriales continuos (química, industria, etc.) y son hoy necesarios en los trabajos de grandes usos de mano de obra.
  
• En efecto, para entrar en competencia, a los países les quedan dos alternativas, o producir usando bajos salarios y baja calidad, o bien incrementar en la mayor medida posible su productividad con la automatización de su producción.
  
• El objetivo de las industrias es ofrecer sus productos en óptimas condiciones y calidad, se debe tener en cuenta aspectos demasiados importantes que en un resultado pueden marcar la diferencia entre ellos se encuentran:

la seguridad de las personas, suprimiendo tareas peligrosas, no exponer al trabajador a tareas de peligro para su salud, mejoras en las condiciones de trabajo, ofrecer excelentes suministros y material de trabajo.

• En conclusión, la utilización de redes, la automatización y las diferentes soluciones industriales, son fundamentales como materia de formación y representan una variable y un crecimiento tecnológico que traen muchos beneficios.

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